天然氣吸附塔控制方法、裝置、系統(tǒng)及凈化系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及天然氣凈化技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種天然氣吸附塔控制方法、裝 置、系統(tǒng)及凈化系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 天然氣是一種清潔的能源和化工原料，我國天然氣長輸管道采用高壓輸氣的方式 將天然氣輸送到各天然氣門站，各天然氣門站再對(duì)高壓天然氣進(jìn)行減壓處理后輸送入下游 管網(wǎng)，或者進(jìn)行液化處理成液化天然氣，供用戶使用。
[0003] -般而言，來自天然氣門站的原料氣中含有水、汞、酸性氣體等雜質(zhì)，各雜質(zhì)會(huì)對(duì) 天然氣進(jìn)行降壓處理的系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。例如，天然氣中的水分與天然氣在一定條件下 形成水合物而阻塞管路，影響冷卻液化過程；天然氣中的酸性氣體游離水中會(huì)形成酸，從而 侵蝕管路和設(shè)備；汞對(duì)鋁制設(shè)備腐蝕和管道的腐蝕很嚴(yán)重；另外由于水分的存在也會(huì)造成 不必要的動(dòng)力消耗；由于天然氣液化溫度較低，水和酸性氣體的存在還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的凍堵， 故必須脫除。
[0004] 為了解決這一問題，目前常用的方式是在天然氣進(jìn)行減壓之前，先通過凈化系統(tǒng) 對(duì)各天然氣門站的原料氣作凈化處理。目前，凈化系統(tǒng)內(nèi)一般設(shè)置有多個(gè)凈化單元，每個(gè)凈 化單元內(nèi)設(shè)置有多個(gè)吸附塔，每個(gè)吸附塔內(nèi)裝填有吸附劑，選擇性地脫除原料天然氣中的 酸性氣體、汞、水等雜質(zhì)，多個(gè)塔可以同時(shí)進(jìn)行吸附和再生（解吸）循環(huán)操作。常用的吸附方 法是 TSA(變溫吸附，Temperature Swing Adsorption)和 PSA(變壓吸附，Pressure Swing Adsorption)。其中，TSA吸附方式是從塔底進(jìn)入的天然氣在塔內(nèi)吸附劑的作用下將氣體中 的酸性氣體、水等雜質(zhì)吸附下來，吸附完成后，用高溫解吸氣進(jìn)行再生，即在常溫或低溫下 用吸附劑吸附水和酸性氣體等雜質(zhì)，之后在高溫下對(duì)吸附劑進(jìn)行解吸再生，構(gòu)成吸附劑的 再生循環(huán)，達(dá)到連續(xù)分離和凈化氣體的目的。PSA吸附方式是從塔底進(jìn)入的天然氣在塔內(nèi)吸 附劑的作用下將氣體中的酸性氣體、水等雜質(zhì)吸附下來，吸附完成后，用低壓再生氣進(jìn)行再 生，即在較高壓力下用吸附劑吸附天然氣中的水和酸性氣體等雜質(zhì)，之后在低壓下解吸再 生，構(gòu)成吸附劑的吸附與再生循環(huán)，達(dá)到連續(xù)分離和凈化氣體的目的。
[0005] -般而言，TSA包括吸附、再生和冷吹三個(gè)工段，吸附塔上設(shè)置有多個(gè)閥門，通過各 個(gè)閥門的切換來實(shí)現(xiàn)吸附、再生和冷吹工序的進(jìn)氣，具體為：打開與吸附工序?qū)?yīng)的閥門， 高壓天然氣進(jìn)入吸附塔內(nèi)，并在塔內(nèi)吸附劑的作用下將氣體中的酸性氣體等雜質(zhì)吸附下 來，吸附完成后，關(guān)閉與吸附工序?qū)?yīng)的閥門，打開與再生工序?qū)?yīng)的閥門，輸入高溫氣體， 用高溫解吸氣使吸附劑進(jìn)行再生，再生完成后關(guān)閉與再生工序?qū)?yīng)的閥門，并打開與冷吹 工序?qū)?yīng)的閥門，向吸附塔內(nèi)輸送冷吹氣，對(duì)吸附塔進(jìn)行降溫。
[0006] PSA包括吸附和再生兩個(gè)工段，吸附塔上設(shè)置有多個(gè)閥門，通過各個(gè)閥門的切換來 實(shí)現(xiàn)吸附和再生工序的進(jìn)氣，具體為：打開與吸附工序?qū)?yīng)的閥門，高壓天然氣進(jìn)入吸附塔 內(nèi)，并在塔內(nèi)吸附劑的作用下將氣體中的酸性氣體等雜質(zhì)吸附下來，吸附完成后，關(guān)閉與吸 附工序?qū)?yīng)的閥門，再打開與再生工序?qū)?yīng)的閥門，來自液化工段的低壓天然氣作為再生 氣通過吸附劑，通過壓力的變化將吸附劑中的雜質(zhì)解吸出來，解吸后的再生氣送往天然氣 管網(wǎng)輸入低壓氣體。
[0007] -般而言，TSA吸附方式和PSA吸附方式凈化工藝用吸附時(shí)間T1和再生時(shí)間T 2來 控制各閥門的切換，從而改變吸附塔的工藝狀態(tài)，為了提高吸附劑使用效率并降低能耗，必 須延長吸附時(shí)間T 1，縮短解吸時(shí)間T2，但簡單的時(shí)間調(diào)整可能導(dǎo)致吸附效果下降或解吸不 徹底。目前，通常是根據(jù)吸附和再生過程的機(jī)理分析和工程實(shí)踐來確定吸附和解吸的時(shí)間， 但不能根據(jù)不同的原料氣的具體情況進(jìn)行時(shí)間的靈活調(diào)節(jié)，這不僅會(huì)降低吸附劑的壽命和 效率，也可能會(huì)導(dǎo)致能耗的增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 鑒于此，本發(fā)明提出了一種天然氣吸附塔控制方法，旨在解決現(xiàn)有控制方法不能 對(duì)各工序時(shí)間進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)的問題。本發(fā)明還提出了天然氣吸附塔控制裝置、控制系統(tǒng)及 凈化系統(tǒng)。
[0009] -個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種天然氣吸附塔控制方法，該方法包括如下步驟：第一 步驟，發(fā)出控制所述吸附塔的吸附工段閥門打開的控制信號(hào)；獲取所述吸附工段進(jìn)口管道 中天然氣的流量和雜質(zhì)含量，并根據(jù)所述天然氣的流量和雜質(zhì)含量確定預(yù)設(shè)吸附時(shí)間，以 及在實(shí)際吸附時(shí)間達(dá)到所述預(yù)設(shè)吸附時(shí)間時(shí)，發(fā)出控制所述吸附工段閥門關(guān)閉、所述再生 工段閥門打開的控制信號(hào)；第二步驟，實(shí)時(shí)獲取所述吸附塔的再生工段出口管道中天然氣 的雜質(zhì)含量，并在所述雜質(zhì)含量達(dá)到雜質(zhì)預(yù)設(shè)值時(shí)發(fā)出控制所述再生工段閥門關(guān)閉、所述 冷吹工段閥門打開的控制信號(hào)。
[0010] 進(jìn)一步地，上述天然氣吸附塔控制方法中，所述第二步驟中還包括：發(fā)出所述冷吹 工段閥門打開的控制信號(hào)；該方法還包括：第三步驟，實(shí)時(shí)獲取所述吸附塔的冷吹工段出 口管道中天然氣的溫度，并在所述溫度達(dá)到預(yù)設(shè)溫度時(shí)發(fā)出控制所述冷吹工段閥門關(guān)閉的 控制信號(hào)。
[0011] 進(jìn)一步地，上述天然氣吸附塔控制方法，所述第一步驟中，根據(jù)所述進(jìn)口管道的流 量和雜質(zhì)含量確定預(yù)設(shè)吸附時(shí)間進(jìn)一步為
-分別確定吸附塔吸附 的各雜質(zhì)所需的吸附時(shí)間，該式中，T為雜質(zhì)所需的吸附時(shí)間；Q為吸附塔滿負(fù)荷吸附劑吸 附量；S。為吸附工段進(jìn)口管道中天然氣的該雜質(zhì)的含量；S'為吸附工段出口天然氣的控制 該雜質(zhì)的指標(biāo)含量；F為吸附工段進(jìn)口管道中的流量；將上述確定的最小的吸附時(shí)間作為 預(yù)設(shè)吸附時(shí)間。
[0012] 本發(fā)明可以根據(jù)吸附工段進(jìn)口管道中天然氣的流量和雜質(zhì)含量來確定吸附時(shí)間， 當(dāng)雜質(zhì)含量高和/或流量大時(shí)，延長吸附時(shí)間，當(dāng)雜質(zhì)含量低和/或流量小時(shí)，縮短吸附時(shí) 間，可以看出，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)施例針對(duì)不同雜質(zhì)含量和流量的原料天然氣采用不同 的吸附時(shí)間，進(jìn)而更好地對(duì)原料天然氣中的雜質(zhì)進(jìn)行充分的吸附，提高吸附劑的效率和使 用壽命，節(jié)約能耗；此外，該實(shí)施方式還通過實(shí)時(shí)監(jiān)測再生工段出口管道中的天然氣的雜質(zhì) 含量，來確定再生工序是否結(jié)束，可以使吸附劑進(jìn)行更為充分的充分解吸。
[0013] 另一方面，本發(fā)明還提出了一種天然氣吸附塔控制裝置，該裝置包括：第一模塊， 用于發(fā)出控制所述吸附塔的吸附工段閥門打開的控制信號(hào)，并獲取所述吸附工段進(jìn)口管道 中天然氣的流量和雜質(zhì)含量，并根據(jù)所述進(jìn)口管道的天然氣的流量和雜質(zhì)含量確定預(yù)設(shè)吸 附時(shí)間，并在實(shí)際吸附時(shí)間達(dá)到所述預(yù)設(shè)吸附時(shí)間，發(fā)出控制所述吸附工段閥門關(guān)閉、所述 再生工段閥門打開的控制信號(hào)；第二模塊，用于實(shí)時(shí)獲取所述吸附塔的再生工段出口管道 中天然氣的雜質(zhì)含量，并在所述雜質(zhì)含量達(dá)到雜質(zhì)預(yù)設(shè)值時(shí)發(fā)出控制所述再生工段閥門關(guān) 閉的控制信號(hào)。
[0014] 進(jìn)一步地，上述天然氣吸附塔控制裝置中，所述第二模塊還用于發(fā)出控制所述冷 吹工段閥門打開的控制信號(hào)，該裝置還包括：第三模塊，用于實(shí)時(shí)獲取所述吸附塔的冷吹工 段出口管道中天然氣的溫度，并在所述溫度達(dá)到預(yù)設(shè)溫度時(shí)發(fā)出控制所述冷吹工段閥門關(guān) 閉的控制信號(hào)。
[0015] 進(jìn)一步地，上述天然氣吸附塔控制裝置中，第一模塊包括：第一計(jì)算單元，用于根
-分別確定吸附塔吸附的各雜質(zhì)所需的吸附時(shí)間，該式中，T為雜質(zhì)所 需的吸附時(shí)間；Q為吸附塔滿負(fù)荷吸附劑吸附量；S。為吸附工段進(jìn)口管道中天然氣的該雜 質(zhì)的含量；S'為吸附工段出口天然氣的控制該雜質(zhì)的指標(biāo)含量；F為吸附工段進(jìn)口管道中 的流量；將上述確定的最小的吸附時(shí)間作為預(yù)設(shè)吸附時(shí)間。
[0016] 又一方面，本發(fā)明還提出了一種天然氣吸附塔控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：第一雜質(zhì)檢 測單元，用于檢測吸附塔吸附工段進(jìn)口管道中天然氣的雜質(zhì)含量；流量計(jì)，用于檢測吸附塔 吸附工段進(jìn)口管道中天然氣的流量；控制器，與所述第一雜質(zhì)檢測單元和所述流量計(jì)相連 接，用于接收所述吸附工段進(jìn)口管道中天然氣的雜質(zhì)含量和流量，并根據(jù)所述進(jìn)口管道的 雜質(zhì)含量和流量確定預(yù)設(shè)吸附時(shí)間，并在實(shí)際吸附時(shí)間達(dá)到所述預(yù)設(shè)吸附時(shí)間時(shí)，發(fā)出控 制所述吸附工段閥門關(guān)閉、所述再生工段閥門打開的控制信號(hào)。
[0017] 進(jìn)一步地，上述天然氣吸附塔控制系統(tǒng)還包括：第二雜質(zhì)檢測單元，用于實(shí)時(shí)檢測 所述吸附塔的再生工段出口管道中天然氣的雜質(zhì)含量；所述控制器與所述第二雜質(zhì)檢測單 元相接，用于接收所述雜質(zhì)含量，并在所述雜質(zhì)含量達(dá)到雜質(zhì)預(yù)設(shè)值時(shí)發(fā)出控制所述再生 工段閥門關(guān)閉、所述冷吹工段閥門打開的控制信號(hào)。
[0018] 進(jìn)一步地，上述天然氣吸附塔控制系統(tǒng)還包括：溫度檢測單元，用于實(shí)時(shí)檢測所述 吸附塔的冷吹工段出口管道中天然氣的溫度；所述控制器與所述溫度檢測單元相連接，用 于接收所述溫度，并在所述溫度達(dá)到預(yù)設(shè)溫度時(shí)發(fā)出控制所述冷吹工段閥門關(guān)閉的控制信 號(hào)。
[0019] 本發(fā)明中的天然氣吸附塔控制裝置和控制系統(tǒng)具有與控制方法相同的技術(shù)效果。
[0020] 又一方面，本發(fā)明還提出了一種凈化系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括至少一個(gè)吸附單元和上述 任一種天然氣吸附