專利名稱：一種天然氣脫水脫重?zé)N裝置及工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種天然氣脫水汽和重?zé)N的工藝方法。特別是在沒有建設(shè)大規(guī)模集中凈 化處理站時在天然氣集輸站、單井井口或延伸到油田伴生氣處理站等場所天然氣脫水脫 重?zé)N裝置及工藝方法。
背景技術(shù)：
在沒有建設(shè)大規(guī)模集中凈化處理站時在天然氣集輸站、單井井口或延伸到油田伴生 氣處理站等場所，本發(fā)明中提到的如蘇里格氣田天然氣從地層中開采出來時含有飽和 水，集輸過程中，隨著溫度下降，水份從天然氣中析出，形成液態(tài)水、冰及天然氣固體 水化物， 一方面降低了集輸氣管道的流通能力，嚴(yán)重時造成管線、閥門、儀表等的堵塞， 影響集輸氣管線的安全經(jīng)濟(jì)運行；同時加速集輸氣管道的腐蝕。因此，規(guī)范規(guī)定天然氣 外輸前必須脫除其中的水份，使其水露點溫度降低至規(guī)定值或安全值。
同樣重?zé)N的存在，也會隨著溫度的降低而凝結(jié)析出來，再低凹出聚結(jié)，堵塞管路影 響輸氣，同時還給下游天然氣用戶造成安全隱患，在外輸前也必須清除。
現(xiàn)有的技術(shù)采用一種或多種工藝的組合，將水分及重?zé)N從天然氣中脫除。如采用分 子篩吸附法和三甘醇等溶劑吸收法來進(jìn)行脫水，空冷法和低溫法同時脫水脫重?zé)N，小壓 差節(jié)流法脫水脫重?zé)N，以及吸收法與低溫法組合工藝脫水脫重?zé)N等組合法，超音速分離 脫水脫烴法等等。這些工藝各有優(yōu)缺點及一定的使用條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種簡化流程，節(jié)省投資、占地及運行費用的天然氣脫水脫重
烴工藝方法，以便使天然氣或伴生氣集輸過程中同時脫出水和C6以上重?zé)N，使其水、烴 露點等同于低溫法工藝所能到達(dá)的水平。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的， 一種天然氣脫水脫重?zé)N工藝方法，其特征是天然氣 通過天然氣脫水脫重?zé)N裝置完成吸附和解析的交替循環(huán)流程完成脫水脫重?zé)N工藝。 所述的交替循環(huán)周期為6 12小時。
所述的吸附過程中選用吸附劑。
所述的吸附劑包括①活性氧化鋁，用量為氣中最大飽和水質(zhì)量的10 12倍；②
13X分子篩，用量為要脫除C6 C8重?zé)N及C02總質(zhì)量的10 15倍；③B型硅膠，比表 面積約為420 500m7g，平均孔徑為3. 5nm，粒徑40 60目；用量為要脫除》C8+的總 質(zhì)量的20 30倍；④中孔煤基活性炭AFX-II，用量為用量為要脫除》Cll+的總質(zhì)量的 20 30倍。
所述吸附工藝為站場常溫濕天然氣經(jīng)過節(jié)流閥及第二流量計后通過第二控制閥進(jìn) 入吸附塔，此時，第一控制閥關(guān)閉；濕天然氣經(jīng)吸附塔內(nèi)的吸附劑脫掉水及重?zé)N達(dá)標(biāo)后 由吸附塔底部經(jīng)第四控制閥排出，此時，第三控制閥關(guān)閉；再經(jīng)板式換熱器與再生氣換 熱后外輸。所述的解析工藝是濕天然氣在進(jìn)入節(jié)流閥前分出一股濕天然氣(再生氣)經(jīng)第一 流量計、氣體換熱器及加熱器經(jīng)閥門(溫度加熱到約26(TC)后進(jìn)入解析塔，此時閥門 關(guān)閉；解析塔吸附下來水及重?zé)N，而將加熱脫附下來的熱再生氣通過氣體換熱器與加熱 前的再生氣換熱，再經(jīng)板式換熱器與被吸附塔出來的干天然氣換熱冷卻后進(jìn)入氣液分離 器，在氣液分離器中將再生氣解析出來的游離水和重?zé)N分離，氣液分離器頂部氣體與經(jīng) 過節(jié)流閥及第二流量計進(jìn)入的原料濕天然氣混合進(jìn)吸附塔脫水脫重?zé)N處理。
所述的再生氣從解析塔出來的溫度達(dá)到設(shè)定的22(TC時，吸附劑的再生過程視為結(jié)
束，加熱器停止工作，直到再生氣在解析塔的進(jìn)出口溫度相等時，吸附劑溫度降到常溫， 冷吹結(jié)束。
一種天然氣脫水脫重?zé)N裝置，其特征是至少包括吸附塔、解析塔、流量計、氣體 換熱器及節(jié)流閥，濕天然氣經(jīng)濕天然氣管道串接節(jié)流閥和第二流量計后分別通過控制閥 與吸附塔和解析塔的上端口相通；脫水脫重后的干天然氣經(jīng)板式換熱器后分別通過控制 闊與吸附塔和解析塔的底端口相通；濕天然氣經(jīng)節(jié)流閥前端口分支管道串接第一流量
計、氣體換熱器、加熱器后再分兩路由控制閥分別與吸附塔和解析塔的底端口相通；第 一流量計和加熱器之間的氣體換熱器連接板式換熱器一端，經(jīng)另一端與氣液分離器管道 連接，氣體換熱器另一端分別通過控制閥與吸附塔和解析塔的上端口相通；串接的氣體 換熱器和加熱器輸入和輸出端之間有短路閥。
所述加熱器在負(fù)荷低于60kW時，可選用電加熱器；大于60kW時可選用天然氣直燃 加熱器或高溫?zé)峤橘|(zhì)(導(dǎo)熱油)加熱器。
本發(fā)明的優(yōu)點是①利用TSA脫水流程，通過特定篩選的組合吸附劑即脫出水分又 脫出重?zé)N， 一舉兩得。②利用原料氣作為再生氣，節(jié)約了再生氣循環(huán)所消耗的電耗。③ 出吸附塔的熱再生氣與冷再生氣及干天然氣換熱，節(jié)約了加熱器4的用熱及傳統(tǒng)再生氣
水或電的消耗。④裝置可以撬裝化設(shè)計制造，便于運輸及安裝，節(jié)省施工周期。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。 圖1是本發(fā)明實施例工藝方法流程圖。
圖中1、節(jié)流閥；2、第一流量計；3、氣體換熱器；4、加熱器；5、板式換熱器； 6、吸附塔；7、解析塔；8、氣液分離器；9、第二流量計；10、第一控制閥；11、第二 控制閥；12、第三控制閥；13、第四控制閥；14、第五控制閥；15、第六控制閥；16、 第七控制閥；17、第八控制閥；18、短路閥；19、干天然氣管道；20、分支管道；21、
濕天然氣管道。
具體實施例方式
如圖1所示，濕天然氣經(jīng)濕天然氣管道21串接節(jié)流閥1和第二流量計9后分別通 過第二控制閥11與吸附塔6上端口相通，通過第六控制閥15與解析塔7上端口相通。 脫水脫重后的干天然氣是通過干天然氣管道19中的板式換熱器5后分別通過第四控制 閥13與吸附塔6的底端口相通，通過第八控制閥17與吸附塔6的底端口及解析塔7的底端n相通；濕天然氣在濕天然氣管道21的節(jié)流閥1前端口分支管道20串接第一流量 計2、氣體換熱器3、加熱器4后再分兩路由第三控制閥12和第七控制闊16分別與吸 附塔6和解析塔7的底端口相通。第一流量計2和加熱器4之間的氣體換熱器3連接板 式換熱器5—端，經(jīng)另一端與氣液分離器8管道連接，氣體換熱器3另一端分別通過第 一控制閥10和第五控制閥14與吸附塔6和解析塔7的上端口相通。串接的氣體換熱器 3和加熱器4輸入和輸出端連接短路閥18。
天然氣通過天然氣脫水脫重?zé)N裝置完成吸附和解析的交替循環(huán)工藝 吸附工藝為站場常溫濕天然氣經(jīng)過節(jié)流閥1及第二流量計9后通過第二控制閥 n進(jìn)入吸附塔6，此時，第一控制閥10關(guān)閉；濕天然經(jīng)吸附塔6內(nèi)的吸附劑脫掉水及 重?zé)N達(dá)標(biāo)后由吸附塔6底部經(jīng)第四控制閥13排出，此時，第三控制閥12關(guān)閉；再經(jīng)板 式換熱器5與再生氣換熱后外輸。
解析工藝是濕天然在進(jìn)入節(jié)流閥1前分出一股濕天然氣(再生氣)經(jīng)第一流量計
2、換熱器3及加熱器4經(jīng)第七控制閥16 (溫度加熱到約26(TC)后進(jìn)入解析塔7，此 時第八控制閥17關(guān)閉；解析塔7吸附下來水及重?zé)N，而將加熱脫附下來的熱再生氣通 過換熱器3與加熱前的再生氣換熱，再經(jīng)板式換熱器5與被吸附塔6出來的干天然氣換 熱冷卻后進(jìn)入氣液分離器8，在氣液分離器8中將再生氣解析出來的游離水和重?zé)N分離， 氣液分離器8頂部氣體與經(jīng)過節(jié)流閥1及第二流量計9進(jìn)入的原料濕天然氣混合進(jìn)吸附 塔6脫水脫重?zé)N處理。
冷吹過程當(dāng)再生氣從解析塔7出來的溫度達(dá)到設(shè)定的220。C時，吸附劑的再生過 程視為結(jié)束，加熱器4停止工作，直到再生氣在解析塔7的進(jìn)出口溫度相等時，吸附劑 溫度降到常溫，冷吹結(jié)束。
在一個吸附工藝周期和解析工藝(吸附劑再生冷吹)周期，時間通常各為8個小時。 通過切換吸附塔6、解析塔7的進(jìn)出口閥門，吸附塔6變?yōu)樵偕馕鏊?變成為 吸附塔。
以8個小時周期為例，時間分配如下吸附8小時，加熱再生5小時，冷吹3小時。 氣體換熱器3、板式換熱器5選用逆流換熱器，當(dāng)工作壓力低于4. OMPa,選擇焊接
板式換熱器5;在4.0MPa以上壓力工作時，選用繞管式換熱器或板殼式換熱器。
加熱器4在負(fù)荷低于60kW時，可選用電加熱器；大于60kW時可選用天然氣直燃加
熱器或高溫?zé)峤橘|(zhì)(導(dǎo)熱油)加熱器。
針對以下蘇単格氣田天然氣組份，篩選出的專用的吸附劑有三種組合實例:
怨.份摩爾組成組.份摩爾組成組份摩爾組成
91.934iC50.094nC90.012
c24.96nC5O馬nC100.005
c30.948nC60.110.003
iC40.172nC70.104co20.701
0.165nCs0.024N20.722
6其中的水為飽和水。 吸附劑組合實施例l:
① 活性氧化鋁用量為氣中最大飽和水質(zhì)量的10倍；
② 13X分子篩，用量為要脫除C6 C8重?zé)N及C02總質(zhì)量的10倍；
③ B型硅膠，比表面積約為420 500mVg，平均孔徑為3. 5nm，粒徑40目；用量 為要脫除》C8+的總質(zhì)量的20倍；
中孔煤基活性炭AFX-II，用量為要脫除》Cll+的總質(zhì)量的20倍。 吸附劑組合實施例2:
① 活性氧化鋁用量為氣中最大飽和水質(zhì)量的11倍；
② 13X分子篩，用量為要脫除C6 C8重?zé)N及C02總質(zhì)量的12倍；
③ B型硅膠，比表面積約為420 500m7g，平均孔徑為3. 5nm，粒徑40目；用量 為要脫除^C8+的總質(zhì)量的25倍；
④ 中孔煤基活性炭AFX-II，用量為要脫除》Cll+的總質(zhì)量的25倍。 吸附劑組合實施例3:
① 活性氧化鋁用量為氣中最大飽和水質(zhì)量的12倍；
② 13X分子篩，用量為要脫除C6 C8重?zé)N及C02總質(zhì)量的15倍；
③ B型硅膠，比表面積約為420 500m7g，平均孔徑為3. 5nm，粒徑40目；用量 為要脫除》C8+的總質(zhì)量的30倍；
④ 中孔煤基活性炭AFX-II，用量為要脫除》Cll+的總質(zhì)量的30倍。 上述氣中飽和水量、要脫除的》C6的重?zé)N及C02摩爾或質(zhì)量分?jǐn)?shù)都可以用行業(yè)常
規(guī)的質(zhì)譜分析或色譜分析方法測定出具體數(shù)值。使用時根據(jù)客戶對烴露點需要選取的數(shù) 值來選取不同的吸附劑組合， 一般選擇最低倍數(shù)點取可以保證烴露小于-10度，選擇最 高倍數(shù)點取可以使經(jīng)露小于-25度，水露點均能保證小于-30度。
三塔流程工藝與上述原理類似。 '
主要控制參數(shù)如下
加熱器4出口的天然氣溫度設(shè)定范圍為18(TC 26(TC;再生氣出解析塔的溫度達(dá) 到14(TC 22(TC時，再生完成；再生氣從板式換熱器5出來的設(shè)計溫度為比濕天然氣 高5'C;再生氣流量計(FI2)的數(shù)值為濕天然氣流量的20% 35%。
以上溫度參數(shù)可根據(jù)實際測試的天然氣水、烴露點適當(dāng)調(diào)整具體設(shè)定值。原料氣中 的飽和重?zé)N和水含量較高時，加熱器4出口溫度及再生后溫度取上限值。
該工藝能在較寬的壓力范圍(0.3 9.0MPa)和較寬的處理量范圍(0.2X10V/d 150X10V/d)內(nèi)使用，從根本上簡化流程，節(jié)省投資、占地及運行費用，同時工藝裝 置還能成撬設(shè)計制造。
權(quán)利要求
1、一種天然氣脫水脫重?zé)N工藝方法，其特征是天然氣通過天然氣脫水脫重?zé)N裝置完成吸附和解析的交替循環(huán)流程完成脫水脫重?zé)N工藝。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天然氣脫水脫重?zé)N工藝方法，其特征是所述的交 替循環(huán)周期為6 12小時。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種天然氣脫水脫重?zé)N工藝方法，其特征是所述的吸 附過程中選用吸附劑。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種天然氣脫水脫重?zé)N工藝方法，其特征是所述的吸 附劑包括①活性氧化鋁，用量為氣中最大飽和水質(zhì)量的10 12倍；②13X分子篩，用量為要脫除C6 C8重?zé)N及C02總質(zhì)量的10 15倍;③B型硅膠，比表面積約為420 500m7g，平均孔徑為3.5nm，粒徑40 60目；用量為要脫除》C8+的總質(zhì)量的20 30 倍；④中孔煤基活性炭AFX-II，用量為用量為要脫除^Cll+的總質(zhì)量的20 30倍。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天然氣脫水脫重?zé)N工藝方法，其特征是所述吸附 工藝為站場常溫濕天然氣經(jīng)過節(jié)流閥(1)及第二流量計(9)后通過第二控制閥(11) 進(jìn)入吸附塔(6)，此時，第一控制闊(10)關(guān)閉；濕天然氣經(jīng)吸附塔(6)內(nèi)的吸附劑 脫掉水及重?zé)N達(dá)標(biāo)后由吸附塔(6)底部經(jīng)第四控制閥(13)排出，此時，第三控制閥(12)關(guān)閉；再經(jīng)板式換熱器(5)與再生氣換熱后外輸。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天然氣脫水脫重?zé)N工藝方法，其特征是所述的解 析工藝是濕天然氣在進(jìn)入節(jié)流閥(1)前分出一股濕天然氣再生氣經(jīng)第一流量計(2)、氣體換熱器(3)及加熱器(4)經(jīng)閥門，溫度加熱到約26(TC后進(jìn)入解析塔(7)，此時 閥門關(guān)閉；解析塔(7)吸附下來水及重?zé)N，而將加熱脫附下來的熱再生氣通過氣體換 熱器(3)與加熱前的再生氣換熱，再經(jīng)板式換熱器(5)與被吸附塔(6 )出來的干天 然氣換熱冷卻后進(jìn)入氣液分離器(8)，在氣液分離器(8 )中將再生氣解析出來的游離 水和重?zé)N分離，氣液分離器(8 )頂部氣體與經(jīng)過節(jié)流閥(1)及第二流量計(9)進(jìn)入 的原料濕天然氣混合進(jìn)吸附塔(6)脫水脫重?zé)N處理。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天然氣脫水脫重?zé)N工藝方法，其特征是所述的再 生氣從解析塔(7)出來的溫度達(dá)到設(shè)定的22(TC時，吸附劑的再生過程視為結(jié)束，加 熱器(4)停止工作，直到再生氣在解析塔(7)的進(jìn)出口溫度相等時，吸附劑溫度降到 常溫，冷吹結(jié)束。
8、 一種天然氣脫水脫重?zé)N裝置，其特征是至少包括吸附塔(6)、解析塔(7)、流量計、氣體換熱器(3)及節(jié)流閥(1)，濕天然氣經(jīng)濕天然氣管道串接節(jié)流閥(1)和 第二流量計(9)后分別通過控制閥與吸附塔(6)和解析塔(7)的上端口相通；脫水 脫重后的干天然氣經(jīng)板式換熱器(5)后分別通過控制閥與吸附塔(6)和解析塔(7) 的底端口相通；濕天然氣經(jīng)節(jié)流閥(1)前端口分支管道串接第一流量計(2)、氣體換 熱器(3)、加熱器(4)后再分兩路由控制閥分別與吸附塔(6)和解析塔(7)的底端 口相通；第一流量計(2)和加熱器(4)之間的氣體換熱器(3)連接板式換熱器(5) 一端，經(jīng)另一端與氣液分離器(8)管道連接，氣體換熱器(3)另一端分別通過控制閥 與吸附塔(6)和解析塔(7)的上端口相通；串接的氣體換熱器(3)和加熱器(4)輸 入和輸出端之間有短路閥(18)。
9、根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種天然氣脫水脫重?zé)N工藝方法，其特征是所述加熱 器(4)在負(fù)荷低于60kW時，可選用電加熱器；大于60kW時可選用天然氣直燃加熱器 或高溫?zé)峤橘|(zhì)(導(dǎo)熱油)加熱器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種天然氣脫水汽和重?zé)N的工藝方法。特別是在沒有建設(shè)大規(guī)模集中凈化處理站時在天然氣集輸站、單井井口或延伸到油田伴生氣處理站等場所天然氣脫水脫重?zé)N裝置及工藝方法，其特征是天然氣通過天然氣脫水脫重?zé)N裝置完成吸附和解析的交替循環(huán)流程完成脫水脫重?zé)N工藝。該工藝簡化流程，節(jié)省投資、占地及運行費用，使天然氣或伴生氣集輸過程中同時脫出水和C₆以上重?zé)N，使其水、烴露點等同于低溫法工藝所能到達(dá)的水平。
文檔編號C10L3/10GK101508923SQ20091002150
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月12日
發(fā)明者馮凱生, 祎 劉, 偉 徐, 光 楊, 鐵 王, 王登海, 白俊生, 郄海霞 申請人:西安長慶科技工程有限責(zé)任公司