CN101508923A - 一种天然气脱水脱重烃装置及工艺方法 - Google Patents

一种天然气脱水脱重烃装置及工艺方法 Download PDF

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本发明涉及一种天然气脱水汽和重烃的工艺方法。特别是在没有建设大规模集中净化处理站时在天然气集输站、单井井口或延伸到油田伴生气处理站等场所天然气脱水脱重烃装置及工艺方法，其特征是：天然气通过天然气脱水脱重烃装置完成吸附和解析的交替循环流程完成脱水脱重烃工艺。该工艺简化流程，节省投资、占地及运行费用，使天然气或伴生气集输过程中同时脱出水和C6以上重烃，使其水、烃露点等同于低温法工艺所能到达的水平。

Description

一种天然气脱水脱重烃装置及工艺方法
技术领域
本发明涉及一种天然气脱水汽和重烃的工艺方法。特别是在没有建设大规模集中净化处理站时在天然气集输站、单井井口或延伸到油田伴生气处理站等场所天然气脱水脱重烃装置及工艺方法。
背景技术
在没有建设大规模集中净化处理站时在天然气集输站、单井井口或延伸到油田伴生气处理站等场所，本发明中提到的如苏里格气田天然气从地层中开采出来时含有饱和水，集输过程中，随着温度下降，水份从天然气中析出，形成液态水、冰及天然气固体水化物，一方面降低了集输气管道的流通能力，严重时造成管线、阀门、仪表等的堵塞，影响集输气管线的安全经济运行；同时加速集输气管道的腐蚀。因此，规范规定天然气外输前必须脱除其中的水份，使其水露点温度降低至规定值或安全值。
同样重烃的存在，也会随着温度的降低而凝结析出来，再低凹出聚结，堵塞管路影响输气，同时还给下游天然气用户造成安全隐患，在外输前也必须清除。
现有的技术采用一种或多种工艺的组合，将水分及重烃从天然气中脱除。如采用分子筛吸附法和三甘醇等溶剂吸收法来进行脱水，空冷法和低温法同时脱水脱重烃，小压差节流法脱水脱重烃，以及吸收法与低温法组合工艺脱水脱重烃等组合法，超音速分离脱水脱烃法等等。这些工艺各有优缺点及一定的使用条件。
发明内容
本发明的目的是提供一种简化流程，节省投资、占地及运行费用的天然气脱水脱重烃工艺方法，以便使天然气或伴生气集输过程中同时脱出水和C6以上重烃，使其水、烃露点等同于低温法工艺所能到达的水平。
本发明的目的是这样实现的，一种天然气脱水脱重烃工艺方法，其特征是：天然气通过天然气脱水脱重烃装置完成吸附和解析的交替循环流程完成脱水脱重烃工艺。
所述的交替循环周期为6～12小时。
所述的吸附过程中选用吸附剂。
所述的吸附剂包括：①活性氧化铝，用量为气中最大饱和水质量的10～12倍；②13X分子筛，用量为要脱除C6～C8重烃及CO2总质量的10～15倍；③B型硅胶，比表面积约为420～500m2/g，平均孔径为3.5nm，粒径40～60目；用量为要脱除≥C8+的总质量的20～30倍；④中孔煤基活性炭AFX-II，用量为用量为要脱除≥C11+的总质量的20～30倍。
所述吸附工艺为：站场常温湿天然气经过节流阀及第二流量计后通过第二控制阀进入吸附塔，此时，第一控制阀关闭；湿天然气经吸附塔内的吸附剂脱掉水及重烃达标后由吸附塔底部经第四控制阀排出，此时，第三控制阀关闭；再经板式换热器与再生气换热后外输。
所述的解析工艺是：湿天然气在进入节流阀前分出一股湿天然气(再生气)经第一流量计、气体换热器及加热器经阀门(温度加热到约260℃)后进入解析塔，此时阀门关闭；解析塔吸附下来水及重烃，而将加热脱附下来的热再生气通过气体换热器与加热前的再生气换热，再经板式换热器与被吸附塔出来的干天然气换热冷却后进入气液分离器，在气液分离器中将再生气解析出来的游离水和重烃分离，气液分离器顶部气体与经过节流阀及第二流量计进入的原料湿天然气混合进吸附塔脱水脱重烃处理。
所述的再生气从解析塔出来的温度达到设定的220℃时，吸附剂的再生过程视为结束，加热器停止工作，直到再生气在解析塔的进出口温度相等时，吸附剂温度降到常温，冷吹结束。
一种天然气脱水脱重烃装置，其特征是：至少包括吸附塔、解析塔、流量计、气体换热器及节流阀，湿天然气经湿天然气管道串接节流阀和第二流量计后分别通过控制阀与吸附塔和解析塔的上端口相通；脱水脱重后的干天然气经板式换热器后分别通过控制阀与吸附塔和解析塔的底端口相通；湿天然气经节流阀前端口分支管道串接第一流量计、气体换热器、加热器后再分两路由控制阀分别与吸附塔和解析塔的底端口相通；第一流量计和加热器之间的气体换热器连接板式换热器一端，经另一端与气液分离器管道连接，气体换热器另一端分别通过控制阀与吸附塔和解析塔的上端口相通；串接的气体换热器和加热器输入和输出端之间有短路阀。
所述加热器在负荷低于60kW时，可选用电加热器；大于60kW时可选用天然气直燃加热器或高温热介质(导热油)加热器。
本发明的优点是：①利用TSA脱水流程，通过特定筛选的组合吸附剂即脱出水分又脱出重烃，一举两得。②利用原料气作为再生气，节约了再生气循环所消耗的电耗。③出吸附塔的热再生气与冷再生气及干天然气换热，节约了加热器4的用热及传统再生气水或电的消耗。④装置可以撬装化设计制造，便于运输及安装，节省施工周期。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1是本发明实施例工艺方法流程图。
图中：1、节流阀；2、第一流量计；3、气体换热器；4、加热器；5、板式换热器；6、吸附塔；7、解析塔；8、气液分离器；9、第二流量计；10、第一控制阀；11、第二控制阀；12、第三控制阀；13、第四控制阀；14、第五控制阀；15、第六控制阀；16、第七控制阀；17、第八控制阀；18、短路阀；19、干天然气管道；20、分支管道；21、湿天然气管道。
具体实施方式
如图1所示，湿天然气经湿天然气管道21串接节流阀1和第二流量计9后分别通过第二控制阀11与吸附塔6上端口相通，通过第六控制阀15与解析塔7上端口相通。脱水脱重后的干天然气是通过干天然气管道19中的板式换热器5后分别通过第四控制阀13与吸附塔6的底端口相通，通过第八控制阀17与吸附塔6的底端口及解析塔7的底端口相通；湿天然气在湿天然气管道21的节流阀1前端口分支管道20串接第一流量计2、气体换热器3、加热器4后再分两路由第三控制阀12和第七控制阀16分别与吸附塔6和解析塔7的底端口相通。第一流量计2和加热器4之间的气体换热器3连接板式换热器5一端，经另一端与气液分离器8管道连接，气体换热器3另一端分别通过第一控制阀10和第五控制阀14与吸附塔6和解析塔7的上端口相通。串接的气体换热器3和加热器4输入和输出端连接短路阀18。
天然气通过天然气脱水脱重烃装置完成吸附和解析的交替循环工艺：
吸附工艺为：站场常温湿天然气经过节流阀1及第二流量计9后通过第二控制阀11进入吸附塔6，此时，第一控制阀10关闭；湿天然经吸附塔6内的吸附剂脱掉水及重烃达标后由吸附塔6底部经第四控制阀13排出，此时，第三控制阀12关闭；再经板式换热器5与再生气换热后外输。
解析工艺是：湿天然在进入节流阀1前分出一股湿天然气(再生气)经第一流量计2、换热器3及加热器4经第七控制阀16(温度加热到约260℃)后进入解析塔7，此时第八控制阀17关闭；解析塔7吸附下来水及重烃，而将加热脱附下来的热再生气通过换热器3与加热前的再生气换热，再经板式换热器5与被吸附塔6出来的干天然气换热冷却后进入气液分离器8，在气液分离器8中将再生气解析出来的游离水和重烃分离，气液分离器8顶部气体与经过节流阀1及第二流量计9进入的原料湿天然气混合进吸附塔6脱水脱重烃处理。
冷吹过程：当再生气从解析塔7出来的温度达到设定的220℃时，吸附剂的再生过程视为结束，加热器4停止工作，直到再生气在解析塔7的进出口温度相等时，吸附剂温度降到常温，冷吹结束。
在一个吸附工艺周期和解析工艺(吸附剂再生冷吹)周期，时间通常各为8个小时。通过切换吸附塔6、解析塔7的进出口阀门，吸附塔6变为再生塔，而解析塔7变成为吸附塔。
以8个小时周期为例，时间分配如下：吸附8小时，加热再生5小时，冷吹3小时。
气体换热器3、板式换热器5选用逆流换热器，当工作压力低于4.0MPa，选择焊接板式换热器5；在4.0MPa以上压力工作时，选用绕管式换热器或板壳式换热器。
加热器4在负荷低于60kW时，可选用电加热器；大于60kW时可选用天然气直燃加热器或高温热介质(导热油)加热器。
针对以下苏里格气田天然气组份，筛选出的专用的吸附剂有三种组合实例：
 
组份 摩尔组成 组份 摩尔组成 组份 摩尔组成
C1 91.934 iC5 0.094 nC9 0.012
C2 4.96 nC5 0.046 nC10 0.005
C3 0.948 nC6 0.11 C11+ 0.003
iC4 0.172 nC7 0.104 CO2 0.701
nC4 0.165 nC8 0.024 N2 0.722
其中的水为饱和水。
吸附剂组合实施例1：
①活性氧化铝用量为气中最大饱和水质量的10倍；
②13X分子筛，用量为要脱除C6～C8重烃及CO2总质量的10倍；
③B型硅胶，比表面积约为420～500m2/g，平均孔径为3.5nm，粒径40目；用量为要脱除≥C8+的总质量的20倍；
④中孔煤基活性炭AFX-II，用量为要脱除≥C11+的总质量的20倍。
吸附剂组合实施例2：
①活性氧化铝用量为气中最大饱和水质量的11倍；
②13X分子筛，用量为要脱除C6～C8重烃及CO2总质量的12倍；
③B型硅胶，比表面积约为420～500m2/g，平均孔径为3.5nm，粒径40目；用量为要脱除≥C8+的总质量的25倍；
④中孔煤基活性炭AFX-II，用量为要脱除≥C11+的总质量的25倍。
吸附剂组合实施例3：
①活性氧化铝用量为气中最大饱和水质量的12倍；
②13X分子筛，用量为要脱除C6～C8重烃及CO2总质量的15倍；
③B型硅胶，比表面积约为420～500m2/g，平均孔径为3.5nm，粒径40目；用量为要脱除≥C8+的总质量的30倍；
④中孔煤基活性炭AFX-II，用量为要脱除≥C11+的总质量的30倍。
上述气中饱和水量、要脱除的≥C6的重烃及CO2摩尔或质量分数都可以用行业常规的质谱分析或色谱分析方法测定出具体数值。使用时根据客户对烃露点需要选取的数值来选取不同的吸附剂组合，一般选择最低倍数点取可以保证烃露小于-10度，选择最高倍数点取可以使烃露小于-25度，水露点均能保证小于-30度。
三塔流程工艺与上述原理类似。
主要控制参数如下：
加热器4出口的天然气温度设定范围为180℃～260℃；再生气出解析塔的温度达到140℃～220℃时，再生完成；再生气从板式换热器5出来的设计温度为比湿天然气高5℃；再生气流量计(FI2)的数值为湿天然气流量的20％～35％。
以上温度参数可根据实际测试的天然气水、烃露点适当调整具体设定值。原料气中的饱和重烃和水含量较高时，加热器4出口温度及再生后温度取上限值。
该工艺能在较宽的压力范围(0.3～9.0MPa)和较宽的处理量范围(0.2×104m3/d～150×104m3/d)内使用，从根本上简化流程，节省投资、占地及运行费用，同时工艺装置还能成撬设计制造。

Claims (9)

1、一种天然气脱水脱重烃工艺方法，其特征是：天然气通过天然气脱水脱重烃装置完成吸附和解析的交替循环流程完成脱水脱重烃工艺。
2、根据权利要求1所述的一种天然气脱水脱重烃工艺方法，其特征是：所述的交替循环周期为6～12小时。
3、根据权利要求2所述的一种天然气脱水脱重烃工艺方法，其特征是：所述的吸附过程中选用吸附剂。
4、根据权利要求2所述的一种天然气脱水脱重烃工艺方法，其特征是：所述的吸附剂包括：①活性氧化铝，用量为气中最大饱和水质量的10～12倍；②13X分子筛，用量为要脱除C6～C8重烃及CO2总质量的10～15倍；③B型硅胶，比表面积约为420～500m2/g，平均孔径为3.5nm，粒径40～60目；用量为要脱除≥C8+的总质量的20～30倍；④中孔煤基活性炭AFX-II，用量为用量为要脱除≥C11+的总质量的20～30倍。
5、根据权利要求1所述的一种天然气脱水脱重烃工艺方法，其特征是：所述吸附工艺为：站场常温湿天然气经过节流阀(1)及第二流量计(9)后通过第二控制阀(11)进入吸附塔(6)，此时，第一控制阀(10)关闭；湿天然气经吸附塔(6)内的吸附剂脱掉水及重烃达标后由吸附塔(6)底部经第四控制阀(13)排出，此时，第三控制阀(12)关闭；再经板式换热器(5)与再生气换热后外输。
6、根据权利要求1所述的一种天然气脱水脱重烃工艺方法，其特征是：所述的解析工艺是：湿天然气在进入节流阀(1)前分出一股湿天然气再生气经第一流量计(2)、气体换热器(3)及加热器(4)经阀门，温度加热到约260℃后进入解析塔(7)，此时阀门关闭；解析塔(7)吸附下来水及重烃，而将加热脱附下来的热再生气通过气体换热器(3)与加热前的再生气换热，再经板式换热器(5)与被吸附塔(6)出来的干天然气换热冷却后进入气液分离器(8)，在气液分离器(8)中将再生气解析出来的游离水和重烃分离，气液分离器(8)顶部气体与经过节流阀(1)及第二流量计(9)进入的原料湿天然气混合进吸附塔(6)脱水脱重烃处理。
7、根据权利要求1所述的一种天然气脱水脱重烃工艺方法，其特征是：所述的再生气从解析塔(7)出来的温度达到设定的220℃时，吸附剂的再生过程视为结束，加热器(4)停止工作，直到再生气在解析塔(7)的进出口温度相等时，吸附剂温度降到常温，冷吹结束。
8、一种天然气脱水脱重烃装置，其特征是：至少包括吸附塔(6)、解析塔(7)、流量计、气体换热器(3)及节流阀(1)，湿天然气经湿天然气管道串接节流阀(1)和第二流量计(9)后分别通过控制阀与吸附塔(6)和解析塔(7)的上端口相通；脱水脱重后的干天然气经板式换热器(5)后分别通过控制阀与吸附塔(6)和解析塔(7)的底端口相通；湿天然气经节流阀(1)前端口分支管道串接第一流量计(2)、气体换热器(3)、加热器(4)后再分两路由控制阀分别与吸附塔(6)和解析塔(7)的底端口相通；第一流量计(2)和加热器(4)之间的气体换热器(3)连接板式换热器(5)一端，经另一端与气液分离器(8)管道连接，气体换热器(3)另一端分别通过控制阀与吸附塔(6)和解析塔(7)的上端口相通；串接的气体换热器(3)和加热器(4)输入和输出端之间有短路阀(18)。
9、根据权利要求6所述的一种天然气脱水脱重烃工艺方法，其特征是：所述加热器(4)在负荷低于60kW时，可选用电加热器；大于60kW时可选用天然气直燃加热器或高温热介质(导热油)加热器。
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