CN103695064A

CN103695064A - 天然气脱酸工序中为脱酸吸收剂增压的方法及装置

Info

Publication number: CN103695064A
Application number: CN201310728980.2A
Authority: CN
Inventors: 张生; 郑忠英; 何振勇; 张晓哲; 寇伟伟; 王广海
Original assignee: Xindi Energy Engineering Technology Co Ltd
Current assignee: Xindi Energy Engineering Technology Co Ltd
Priority date: 2013-12-25
Filing date: 2013-12-25
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2033-12-25
Also published as: CN103695064B

Abstract

本发明涉及一种天然气脱酸工序中为脱酸吸收剂增压的方法及装置，所述方法为：采用两台一开一备的离心泵及一台热备的小流量柱塞泵并联为脱酸吸收剂增压，有ESD系统监控所述天然气脱酸工序；脱酸吸收剂经其中一台离心泵增压后进入吸收装置脱除天然气中的酸性气体，当两台离心泵同时出现故障时，柱塞泵经ESD系统远程自动启动，维持装置低负荷运转。本发明所述方法及装置适宜应用于采用混合制冷流程的天然气液化装置的前端醇胺法脱酸工艺，能够避免因进入下游天然气液化装置的天然气阻断而造成的冷箱温度骤降、冷箱底部积液甚至装置全面停车，节省不必要的装置开车费用及操作费用。

Description

天然气脱酸工序中为脱酸吸收剂增压的方法及装置

技术领域

本发明提供了一种全新的天然气脱酸吸收剂增压方法及装置，尤其适宜应用于采用混合制冷流程的天然气液化装置的前端醇胺法脱酸工艺。

背景技术

附图1所示为现有醇胺法脱酸技术的基本工艺流程：在再生塔中完成再生的醇胺溶液经醇胺溶液泵增压后进入吸收塔中与天然气逆流接触传质传热，天然气中的酸性组分进入醇胺溶液，脱酸后的天然气去下游液化装置；吸收了酸性气体的醇胺溶液在闪蒸罐中闪蒸出其中溶解及夹带的烃类后去再生塔再生，再生完成的醇胺溶液经醇胺溶液泵增压后再次进入吸收塔。

为保证装置连续运行，醇胺溶液泵大多一用一备，即一台处于工作状态另一台检修或备用。一旦两台泵同时出现故障，须将天然气脱酸装置停车，同时切断天然气液化系统的天然气入口通道，避免不合格天然气进入天然气液化装置造成冷箱冻堵。但采用混合制冷流程的天然气液化装置不允许出现净化天然气气源阻断的情况，因为如净化天然气来源被切断而混合制冷剂继续循环工作，会出现冷箱温度骤降，短时间内导致冷箱积液、制冷剂冻堵，难以维持到天然气脱酸装置恢复正常，从而导致装置的全面停车。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天然气脱酸工序中为脱酸吸收剂增压的装置及方法，即针对现有醇胺法脱酸技术中存在的醇胺溶液泵同时出现故障导致冷箱积液甚至装置全面停车的问题提出一种解决方法。

在本申请中吸收装置与吸收系统可互换使用。

本发明的第一个方面，提供一种天然气脱酸工序中为脱酸吸收剂增压的方法，所述方法采用一台处于工作状态的离心泵、一台处于检修或备用状态的离心泵（两台离心泵可相同或不同，优选为相同或大致相同规格）及一台热备用状态的、由ESD系统操控的柱塞泵（流量优选小于所述任何一台离心泵）并联为脱酸吸收剂增压，所述ESD系统监测所述天然气脱酸工序的运转；在正常工作状态下，脱酸吸收剂经其中一台处于工作状态的离心泵增压后进入吸收装置脱除天然气中的酸性气体，另一台离心泵检修或备用；当两台离心泵同时出现故障时，ESD系统（Emergency Shutdown Device紧急停车装置系统）输出信号，热备的柱塞泵自动启动，维持装置运转（优选低负荷运转），而不停车。

本发明所述方法适用于天然气醇胺法脱酸工艺，天然气液化工艺中尤其适用于采用混合制冷流程的天然气液化装置的前端醇胺法脱酸工艺。

其中，所述的脱酸吸收剂为醇胺溶液，可以为醇胺法为天然气脱除酸性气体常用的醇胺溶液，优选为由30%～50%、优选35～45%（重量百分比）的活化醇胺（例如用哌嗪活化的MDEA，MDEA：哌嗪（PZ）=1:0.2～0.4摩尔比）和50%～70%、优选55-65%（重量百分比）的水组成，其中醇胺为一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、二异丙醇胺（DIPA）、N-甲基二乙醇胺（MDEA）、二甘醇胺（DGA）中的一种或几种，优选一乙醇胺（MEA）、N-甲基二乙醇胺（MDEA）中的一种或两种或更多种。

所述醇胺溶液与其可吸收的酸性气体的体积比为1：30～1：60，优选1：35～1：55，更优选1：40～1：50。

所述的柱塞泵流量为5m³/h～20m³/h，优选8m³/h～15m³/h，例如10m³/h。柱塞泵的结构形式可以为轴向柱塞泵，也可以为径向柱塞泵。

所述的离心泵按具体工艺流程中的工艺要求、脱酸吸收剂的流量进行选择应用，无特殊限制。

所述天然气脱酸工序中，有ESD系统（Emergency Shutdown Device紧急停车装置系统）监测，ESD系统跟据具体工艺环境及安全等级要求选择应用、设置，但至少设有以下的逻辑程序，当两台醇胺溶液离心泵同时出现故障时，ESD系统输出信号直接启动柱塞泵运转工作。

当启动柱塞泵为脱酸溶剂增压工作时，为保证所述脱酸后的天然气中二氧化碳含量达标，例如＜50ppm，原料天然气流量相应降低，脱酸装置及下游天然气液化装置降负荷操作，会损失一定的产能，处于低负荷运转状态。

本发明的第二方面，提供一种天然气脱酸工序中为脱酸吸收剂增压的装置，所述装置包括两台互备使用（即，一台处于工作状态，另一台处于检修或备用状态）的离心泵（优选大致相同规格或相同规格）和一台由ESD系统操控的热备用状态的柱塞泵，两台离心泵和一台柱塞泵并联连接；装置正常操作过程中两台离心泵中的一台处于工作状态，另一台检修或备用；柱塞泵处于热备用状态，所述ESD系统监测所述天然气脱酸工序的运转，在两台离心泵同时出现故障时输出信号直接启动柱塞泵运转工作（通过装有在两台离心泵同时出现故障时输出信号直接启动柱塞泵运转工作的逻辑程序）。

本发明所述装置用于天然气醇胺法脱酸工艺、天然气液化工艺中尤其适用于采用混合制冷流程的天然气液化装置的前端醇胺法脱酸工艺。

优选地，两台互备的离心泵采用对称布置，且为相同或不同的规格，优选为相同的规格。

所述的柱塞泵流量为5m³/h～20m³/h，优选8m³/h～15m³/h。柱塞泵的结构形式可以为轴向柱塞泵，也可以为径向柱塞泵。

所述的脱酸吸收剂为醇胺溶液，可以为醇胺法为天然气脱除酸性气体常用的醇胺溶液，优选为由30%～50%，优选35～45%（重量百分比）的活化醇胺和50%～70%，优选55-65%（重量百分比）的水组成，其中醇胺为一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、二异丙醇胺（DIPA）、N-甲基二乙醇胺（MDEA）、二甘醇胺（DGA）中的一种或几种，优选一乙醇胺（MEA）、N-甲基二乙醇胺（MDEA）中的一种或几种。

本发明中的两台离心泵互备使用，即指装置正常操作过程中两台离心泵中一台处于工作状态，另一台检修或备用。

本发明中的天然气脱酸工序是指脱除天然气中酸性气体的工艺步骤。所述脱除的天然气酸性气体为原料天然气常见酸性气体，例如CO₂、H₂S。

根据本发明的第三方面，提供一种天然气脱酸装置，其包括：吸收系统(例如吸收塔)，其具有原料天然气进口端、脱酸后的天然气出口端、富醇胺溶液出口端、醇胺溶液进口端；

闪蒸罐，其具有与吸收系统的富醇胺溶液的出口端连接的富醇胺溶液进口端、富醇胺溶液出口端、闪蒸气出口端；

贫富液换热器，其具有与闪蒸罐的富醇胺溶液出口端连接的富醇胺溶液进口端和富醇胺溶液出口端、贫醇胺溶液进口端、贫醇胺溶液出口端；

再生系统(例如再生塔)，其具有与贫富液换热器的富醇胺溶液出口端连接的富醇胺溶液的进口端、与贫富液换热器的贫醇胺溶液的进口端连接的贫醇胺溶液的出口端、酸气出口端；

贫液冷却器，其一端与与贫富液换热器的贫醇胺溶液出口端连接，另一端与并联的两台离心泵和一台由ESD系统操控的热备用状态的柱塞泵各自的一端连接，并联的两台离心泵和一台由ESD系统操控的热备用状态的柱塞泵各自的另一端在汇合之后连接到吸收系统的醇胺溶液进口端，其中，在正常工作状态下，一台离心泵处于工作状态，另一台离心泵检修或备用；当两台离心泵同时出现故障时，所述ESD系统（Emergency Shutdown Device紧急停车装置系统）输出信号，热备的柱塞泵自动启动，维持吸收装置运转（优选低负荷运转），而不停车。

在优选的实施方案中，两台互备的离心泵采用对称布置，且为相同规格。

优选地，所述ESD系统安装有在两台离心泵同时出现故障时输出信号直接启动柱塞泵运转工作的逻辑程序。

本发明的优点：

本发明采用的方法及装置尤其适宜应用于采用混合制冷流程的天然气液化装置的前端醇胺法脱酸净化工艺，能够避免因进入下游天然气液化装置的天然气阻断而造成的冷箱温度骤降、冷箱底部积液甚至装置全面停车的状况发生，节省不必要的装置开车费用及操作费用。

附图说明

图1是现有技术的一种工艺流程图；

图中：100、净化气分离器；101、吸收塔；102、原料气分离器；103、闪蒸罐；104、醇胺溶液泵；105、溶液冷却器；106、升压泵；107、过滤器；108、贫富液换热器；109、再生塔；110、塔顶冷凝器；111、回流收集罐；112、重沸器；113、缓冲罐

图2是采用本发明所述流程的一种工艺流程及装置图。

图中：1、吸收系统(例如吸收塔)；2、闪蒸罐；3、贫富液换热器；4、再生系统(例如再生塔)；5、贫液冷却器；

6a/b、离心泵；7、柱塞泵；10、原料天然气；11、富醇胺溶液；12、脱酸后的天然气；13、闪蒸气；14、贫醇胺溶液；15、酸气

具体实施方式

本发明的目的在于提供一种天然气脱酸工序中为脱酸吸收剂增压的装置及方法，针对现有醇胺法脱酸技术中存在的醇胺溶液泵同时出现故障导致冷箱积液甚至装置全面停车的问题。

本发明的目的具体是这样实现的，即本发明提供了一种天然气脱酸工序中为脱酸吸收剂增压的方法，所述方法采用一台处于工作状态的离心泵、一台处于检修或备用状态的离心泵（两台离心泵优选为相同或大致相同规格）及一台热备用状态的、由ESD系统操控的柱塞泵（流量优选小于所述任何一台离心泵）并联为脱酸吸收剂增压，所述ESD系统监测所述天然气脱酸工序的运转；在正常工作状态下，脱酸吸收剂经其中一台处于工作状态的离心泵增压后进入吸收装置脱除天然气中的酸性气体，另一台离心泵检修或备用；当两台离心泵同时出现故障时，ESD系统（Emergency Shutdown Device紧急停车装置系统）输出信号，热备的柱塞泵自动启动，维持吸收装置运转（优选低负荷运转），而不停车。

所述天然气脱酸工序是指脱除天然气中酸性气体的工艺步骤。

所述醇胺法，是指醇胺溶液在吸收塔内作为吸收剂在低温高压下吸收天然气酸性气体（H₂S、CO₂气体等），生成相应的胺盐并放出热量。吸收了酸气的富液在再生塔内溶液在低压高温条件下溶液中的胺盐分解，放出溶液，使溶液再生、恢复吸收酸气的活性，是脱酸过程连续进行的工艺方法。

所述的脱酸吸收剂为醇胺溶液，可以为醇胺法为天然气脱除酸性气体常用的醇胺溶液，优选为由30%～50%（重量百分比）的活化醇胺（例如用哌嗪活化的MDEA，MDEA：哌嗪（PZ）=1:0.2～0.4摩尔比）和50%～70%（重量百分比）的水组成，其中醇胺为一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、二异丙醇胺（DIPA）、N-甲基二乙醇胺（MDEA）、二甘醇胺（DGA）中的一种或几种，优选一乙醇胺（MEA）、N-甲基二乙醇胺（MDEA）中的一种或几种。

采用本发明方法具体的天然气脱酸流程为：

含有酸性气体（如CO₂、H₂S等）的原料天然气和醇胺溶液进入吸收系统逆流接触；醇胺溶液吸收原料天然气中的酸性气体，脱酸后的天然气自吸收系统去下游的装置（例如采用混合制冷液化流程的天然气液化装置）；吸收了酸性气体的富醇胺溶液可以进入闪蒸罐中闪蒸出闪蒸气（闪蒸气为醇胺溶液中溶解及夹带的烃类），再经换热（例如在换热器中与贫醇胺溶液换热至约90℃～95℃）后进入醇胺溶液再生系统对富醇胺溶液进行再生（例如在约0.01～0.1MPaG（计示压力），优选约0.05MPaG的压力，100～120℃的温度下）；富醇胺溶液在再生系统中汽提出溶液中吸收的酸气，得到再生的贫醇胺溶液离开再生系统，经冷却（例如在换热器中与富醇胺溶液换热降温、再经贫液冷却器冷却至约40℃～45℃）后采用本发明所述两台离心泵中的一台（正常工作状态下的离心泵）增压送至吸收系统，另一台离心泵备用，柱塞泵热备用。装置正常工作过程中，本发明所述离心泵一台处于工作状态，另一台检修或备用；当所述两台离心泵同时出现故障时，所述柱塞泵经ESD系统输出信号自动启动，维持装置低负荷运转，不停车，为两台离心泵的检修提供时间。

下面结合附图2详细说明本发明，附图2是为了说明本发明而绘制的，不构成对本发明构思的任何具体实施方式的限制。本发明实施例中的设备、原料为天然气脱酸工艺中的常用规格。本发明实施例为天然气混合制冷液化装置的天然气脱酸流程。

含有酸性气体（如CO₂、H₂S等）的原料天然气10进入吸收系统1中自下而上流动，醇胺溶液（例如甲基二乙醇胺（MDEA）溶液，由40%（重量百分比）的MDEA和60%（重量百分比）的水组成）在吸收系统1中自上而下流动，吸收原料天然气中的酸性气体，脱酸后的天然气12自吸收系统去下游的天然气液化装置；所述脱酸后的天然气12中二氧化碳含量＜50ppm；所述下游的天然气液化装置采用混合制冷液化流程。

吸收了酸性气体的富醇胺溶液11进入闪蒸罐2中闪蒸出闪蒸气13后，在贫富液换热器3中换热升温至90℃～95℃，然后进入再生系统4对富醇胺溶液进行再生，再生系统4的操作压力约为0.05MPaG，操作温度约为100℃～120℃；所述闪蒸罐2的闪蒸气13为醇胺溶液中溶解及夹带的烃类。

富醇胺溶液在再生系统4中汽提出溶液中吸收的酸气15，得到再生的贫醇胺溶液14离开再生系统4进入贫富液换热器3与富醇胺溶液换热至约70℃，再经贫液冷却器5冷却器至约40℃～45℃；贫液冷却器5可采用空冷、水冷或其他等价的冷源提供冷量。

冷却后的贫醇胺溶液采用本发明所述离心泵6a和6b中的一台，即6a或6b增压后送至吸收系统1，另一台离心泵，即6b或6a备用，柱塞泵7热备用。吸收系统的操作压力一般在4.5MPaG以上，操作温度约为40℃～45℃。

所述天然气脱酸流程处于ESD系统监控下，柱塞泵为ESD系统的逻辑程序的一个输出模块，ESD系统有设置如下逻辑程序：

装置正常工作过程中，本发明所述离心泵6a和6b一台处于工作状态，另一台检修或备用，ESD系统静态，柱塞泵热备用；当所述两台离心泵6a和6b同时出现故障时，ESD系统输出信号，使所述柱塞泵7自动启动，为醇胺溶液增压，输送至吸收系统1，为两台离心泵6a和6b的检修提供时间。

为保证所述脱酸后的天然气12中二氧化碳含量＜50ppm，原料天然气10流量相应降低，脱酸装置及下游天然气液化装置降负荷操作，故会损失一定的产能；但采用本发明所述方法及装置，可避免传统工艺中离心泵同时出现故障必须停脱酸装置、切断下游天然气液化装置的气源、并停天然气液化装置的弊端，也避免了由此可能产生的冷箱温度骤降甚至出现冷箱积液的现象，节省不必要的装置开车费用及操作费用。

Claims

1.一种天然气脱酸工序中为脱酸吸收剂增压的方法，所述方法采用一台处于工作状态的离心泵、一台处于检修或备用状态的离心泵及一台热备用状态的、由ESD系统操控的柱塞泵并联为脱酸吸收剂增压，所述ESD系统监测所述天然气脱酸工序的运转；在正常工作状态下，脱酸吸收剂经一台处于工作状态的离心泵增压后进入吸收装置脱除天然气中的酸性气体，另一台离心泵检修或备用；当两台离心泵同时出现故障时，ESD系统输出信号，热备用状态的柱塞泵自动启动，维持吸收装置运转。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述天然气脱酸工序为采用混合制冷流程的天然气液化装置的前端醇胺法脱酸工艺。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的脱酸吸收剂为醇胺溶液，优选为由30%～50%（重量百分比）的活化醇胺和50%～70%（重量百分比）的水组成，

其中醇胺为一乙醇胺、二乙醇胺、二异丙醇胺、N-甲基二乙醇胺、二甘醇胺中的一种或两种或多种。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述醇胺溶液与其可吸收的酸性气体的体积比为1：30～1：60。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的柱塞泵流量为5m³/h～20m³/h，优选8m³/h～15m³/h。

6.一种天然气脱酸工序中为脱酸吸收剂增压的装置，其特征在于：所述装置包括两台离心泵和一台由ESD系统操控的热备用状态的柱塞泵，两台离心泵和一台柱塞泵并联连接，装置正常操作过程中两台离心泵中的一台处于工作状态，另一台检修或备用；柱塞泵处于热备用状态；所述ESD系统监测所述天然气脱酸工序的运转，在两台离心泵同时出现故障时输出信号直接启动柱塞泵运转工作。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述装置用于采用混合制冷流程的天然气液化装置的前端醇胺法脱酸工艺。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于：两台离心泵采用对称布置，且为相同规格。

9.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于：ESD系统安装有在两台离心泵同时出现故障时输出信号直接启动柱塞泵运转工作的逻辑程序。

10.一种采用前端醇胺法脱酸工艺的天然气脱酸装置，其特征在于，其包括：吸收系统，其具有原料天然气进口端、脱酸后的天然气出口端、富醇胺溶液出口端、醇胺溶液进口端；

再生系统，其具有与贫富液换热器的富醇胺溶液出口端连接的富醇胺溶液的进口端、与贫富液换热器的贫醇胺溶液的进口端连接的贫醇胺溶液的出口端、酸气出口端；

贫液冷却器，其一端与贫富液换热器的贫醇胺溶液出口端连接，另一端与并联的两台离心泵和一台由ESD系统操控的热备用状态的柱塞泵的一端连接，并联的两台离心泵和一台由ESD系统操控的热备用状态的柱塞泵各自的另一端在汇合之后连接到吸收系统的醇胺溶液进口端，其中，在正常工作状态下，一台离心泵处于工作状态，另一台离心泵检修或备用；当两台离心泵同时出现故障时，所述ESD系统输出信号，热备的柱塞泵自动启动，维持脱酸装置运转，而不停车。