CN104745261A - 一种高压分子筛循环脱水系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压分子筛循环脱水系统及方法，包括分子筛脱水塔、压缩机、丝网过滤器、控鼓风机、旋风分离器、换热器、缓冲罐。气液分离罐、燃烧加热炉、阀门以及相应的控制系统，在天然气进入分子筛塔脱水前先对其进行加压至25MP，在高压工况下进行脱水作业，这种操作有点在于设备体积小、压力损失小适用于撬装。天然气出口设置旋风分离器对即将进入液化阶段的天然气进行气固分离放置分子筛粉化的粉末进入下级液化设备堵塞设备影响液化效率。整个流程采用闭式循环再生操作，再生气可以循环使用，同时可以有效利用再生后气体余热，降低能耗。

Description

一种高压分子筛循环脱水系统及方法

技术领域

本发明公开了一种液化天然气的脱水处理设备，特别是一种高压天然气分子筛脱水系统及方法。

背景技术

液化天然气脱水技术工艺主要是将脱硫后的天然气进行脱水处理，利用分子筛水的吸附作用进行脱水操作，一个吸附周期结束后用加热的方法对分子筛进行再生操作，分子筛脱水工艺采用两塔循环操作，一塔脱水一塔再生，相关操作都是在密封的分子筛脱水塔中进行。

常用的分子筛脱水包括分子筛脱水塔、燃烧加热炉、气液分离罐、控制阀门以及相关的控制系统。天然气液化之前要进行严格的预处理及脱酸、脱硫、脱杂质操作，脱水过程作为预处理的最后一道流程需要将天然气中的水脱除后进入最终的液化阶段。在液化工程中天然气中所含的水会造成设备堵塞、结冰、液化效率降低等诸多问题，所以脱水过程多脱水的深度和脱水后露点要求十分严格，采用分子筛吸附脱水操作可以达到上述要求。天然气在结束脱硫等预处理操作后直接进入分子筛塔进行脱水操作流程，假设Ⅰ塔脱水，Ⅱ塔再生。待脱水天然气通过阀门控制系统上至下通过内有分子筛的分子筛脱水Ⅰ塔，天然气经过分子筛床层所含水被分子筛吸附，达到脱水的目的。经过脱水处理后的天然气从塔底排出直接进入液化阶段；同时再生气通过燃烧加热炉加热到设定温度后从塔底进入Ⅱ塔，从下至上对塔内已经饱和的分子筛进行再生，当塔内分子筛脱水完全即再生结束后进行冷吹操作，达到脱水分离操作条件后结束冷吹等待下次脱水操作，如此循环为一个工作周期，一个工作周期结束后通过阀门控制系统使Ⅰ、Ⅱ脱水再生操作对调，Ⅱ塔脱水Ⅰ塔再生如此循环往复。

这种分子筛脱水流程由于脱水过程在常压情况下进行，由于气体体积较大，使用的设备体积较大，不适合小型撬装；分子筛脱水再生一段时间后会发生粉化现象，脱水后的天然气会携带粉末进入液化阶段，会造成液化效率低和设备堵塞等问题；再生操作会产生大量余热同时再生气也需要妥善处理，有效利用，以达到节约成本，降低能耗，环境友好的目的。

发明内容

本发明的目的在于克服和改进上述脱水流程中存在的问题，提供了一种高压分子筛循环脱水系统。

本发明采用的技术方案如下:

一种高压分子筛循环脱水系统，包括天然气脱水系统和再生气循环系统；

所述的天然气脱水系统包括依次串联的压缩机、丝网过滤器、Ⅰ塔、控鼓风机和旋风分离器，所述的压缩机的入口为进气口，其出口与丝网过滤器相连，且所述的旋风分离器上端的溢流口为出气口，下端为粉末收集口；

所述的再生气循环系统包括依次串联的Ⅱ塔、换热器、缓冲罐、气液分离罐、燃烧加热炉；所述的Ⅱ塔的顶部分别与换热器的入口、Ⅰ塔相连通，所述的燃烧加热炉的出口分别与Ⅰ塔、Ⅱ塔相连通。

所述的Ⅱ塔、Ⅰ塔的顶部均与丝网过滤器的出口连通，且在其连接的管路上各自串联一个第三阀门、第四阀门。

所述的Ⅱ塔、Ⅰ塔的顶部均与换热器的入口连通，且在其连接的管路上各自串联一个第一阀门、第二阀门。

所述的Ⅱ塔、Ⅰ塔的底部均与控鼓风机的入口连通，且在其连接的管路上各自串联一个第五阀门、第六阀门。

所述的Ⅱ塔、Ⅰ塔的底部均与燃烧加热炉的出口连通，且在其连接的管路上各自串联一个第七阀门、第八阀门。

所述的旋风分离器上端的溢流口还与换热器的入口相连，且换热器的出口一方面与缓冲罐相连，一方面与燃烧加热炉相连。

在旋风分离器上端的溢流口与燃烧加热炉连接的管路上设有一个第九阀门；

所述的燃烧加热炉的入口直接与其出口相连，且在其连接的管路上设有一个第十阀门。

上述系统的脱水方法如下:

当Ⅰ塔脱水，Ⅱ塔再生操作时，开启第二、三、五、八阀门，关闭第一、四、六、七阀门；

液化的流程为：待脱水天然气从进气口首先进入压缩机，达到高压操作条件后进入丝网过滤器除去天然气中携带的液态水以及有害杂质，天然气进入Ⅰ塔塔顶从上至下通过分子筛塔盘脱去所含的水，鼓风机负责提供气体流动动力，从Ⅰ塔塔底脱水后的天然气进入旋风分离器切向入口；由于天然气和所携带分子筛粉末的密度不同受到离心力不同，分子筛粉末被甩到边壁从粉末收集口排除，清洁天然气通过上端溢流口排出，大部分脱水后的天然气通过出气口进入液化流程；

Ⅱ塔的再生循环流程为：开启第九阀门、关闭第十阀门，再生气与少量旋风分离器溢流口排出的天然气一起进入燃烧加热炉，加热到再生温度后通过管线进入Ⅱ塔塔底，再生气由下至上依次通过分子筛解析饱和分子筛中的水，携带水的再生气从Ⅱ塔塔顶排出后进入换热器,，对再生气进行预热，初步换热后的再生气温度降低，进入缓冲罐进一步降低温度并降低压力、流速，然后再生气进入气液分离罐，将携带的水脱除，干燥的再生气通过气液分离罐上端排气口排出后完成一次再生循环。

分子筛再生结束后，塔内温度高，压力大，再进行冷吹操作，即关闭第九阀门、开启第十阀门，再生气不经加热炉直接进入Ⅱ塔塔底从上至下进行冷吹，达到脱水操作工况后，关闭第九阀门、第十阀门，停止进气，准备下阶段的脱水操作。一个工作周期结束后，Ⅰ塔、Ⅱ塔功能调换，Ⅰ塔再生、Ⅱ塔脱水，工作流程不变。

本发明在天然气进入分子筛塔脱水前先对其进行加压，在高压工况下进行脱水作业，这种操作有点在于设备体积小、压力损失小适用于撬装。天然气出口设置旋风分离器对即将进入液化阶段的天然气进行气固分离放置分子筛粉化的粉末进入下级液化设备堵塞设备影响液化效率。整个流程采用闭式循环再生操作，再生气可以循环使用，同时可以有效利用再生后气体余热，降低能耗。

本发明的有益效果如下：

高压操作设备体积小，适合集成撬装；进出口设置丝网过滤器和旋风分离器保证天然气进出都不携带对操作有影响的杂质，整个系统热量和气体循环利用，脱水流程节能高效、简单便捷、清洁环保。

附图说明

图1本发明的系统结构图；

图中：1压缩机、2丝网过滤器、3缓冲罐、4气液分离罐、5燃烧加热炉、6换热器、7旋风分离器、8控鼓风机、9Ⅰ塔、10Ⅱ塔、11进气口，12出气口，13液体出口，14溢流口，15粉末收集口、①-⑩阀门；

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明:

本发明的系统包括：包括天然气脱水系统和再生气循环系统；

天然气脱水系统包括依次串联的压缩机1、丝网过滤器2、Ⅰ塔9、控鼓风机8和旋风分离器7，所述的压缩机1的入口为进气口11，其出口与丝网过滤器2相连，且所述的旋风分离器7上端的溢流口14为出气口12，下端为粉末收集口15；

再生气循环系统包括依次串联的Ⅱ塔10、换热器6、缓冲罐3、气液分离罐4、燃烧加热炉5；所述的Ⅱ塔10的顶部分别与换热器6的入口、Ⅰ塔9相连通，所述的燃烧加热炉5的出口分别与Ⅰ塔9、Ⅱ塔10相连通。

所述的Ⅱ塔10、Ⅰ塔9的顶部均与丝网过滤器2的出口连通，且在其连接的管路上各自串联一个阀门③、④。

所述的Ⅱ塔10、Ⅰ塔9的顶部均与换热器6的入口连通，且在其连接的管路上各自串联一个阀门①、②。

所述的Ⅱ塔10、Ⅰ塔9的底部均与控鼓风机8的入口连通，且在其连接的管路上各自串联一个阀门⑤、⑥。

所述的Ⅱ塔10、Ⅰ塔9的底部均与燃烧加热炉的出口连通，且在其连接的管路上各自串联一个阀门⑦、⑧。

所述的旋风分离器上端的溢流口还与换热器的入口相连，且换热器的出口一方面与缓冲罐相连，一方面与燃烧加热炉相连。

在旋风分离器上端的溢流口与燃烧加热炉连接的管路上设有一个阀门⑨；

所述的燃烧加热炉的入口直接与其出口相连，且在其连接的管路上设有一个阀门⑩。

具体脱水流程为：

流程图中空心箭头代表天然气流动方向、实心箭头代表再生气流动方向。

当Ⅰ塔9脱水，Ⅱ塔10再生操作时(阀门②、③、⑤、⑧开启；阀门①、④、⑥、⑦关闭)，液化具体流程为待脱水天然气从进气口11首先进入压缩机1，达到高压操作条件后进入丝网过滤器2除去天然气中携带的液态水以及有害杂质，天然气进入Ⅰ塔9塔顶从上至下通过分子筛塔盘脱去所含的水，鼓风机8负责提供气体流动动力，从Ⅰ塔9塔底脱水后的天然气进入旋风分离器7切向入口，由于天然气和所携带分子筛粉末的密度不同受到离心力不同，分子筛粉末被甩到边壁从粉末收集口排除，清洁天然气通过上端溢流口14排出。大部分脱水后的天然气通过出气口12进入液化流程。

Ⅱ塔10的再生循环流程为再生气与少量旋风分离器7溢流口排出的天然气一起进入燃烧加热炉5(阀门⑨开启、阀门⑩关闭)加热到再生温度后通过管线进入Ⅱ塔10塔底，再生气由下至上依次通过分子筛解析饱和分子筛中的水，携带水的再生气从Ⅱ塔10塔顶排出后进入换热器5,，对再生气进行预热，这样可以利用再生气的预热，初步换热后的再生气温度降低，进入缓冲罐3进一步降低温度并降低压力、流速，然后再生气进入气液分离罐4，将携带的水脱除，干燥的再生气通过气液分离罐4上端排气口排出后完成一次再生循环。分子筛再生结束后，塔内温度高，压力大，要再进行冷吹操作(阀门⑨关闭、阀门⑩开启)，再生气不经加热炉直接进入Ⅱ塔10塔底从上至下进行冷吹，达到脱水操作工况后(阀门⑨关闭、阀门⑩关闭)停止进气，准备下阶段的脱水操作。一个工作周期结束后，Ⅰ塔9、Ⅱ塔10功能调换，Ⅰ塔9再生、Ⅱ塔10脱水，工作流程不变。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种高压分子筛循环脱水系统，包括天然气脱水系统和再生气循环系统；其特征在于：

所述的天然气脱水系统包括依次串联的压缩机、丝网过滤器、Ⅰ塔、控鼓风机和旋风分离器，所述的压缩机的入口为进气口，其出口与丝网过滤器相连，且所述的旋风分离器上端的溢流口为出气口，下端为粉末收集口；

所述的再生气循环系统包括依次串联的Ⅱ塔、换热器、缓冲罐、气液分离罐、燃烧加热炉；所述的Ⅱ塔的顶部分别与换热器的入口、Ⅰ塔相连通，所述的燃烧加热炉的出口分别与Ⅰ塔、Ⅱ塔相连通。

2.如权利要求1所述的高压分子筛循环脱水系统，其特征在于：所述的Ⅱ塔、Ⅰ塔的顶部均与丝网过滤器的出口连通，且在其连接的管路上各自串联一个第三阀门、第四阀门。

3.如权利要求1所述的高压分子筛循环脱水系统，其特征在于：所述的Ⅱ塔、Ⅰ塔的顶部均与换热器的入口连通，且在其连接的管路上各自串联一个第一阀门、第二阀门。

4.如权利要求1所述的高压分子筛循环脱水系统，其特征在于：所述的Ⅱ塔、Ⅰ塔的底部均与控鼓风机的入口连通，且在其连接的管路上各自串联一个第五阀门、第六阀门。

5.如权利要求1所述的高压分子筛循环脱水系统，其特征在于：所述的Ⅱ塔、Ⅰ塔的底部均与燃烧加热炉的出口连通，且在其连接的管路上各自串联一个第七阀门、第八阀门。

6.如权利要求1所述的高压分子筛循环脱水系统，其特征在于：所述的旋风分离器上端的溢流口还与换热器的入口相连，且换热器的出口一方面与缓冲罐相连，一方面与燃烧加热炉相连。

7.如权利要求1所述的高压分子筛循环脱水系统，其特征在于：在旋风分离器上端的溢流口与燃烧加热炉连接的管路上设有一个第九阀门。

8.如权利要求1所述的高压分子筛循环脱水系统，其特征在于：所述的燃烧加热炉的入口直接与其出口相连，且在其连接的管路上设有一个第十阀门。

9.如权利要求1所述的高压分子筛循环脱水系统的脱水方法，其特征在于：

当Ⅰ塔脱水，Ⅱ塔再生操作时，开启第二、三、五、八阀门，关闭第一、四、六、七阀门；

天然气脱水的流程为：待脱水天然气从进气口首先进入压缩机，达到高压操作条件后进入丝网过滤器除去天然气中携带的液态水以及有害杂质，天然气进入Ⅰ塔塔顶从上至下通过分子筛塔盘脱去所含的水，鼓风机负责提供气体流动动力，从Ⅰ塔塔底脱水后的天然气进入旋风分离器切向入口；天然气所携带分子筛粉末被甩到边壁从粉末收集口排除，清洁天然气通过旋风分离器上端溢流口排出，大部分脱水后的天然气通过出气口进入液化流程；

Ⅱ塔的再生循环流程为：开启第九阀门、关闭第十阀门，再生气与少量旋风分离器溢流口排出的天然气一起进入燃烧加热炉，加热到再生温度后通过管线进入Ⅱ塔塔底，再生气由下至上依次通过分子筛解析饱和分子筛中的水，携带水的再生气从Ⅱ塔塔顶排出后进入换热器，对再生气进行预热，初步换热后的再生气温度降低，进入缓冲罐进一步降低温度并降低压力、流速，然后再生气进入气液分离罐，将携带的水脱除，干燥的再生气通过气液分离罐上端排气口排出后完成一次再生循环；

分子筛再生结束后，塔内温度高，压力大，再进行冷吹操作，即关闭第九阀门、开启第十阀门，再生气不经加热炉直接进入Ⅱ塔塔底从上至下进行冷吹，达到脱水操作工况后，关闭第九阀门、第十阀门，停止进气，准备下阶段的脱水操作；

一个工作周期结束后，Ⅰ塔、Ⅱ塔功能调换，Ⅰ塔再生、Ⅱ塔脱水，工作流程不变。