CN105126532B - 天然气吸附塔控制方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种天然气吸附塔控制方法、装置及系统。控制方法包括如下步骤：获取第一吸附塔的吸附工段出口管道中的杂质含量、第二吸附塔的吸附工段进口管道中的流量和吸附工段出口管道中的杂质含量；根据杂质含量和流量确定第一预设吸附时间；在第一吸附塔的出口管道中的杂质含量达到第一杂质预设值、第二吸附塔的实际吸附时间达到第一预设吸附时间、或者第二吸附塔中出口管道中天然气的杂质含量达到第二杂质预设值时，发出控制第一吸附塔和第二吸附塔的吸附工段阀门关闭、再生工段阀门打开的控制信号。本发明针对不同杂质含量和流量的原料天然气采用不同的吸附时间，更好地对原料天然气中的杂质进行吸附，提高吸附剂的效率和寿命，节约能耗。
Description
技术领域
本发明涉及天然气净化技术领域，具体而言，涉及一种天然气吸附塔控制方法、装置及系统。
背景技术
天然气是一种清洁的能源和化工原料，我国天然气长输管道采用高压输气的方式将天然气输送到各天然气门站，各天然气门站再对高压天然气进行减压处理后输送入下游管网，或者进行液化处理成液化天然气，供用户使用。
一般而言，来自天然气门站的原料气中含有水、汞、酸性气体等杂质，各杂质会对天然气进行降压处理的系统产生严重影响。例如，天然气中的水分与天然气在一定条件下形成水合物而阻塞管路，影响冷却液化过程；天然气中的酸性气体游离水中会形成酸，从而侵蚀管路和设备；汞对铝制设备腐蚀和管道的腐蚀很严重；另外由于水分的存在也会造成不必要的动力消耗；由于天然气液化温度较低，水和酸性气体的存在还会导致设备的冻堵，故必须脱除。
为了解决这一问题，目前常用的方式是在天然气进行减压之前，先通过净化系统对各天然气门站的原料气作净化处理。目前，净化系统内一般设置有多个净化单元，每个净化单元内设置有多个吸附塔，每个吸附塔内装填有吸附剂，选择性地脱除原料天然气中的酸性气体、汞、水等杂质，多个塔可以同时进行吸附和再生(解吸)循环操作。常用的吸附方法是TSA(变温吸附，Temperature Swing Adsorption)和PSA(变压吸附，Pressure SwingAdsorption)。其中，TSA吸附方式是从塔底进入的天然气在塔内吸附剂的作用下将气体中的酸性气体、水等杂质吸附下来，吸附完成后，用高温解吸气进行再生，即在常温或低温下用吸附剂吸附水和酸性气体等杂质，之后在高温下对吸附剂进行解吸再生，构成吸附剂的再生循环，达到连续分离和净化气体的目的。PSA吸附方式是从塔底进入的天然气在塔内吸附剂的作用下将气体中的酸性气体、水等杂质吸附下来，吸附完成后，用低压再生气进行再生，即在较高压力下用吸附剂吸附天然气中的水和酸性气体等杂质，之后在低压下解吸再生，构成吸附剂的吸附与再生循环，达到连续分离和净化气体的目的。
一般而言，TSA包括吸附、再生和冷吹三个工段，吸附塔上设置有多个阀门，通过各个阀门的切换来实现吸附、再生和冷吹工序的进气。PSA包括吸附和再生两个工段，吸附塔上设置有多个阀门，通过各个阀门的切换来实现吸附和再生工序的进气。目前常采用将变压吸附和变温吸附相结合的方法来去除天然气中的酸性气体、水、汞等杂质，其流程是：高压原料天然气先进入PSA的吸附塔，在多种吸附剂的依次选择吸附下，其中的H2O、CO2、H2S、C5+等杂质被吸附下来，未被吸附的天然气从塔顶流出送去TSA。当被吸附杂质的传质区前沿(称为吸附前沿)到达床层出口预留段时，关掉该吸附塔的原料气进料阀和产品气出口阀，停止吸附，吸附床开始转入再生过程。经过PSA处理的天然气自塔底进入TSA的吸附塔内，再经过多种吸附剂的依次选择吸附，其中的H2O、CO2、H2S等杂质几乎全被吸附下来，未被吸附的天然气作为产品气从塔顶流出经压力调节系统稳压后送出界区。来自冷箱的制冷气分为三路，其中两路作为再生气，一路进入PSA吸附塔内，经变压对PSA内的吸附剂进行解吸；另一路经加热器加热后冲洗TSA吸附塔，对TSA内的吸附剂进行解吸，直至整个床层加热到约280℃，床层中的H2O、CO2等杂质脱附干净为止，之后进入冷吹工段；来自冷箱的另一路制冷器作为TSA冷吹工段的冷吹气，对TSA内的吸附剂进行冷吹降温；解吸和冷吹后的气体输入天然气管网。变压吸附和变温吸附包括多个吸附塔，构成吸附剂的吸附与再生循环，达到连续分离和净化气体的目的。
一般而言，TSA吸附方式和PSA吸附方式净化工艺用吸附时间和再生时间来控制各阀门的切换，从而改变吸附塔的工艺状态，为了提高吸附剂使用效率并降低能耗，必须延长吸附时间T1，缩短解吸时间T2，但简单的时间调整可能导致吸附效果下降或解吸不彻底。目前，通常是根据吸附和再生过程的机理分析和工程实践来确定吸附和解吸的时间，但不能根据不同的原料气的具体情况进行时间的灵活调节，这不仅会降低吸附剂的寿命和效率，也可能会导致能耗的增加。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种天然气吸附塔控制方法，旨在解决现有控制方法不能对各工序时间进行灵活调节的问题。本发明还提出了天然气吸附塔控制装置及控制系统。
一个方面，本发明提出了一种天然气吸附塔控制方法，用于控制第一吸附塔和第二吸附塔，该方法包括如下步骤：阀门控制步骤，发出控制第一吸附塔和第二吸附塔的吸附工段阀门打开的控制信号；获取步骤，获取第一吸附塔的吸附工段出口管道中天然气的杂质含量、第二吸附塔的吸附工段进口管道中天然气的流量和吸附工段出口管道中天然气的杂质含量；计算步骤，根据第一吸附塔出口管道中天然气的杂质含量和第二吸附塔的吸附工段进口管道中天然气的流量确定第一预设吸附时间；吸附步骤，在第一吸附塔的吸附工段出口管道中的杂质含量达到第一杂质预设值、第二吸附塔的实际吸附时间达到第一预设吸附时间、或者第二吸附塔中吸附工段出口管道中天然气的杂质含量达到第二杂质预设值时，发出控制第一吸附塔和第二吸附塔的吸附工段阀门关闭、再生工段阀门打开的控制信号。
进一步地，上述天然气吸附塔控制方法还包括：第一再生步骤，实时获取第一吸附塔的再生工段出口管道中天然气的杂质含量，并在杂质含量达到第三杂质预设值时发出控制再生工段阀门关闭的控制信号；第二再生步骤，实时获取第二吸附塔的再生工段出口管道中天然气的杂质含量，并在杂质含量达到第四杂质预设值时发出控制再生工段阀门关闭、冷吹工段阀门打开的控制信号。
进一步地，上述天然气吸附塔控制方法还包括：冷吹步骤，实时获取第二吸附塔的冷吹工段出口管道中天然气的温度，并在温度达到预设温度时发出控制冷吹工段阀门关闭的控制信号。
进一步地，上述天然气吸附塔控制方法还包括：计算步骤中，根据第一吸附塔出口管道的杂质含量和第二吸附塔吸附工段进口管道的流量确定第一预设吸附时间进一步包括：根据公式确定第二吸附塔吸附的各杂质所需的吸附时间，上式中，T1为某杂质所需的吸附时间，Q1为第二吸附塔满负荷吸附剂吸附量，S1为第一吸附塔吸附工段出口管道输出的天然气中的该杂质的含量；S1'为第二吸附塔吸附工段出口管道输出天然气的控制该杂质的指标含量；F1为第二吸附塔吸附工段进口管道中的流量；将上述确定的最小的吸附时间作为第一预设吸附时间。
另一方面，本发明还提出了一种天然气吸附塔控制装置，该装置包括：阀门控制模块，用于发出控制第一吸附塔和第二吸附塔的吸附工段阀门打开的控制信号；获取模块，用于获取第一吸附塔的吸附工段出口管道中天然气的杂质含量、第二吸附塔的吸附工段进口管道中天然气的流量和吸附工段出口管道中天然气的杂质含量；计算模块，根据第一吸附塔出口管道中天然气的杂质含量和第二吸附塔的吸附工段进口管道中天然气的流量确定第一预设吸附时间；吸附控制模块，在第一吸附塔的吸附工段出口管道中的杂质含量达到第一杂质预设值、第二吸附塔的实际吸附时间达到第一预设吸附时间、或者第二吸附塔中吸附工段出口管道中天然气的杂质含量达到第二杂质预设值时，发出控制第一吸附塔和第二吸附塔的吸附工段阀门关闭、再生工段阀门打开的控制信号。
进一步地，上述天然气吸附塔控制装置中，还包括：第一再生模块，用于实时获取第一吸附塔的再生工段出口管道中天然气的杂质含量，并在杂质含量达到第二杂质预设值时发出控制再生工段阀门关闭的控制信号。第二再生模块，用于实时获取第二吸附塔的再生工段出口管道中天然气的杂质含量，并在杂质含量达到第三杂质预设值时发出控制再生工段阀门关闭的控制信号；第二再生控制模块还用于发出控制第一吸附塔冷吹工段阀门打开的控制信号。
进一步地，上述天然气吸附塔控制装置还包括：冷吹模块，用于实时获取第二吸附塔的冷吹工段出口管道中天然气的温度，并在温度达到预设温度时发出控制冷吹工段阀门关闭的控制信号。
又一方面，本发明还提出了一种天然气吸附塔控制系统，该系统包括：第一杂质检测单元，用于检测第一吸附塔吸附工段出口管道中天然气的杂质含量；第一流量计，用于检测第二吸附塔吸附工段进口管道中天然气的流量；第二杂质检测单元，用于检测第二吸附塔吸附工段出口管道中天然气的杂质含量；控制器，与第一杂质检测单元和第一流量计相连接，用于接收第一吸附塔吸附工段出口管道中天然气的杂质含量和第二吸附塔吸附工段进口管道中天然气的流量，并根据杂质含量和流量确定第一预设吸附时间；控制器还与第二杂质检测单元相连接，用于接收第二吸附塔吸附工段出口管道中天然气的杂质含量，并在第一吸附塔的吸附工段出口管道中的杂质含量达到第一杂质预设值、第二吸附塔的实际吸附时间达到第一预设吸附时间、或者第二吸附塔中吸附工段出口管道中天然气的杂质含量达到第二杂质预设值时，发出控制第一吸附塔和第二吸附塔的吸附工段阀门关闭、再生工段阀门打开的控制信号。
进一步地，上述天然气吸附塔控制系统还包括：第三杂质检测单元，用于实时检测第一吸附塔的再生工段出口管道中天然气的杂质含量；控制器与第三杂质检测单元相连接，用于接收杂质含量，并在杂质含量达到第三杂质预设值时发出控制第一吸附塔再生工段阀门关闭的控制信号；和/或，第四杂质检测单元，用于实时检测第二吸附塔的再生工段出口管道中天然气的杂质含量；控制器与第四杂质检测单元相连接，用于接收杂质含量，并在杂质含量达到第四杂质预设值时发出控制第二吸附塔再生工段阀门关闭的控制信号。
进一步地，上述天然气吸附塔控制系统中，控制器还用于发出控制第二吸附塔冷吹工段阀门打开的控制信号；控制系统还包括：温度检测单元，用于实时检测第二吸附塔的冷吹工段出口管道中天然气的温度；控制器与温度检测单元相连接，用于接收温度，并在温度达到预设温度时发出控制冷吹工段阀门关闭的控制信号。
本发明中的第一吸附塔和第二吸附塔可以根据待吸附天然气的杂质含量和流量、或者吸附后的天然气的杂质含量来确定吸附工序是否结束，也就是说，可以根据杂质的具体情况来调节吸附时间，使吸附后的气体更能达到要求；本发明可以更好地对原料天然气中的杂质进行充分的吸附，提高吸附剂的效率和使用寿命，节约能耗。
本发明中的天然气吸附塔控制系统和控制装置与上述控制方法原理相同，故具有其相应的技术效果。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的天然气吸附塔控制方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的天然气吸附塔控制方法的又一流程图；
图3为本发明实施例提供的天然气吸附塔控制方法的又一流程图；
图4为本发明实施例提供的天然气吸附塔控制装置的结构框图；
图5为本发明实施例提供的天然气吸附塔控制装置的又一结构框图；
图6为本发明实施例提供的天然气吸附塔控制系统的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的天然气吸附塔控制系统的又一结构示意图；
图8为本发明实施例提供的天然气吸附塔控制系统的又一结构示意图；
图9为本发明实施例提供的天然气吸附塔控制系统的又一结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
控制方法实施例：
本实施例中的控制方法适用于PSA和TSA相结合的吸附方式，本实施例中所涉及的第一吸附塔A采用PSA吸附方式，第二吸附塔B采用TSA吸附方式，经第一吸附塔A吸附后的天然气进入第二吸附塔B内继续进行吸附。
参见图6，本领域技术人员应当理解，第一吸附塔A应包括吸附工段和解吸工段，第一吸附塔A上一般设置有吸附工段进口管道A1、吸附工段出口管道A2、再生工段进口管道A3和再生阶段出口管道A4。吸附工段的原料天然气通过吸附工段进口管道A1进入第一吸附塔内，在第一吸附塔内吸附后，通过吸附工段出口管道A2流出吸附塔；再生气通过再生工段进口管道A3进入第一吸附塔内，对吸附剂进行解吸后通过再生工段出口管道A4流出第一吸附塔。为了对各个工段进入的气体进行控制，吸附工段进口管道A1、吸附工段出口管道A2、再生工段进口管道A3和再生阶段出口管道A4分别设置有第一阀门A11、第二阀门A12、第三阀门A21、第四阀门A22。
第二吸附塔B应包括吸附工段、再生工段和冷吹工段，第二吸附塔B上一般设置有吸附工段进口管道B1、吸附工段出口管道B2、再生工段进口管道B3、再生阶段出口管道B4、冷吹阶段进口管道B5和冷吹阶段出口管道B6。第一吸附塔A的吸附工段出口管道A2中输出的气体通过第二吸附塔B的吸附工段进口管道B1进入第二吸附塔内，在第二吸附塔内吸附后，通过吸附工段出口管道B2流出吸附塔；再生气通过再生工段进口管道B3进入第二吸附塔内，对吸附剂进行解吸后通过再生工段出口管道B4流出吸附塔；冷吹气通过冷吹工段进口管道B5流入第二吸附塔，对吸附剂进行降温后通过冷吹工段出口管道B6流出第二吸附塔。为了对各个工段进入的气体进行控制，吸附工段进口管道B1、吸附工段出口管道B2、再生工段进口管道B3、再生阶段出口管道B4、冷吹阶段进口管道B5和冷吹阶段出口管道B6分别设置有第五阀门B11、第六阀门B12、第七阀门B21、第八阀门B22、第九阀门B31和第十阀门B32。
参见图1，图1为本发明实施例提供的天然气吸附塔控制方法的流程图。如图所示，该方法包括如下步骤：
步骤S1，发出控制第一吸附塔A和第二吸附塔B的吸附工段阀门打开的控制信号。
具体地，发出打开第一阀门A11、第二阀门A12、第五阀门B11、第六阀门B12的控制信号，使原料天然气通过第一吸附塔A的吸附工段进口管道A1进入第一吸附塔内，在第一吸附塔内吸附后，再进入第二吸附塔B内继续吸附。
步骤S2，获取第一吸附塔A的吸附工段出口管道A2中天然气的杂质含量、第二吸附塔B的吸附工段进口管道B1中天然气的流量和吸附工段出口管道B2中天然气的杂质含量。
具体地，可以通过设置在第一吸附塔A的吸附工段出口管道A2上的杂质检测单元检测吸附工段进口管道A2中的天然气的杂质含量，由于第一吸附塔A的吸附工段出口管道与第二吸附塔B的吸附工段进口管道相连通，所以检测的该杂质含量即为第二吸附塔B的吸附工段进口管道中的天然气的杂质含量。通过设置在第二吸附塔的吸附工段进口管道B1上的流量计检测进入第二吸附塔B中的天然气中的流量，通过设置在第二吸附塔B的吸附工段出口管道B2上的杂质检测单元检测输出气体的杂质含量。
需要说明的是，本实施例中，天然气中的杂质可以包括H2O、CO2、C5+、酸性气体(例如H2S等)、汞等，当然，也可以为本领域技术人员所熟知的其他杂质，本实施例对杂质的具体内容不做任何限定，但对于不同的杂质，需要用相应的杂质检测单元对该杂质进行检测。
步骤S3，根据第一吸附塔进口管道中天然气的流量和第二吸附塔的吸附工段进口管道中的杂质含量确定第一预设吸附时间。本实施例中的第一吸附时间的具体取值可以根据实际情况来确定，当杂质含量高和/或流量大时，延长第一吸附时间，当杂质含量低和/或流量小时，缩短第一吸附时间。
步骤S4，在第一吸附塔A的吸附工段出口管道A2中的杂质含量达到第一杂质预设值、第二吸附塔B的实际吸附时间达到第一预设吸附时间、或者第二吸附塔B中吸附工段出口管道B2中天然气的杂质含量达到第二杂质预设值时，发出控制第一吸附塔A和第二吸附塔B的吸附工段阀门关闭、再生工段阀门打开的控制信号。其中，第一杂质预设值和第二杂质预设值可以根据实际情况来确定，本实施例对其不做任何限定。
由于本实施例中的第一吸附塔和第二吸附塔的吸附工序要相匹配，所以第一吸附塔和第二吸附塔要同时开始和结束吸附工序。本实施中，当上述三个条件中的任一个满足时，本实施例会控制第一吸附塔和第二吸附塔的吸附工序结束，即关闭第一阀门A11、第二阀门A12、第五阀门B11、第六阀门B12，打开第三阀门A21、第四阀门A22、第七阀门B21和第八阀门B22，使第一吸附塔A和第二吸附塔B进入再生工序。
与现有技术相比，本实施例中的第一吸附塔和第二吸附塔可以根据待吸附天然气的杂质含量和流量、或者吸附后的天然气的杂质含量来确定吸附工序是否结束，也就是说，可以根据杂质的具体情况来调节吸附时间，使吸附后的气体更能达到要求；本实施例可以更好地对原料天然气中的杂质进行充分的吸附，提高吸附剂的效率和使用寿命，节约能耗。
参见图2，图2为本发明实施例提供的天然气吸附塔控制方法的又一流程图。如图所示，该方法包括如下步骤：
步骤S1，阀门控制步骤，发出控制第一吸附塔和第二吸附塔的吸附工段阀门打开的控制信号；
步骤S2，获取第一吸附塔的吸附工段出口管道中天然气的杂质含量、第二吸附塔的吸附工段进口管道中天然气的流量和吸附工段出口管道中天然气的杂质含量；
步骤S3，根据第一吸附塔出口管道中天然气的杂质含量和第二吸附塔的吸附工段进口管道中的流量确定第一预设吸附时间；
步骤S4，在第一吸附塔的吸附工段出口管道中的杂质含量达到第一杂质预设值、第二吸附塔的实际吸附时间达到第一预设吸附时间、或者第二吸附塔中吸附工段出口管道中天然气的杂质含量达到第二杂质预设值时，发出控制第一吸附塔和第二吸附塔的吸附工段阀门关闭、再生工段阀门打开的控制信号。其中，步骤S1至S4的具体实施过程参见上述说明即可，本实施例在此不再赘述。
步骤S5，实时获取第一吸附塔的再生工段出口管道中天然气的杂质含量，并在杂质含量达到第三杂质预设值时发出控制再生工段阀门关闭的控制信号。其中，第三杂质预设值可以根据实际情况来确定，本实施例对其不做任何限定。
具体地，可以通过设置在第一吸附塔再生工段出口管道A2中的天然气杂质含量，随着再生工序的进行，再生工段出口管道中的杂质含量会不断降低，当该杂质含量等于第三杂质预设值时，发出控制再生工段阀门关闭的控制信号，即关闭第三阀门A21和第四阀门A22。
步骤S6，实时获取第二吸附塔的再生工段出口管道中天然气的杂质含量，并在杂质含量达到第四杂质预设值时发出控制再生工段阀门关闭、冷吹工段阀门打开的控制信号。其中，第四杂质预设值可以根据实际情况来确定，本实施例对其不做任何限定。
具体地，可以通过设置在第二吸附塔再生工段出口管道B2中的天然气杂质含量，随着再生工序的进行，再生工段出口管道B2中的杂质含量会不断降低，当该杂质含量等于第四杂质预设值时，发出控制再生工段阀门B2关闭的控制信号，即关闭第七阀门B21和第八阀门B22、第九阀门B31和第十阀门B32打开的控制信号。
需要说明的是，本实施方式中的步骤S5和步骤S6的顺序不分先后。
该实施方式通过实时监测第一吸附塔和第二吸附塔再生工段出口管道中的天然气的杂质含量，来确定再生工序是否结束，可以使吸附剂进行更为充分的充分解吸。
参见图3，上述实施方式中，在步骤S6之后，还可以包括步骤S7，实时获取第二吸附塔的冷吹工段出口管道中天然气的温度，并在温度达到预设温度时发出控制冷吹工段阀门关闭的控制信号。
具体地，可以通过温度检测仪表检测第二吸附塔B的冷吹工段出口管道A6中的温度，随着冷吹工段的进行，冷吹工段出口管道B6中的温度会下降，当该温度下降到预设温度，即等于预设温度时，发出控制关闭第就阀门B31和第十阀门B32的信号。需要说明的是，预设温度可以根据实际情况来确定，本实施例对其不做任何限定。
本实施例中，通过实时监测冷吹工段出口管道A6中天然气的温度，来确定冷吹工段的结束，该实时监测的方式，可以使吸附剂更充分地降低到预设温度，更好地恢复吸附剂的吸附功能。
具体实施时，可以按照如下方法确定第一预设吸附时间：先根据公式确定第二吸附塔吸附的各杂质所需的吸附时间，该式中，T1为某杂质所需的吸附时间，单位为h；Q1为第二吸附塔吸附塔满负荷吸附剂吸附量，由装置结构、吸附剂的性质和质量决定，为一定值，单位kg；S1为第一吸附塔吸附工段出口管道输出的天然气中的该杂质的含量，该杂质含量即为第二吸附塔吸附工段进口管道中的天然气的该杂质的含量，单位为mg/Nm3；S1'为第二吸附塔吸附工段出口管道中的天然气的控制该杂质的指标含量，单位为mg/Nm3；F1为第二吸附塔吸附工段进口管道中的流量，单位为Nm3/h；将上述确定的最小的吸附时间作为第一预设吸附时间；具体实施时，S1'为吸附工段出口管道A2中的天然气的该杂质的指标含量，即吸附工段输出的天然气中允许的该杂质的含量，该含量可以根据实际情况来确定，本实施例对其不做任何限定。
例如，对于可以吸附杂质H2O、CO2、C5+和H2S的第二吸附塔而言，先根据上述公式计算H2O、CO2、C5+和H2S所需的吸附时间分别为T1、T2、T3和T4，然后把计算得到的四个吸附时间中最小的作为预设吸附时间
综上，本实施例为保证杂质的吸附效果，当原料天然气的杂质含量和流量发生变化时需适当调整吸附时间等参数，根据原料天然气杂质含量和流量确定吸附时间，达到较好的吸附效果。
控制装置实施例：
参见图4，图4为本发明实施例提供的天然气吸附塔控制装置的结构框图。如图所示，该装置包括：阀门控制模块100、获取模块200、计算模块300和吸附控制模块400。其中，
阀门控制模块100用于发出控制第一吸附塔A和第二吸附塔B的吸附工段阀门打开的控制信号。获取模块200用于获取用于获取第一吸附塔的吸附工段出口管道中天然气的杂质含量、第二吸附塔的吸附工段进口管道中天然气的流量和吸附工段出口管道中天然气的杂质含量。计算模块300用于根据第一吸附塔出口管道中天然气的杂质含量和第二吸附塔的吸附工段进口管道中的流量确定第一预设吸附时间。
吸附控制模块400用于在第一吸附塔的吸附工段出口管道中的杂质含量达到第一杂质预设值、第二吸附塔的实际吸附时间达到第一预设吸附时间、或者第二吸附塔中吸附工段出口管道中天然气的杂质含量达到第二杂质预设值时，发出控制第一吸附塔和第二吸附塔的吸附工段阀门关闭、再生工段阀门打开的控制信号。
本实施例的具体实施过程参见上述控制方法实施例即可，本实施例在此不再赘述。
与现有技术相比，本实施例中的第一吸附塔和第二吸附塔可以根据待吸附天然气的杂质含量和流量、或者吸附后的天然气的杂质含量来确定吸附工序是否结束，也就是说，可以根据杂质的具体情况来调节吸附时间，使吸附后的气体更能达到要求；本实施例可以更好地对原料天然气中的杂质进行充分的吸附，提高吸附剂的效率和使用寿命，节约能耗。
参见图5，上述实施例还包括：第一再生模块500和第二再生模块600。其中，第一再生模块500用于实时获取第一吸附塔的再生工段出口管道A4中天然气的杂质含量，并在杂质含量达到第三杂质预设值时发出控制再生工段阀门关闭的控制信号。第二再生模块600用于实时获取第二吸附塔的再生工段出口管道B4中天然气的杂质含量，并在杂质含量达到第四杂质预设值时发出控制再生工段阀门关闭的控制信号。第一再生模块500和第二再生模块600的具体实施过程参见上述控制方法实施例即可，本实施例在此不再赘述。
该实施方式通过实时监测第一吸附塔和第二吸附塔再生工段出口管道中的天然气的杂质含量，来确定再生工序是否结束，可以使吸附剂进行更为充分的充分解吸。
本实施例中，计算模块300可以根据公式确定第一预设吸附时间，具体确定过程参见上述方法实施例即可，本实施例在此不再赘述。
上述实施例中，第二再生控制模块600还用于发出控制第一吸附塔冷吹工段阀门打开的控制信号；该实施例还可以包括冷吹模块，用于实时获取第二吸附塔的冷吹工段出口管道中天然气的温度，并在温度达到预设温度时发出控制冷吹工段阀门关闭的控制信号。其中冷吹模块的具体实施过程，参见上述方法实施例即可，本实施例在此不再赘述
综上，本实施例中的第一吸附塔和第二吸附塔可以根据待吸附天然气的杂质含量和流量、或者吸附后的天然气的杂质含量来确定吸附工序是否结束，也就是说，可以根据杂质的具体情况来调节吸附时间，使吸附后的气体更能达到要求；本实施例可以更好地对原料天然气中的杂质进行充分的吸附，提高吸附剂的效率和使用寿命，节约能耗。
控制系统实施例：
参见图6和图7，图中示出了本实施例提供的天然气吸附塔控制系统的优选结构。如图所示，该系统包括：第一杂质检测单元A5、第一流量计B7、第二杂质检测单元B8和控制器4。
第一杂质检测单元A5安装在第一吸附塔的吸附工段出口管道A2上，第一杂质检测单元A5用于检测第一吸附塔吸附工段出口管道A2中天然气的杂质含量。第一流量计B7安装在第二吸附塔B的吸附工段进口管道B1上，用于检测吸附工段进口管道B1中天然气的流量。第二杂质检测单元B8安装在第二吸附塔B的吸附工段出口管道B2上，用于检测出口管道B2中的天然气的杂质含量。
控制器4与第一杂质检测单元A5、第一流量计B7相连接，用于接收第一吸附塔吸附工段出口管道中天然气的杂质含量，和第二吸附塔的吸附工段进口管道中天然气的流量，并根据该流量和杂质含量确定第一预设吸附时间。
控制器4还与第二杂质检测单元B8相连接，用于接收第二吸附塔吸附工段进口管道中天然气的杂质含量，并在第一吸附塔的吸附工段出口管道中的杂质含量达到第一杂质预设值、第二吸附塔的实际吸附时间达到第一预设吸附时间、或者第二吸附塔中吸附工段出口管道中天然气的杂质含量达到第二杂质预设值时，发出控制第一吸附塔和第二吸附塔的吸附工段阀门关闭、再生工段阀门打开的控制信号。
本实施例中，控制器4可以发出控制第一阀门A11、第二阀门A12、第五阀门B11和第六阀门32打开的控制信号。在第一阀门A11和第二阀门A12打开后，原料天然气便通过第一吸附塔的吸附工段进口管道A1进入第一吸附塔内。具体实施时，控制器4可以为单片机、DSP等处理器。
本实施例可以根据第一吸附塔的吸附工段出口管道的天然气的杂质含量和第二吸附塔的吸附工段进口管道中的天然气的流量来确定第一预设吸附时间，当杂质含量高和/或流量大时，延长吸附时间，当杂质含量低和/或流量小时，缩短吸附时间，具体实施时，可以按照下式确定第一预设吸附时间：具体确定过程参见上述方法实施例即可，本实施例在此不再赘述。
由于本实施例中的第一吸附塔和第二吸附塔的吸附工序要同时进行，所以需要控制第一吸附塔和第二吸附塔同时开始和结束吸附工段。当上述三个条件中的任一个满足时，控制器4便会控制吸附工序结束，即关闭第一阀门A11、第二阀门A12、第五阀门B11、第六阀门B12，打开第三阀门A21、第四阀门A22、第七阀门B21和第八阀门B22，使第一吸附塔A和第二吸附塔B进入再生工序。
与现有技术相比，本实施例中的第一吸附塔和第二吸附塔可以根据待吸附天然气的杂质含量和流量、或者吸附后的天然气的杂质含量来确定吸附工序是否结束，也就是说，可以根据杂质的具体情况来调节吸附时间，使吸附后的气体更能达到要求；本实施例可以更好地对原料天然气中的杂质进行充分的吸附，提高吸附剂的效率和使用寿命，节约能耗。
继续参见图6和图7，上述实施例中，还可以包括：第三杂质检测单元A6，安装在第一吸附塔的再生工段出口管道A4上，用于实时检测再生工段出口管道A4中天然气的杂质含量；控制器4与第三杂质检测单元A6相连接，用于接收该杂质含量，并在杂质含量达到第三杂质预设值时发出控制第一吸附塔再生工段阀门关闭的控制信号。
本实施例通过设置在第一吸附塔的再生工段出口管道A4中的第三杂质检测单元A6检测天然气的杂质含量，随着再生工序的进行，再生工段出口管道中的杂质含量会不断降低，当该杂质含量等于杂质预设值时，发出控制再生工段阀门关闭的控制信号，即关闭第三阀门A21和第四阀门A22，结束第一吸附塔的再生工序。该实施方式通过实时监测第一吸附塔的再生工段出口管道A2中的天然气的杂质含量，来确定再生工序是否结束，可以使吸附剂进行更为充分的充分解吸。
继续参见图6和图7，上述各实施例中，还可以包括第四杂质检测单元B8。其中，第四杂质检测单元B8安装在第二吸附塔B的再生工段出口管道B4上，用于实时检测第二吸附塔的再生工段出口管道中天然气的杂质含量。控制器4与第四杂质检测单元相连接，用于接收该杂质含量，并在该杂质含量达到第四杂质预设值时发出控制第二吸附塔再生工段阀门关闭的控制信号。
本实施例通过第四杂质检测单元B8检测天然气的杂质含量，随着第二吸附塔的再生工序的进行，第二吸附塔的再生工段出口管道中的杂质含量会不断降低，当该杂质含量等于第四杂质预设值时，发出控制第二吸附塔的再生工段阀门关闭、冷吹工段阀门打开的控制信号，即关闭第七阀门B21和第八阀门B22，打开第九阀门B31和第十阀门B32，结束第二吸附塔的再生工序，进入冷吹工序。该实施方式通过实时监测第二吸附塔的再生工段出口管道B4中的天然气的杂质含量，来确定再生工序是否结束，可以使吸附剂进行更为充分的充分解吸
参见图6和图7，上述各实施例中，还可以包括：温度检测单元B9，用于实时检测第二吸附塔的冷吹工段出口管道B6中天然气的温度，控制器4与该温度检测单元B9电连接，接收该温度，并在该温度达到预设温度时发出控制冷吹工段阀门关闭的控制信号。
具体地，第二吸附塔B的再生工段结束后，控制器4控制冷吹工段阀门打开，控制打开第九阀门B31和第十阀门B32，进入冷吹工序。该温度检测单元B9可以为温度检测仪表，安装在冷吹工段出口管道B6上，用以检测冷吹工段出口管道B6中的温度，随着冷吹工段的进行，冷吹工段出口管道B6中的温度会下降，当该温度下降到预设温度，即等于预设温度时，发出控制关闭第九阀门B31和第十阀门B32的信号，结束冷吹工段。
本实施例中，通过实时监测冷吹工段出口管道B6中天然气的温度，来确定冷吹工段的结束，该实时监测的方式，可以使吸附剂更充分地降低到预设温度，更好地恢复吸附剂的吸附功能。
下面结合图6和图7对本实施例的工作过程进行详细说明：
1)打开第一阀门A11、第二阀门A12、第五阀门B11和第六阀门B12，门站来的原料高压天然气通过第一吸附塔的吸附工段进口管道A1进入净化单元A的吸附工段，被第一吸附塔A吸附后的气体再进入第二吸附塔B内继续吸附，第二吸附塔B输出的净化后的高压天然气进入冷箱，与膨胀后的低温天然气换热。吸附开始时，通过检测第一吸附塔的吸附工段出口管道中天然气的杂质含量和第二吸附塔吸附工段进口管道中天然气的流量，计算第一预设吸附时间T1，同时，还检测第一吸附塔的吸附工段出口管道中天然气的杂质含量和第二第一吸附塔的吸附工段出口管道中天然气的杂质含量，随着时间的推移，第一吸附塔A和第二吸附塔B吸附工段出口处的杂质浓度逐渐上升，当第一吸附塔的吸附工段出口管道中的杂质含量达到第一杂质预设值、第二吸附塔的实际吸附时间达到第一预设吸附时间、或者第二吸附塔中吸附工段出口管道中天然气的杂质含量达到第二杂质预设值时，控制器4控制第一阀门A11、第二阀门A12、第五阀门B11和第六阀门B12，同时，打开第三阀门A21、第四阀门A22、第七阀门B21和第八阀门B22，吸附工段结束，再生工段开始。
2)再生气通过第一吸附塔的再生工段进口管道A3、第二吸附塔的再生工段出口管道B3分别输入第一吸附塔和第二吸附塔的再生工段，将吸附剂中吸附的杂质解吸出来，解吸过程开始时，第一吸附塔和第二吸附塔的出口杂质浓度很高，随着时间的推移，杂质浓度逐渐下降，当检测到的第一吸附塔再生工段出口管道A4中的杂质含量低于杂质预设值时(例如1ppm)后，控制器4控制关闭第三阀门A21和第四阀门A22。第二吸附塔的解吸过程与第一吸附塔相同，只是在关闭第七阀门B21和第八阀门B22后，打开第九阀门B31和第十阀门B32，进入冷吹工序。对于第一吸附塔(PSA吸附方式)而言，再生气可以为来自液化工段的低压天然气作为再生气，通过压力的变化将吸附剂中的杂质解吸出来，解吸后的再生气通过解吸工段出口管道A4输出并送往天然气管网；对于第二吸附塔(TSA吸附方式)而言，再生气可以为来自液化工段的低压天然气，该天然气经过加热器B12加热至280℃后，作为高温再生气进入再生工段，将吸附剂中的杂质解吸出来，解吸后的再生气通过解吸工段出口管道B4输出并送往天然气管网。
3)低压天然气通过第二吸附塔的冷吹工段进口管道B5进入第二吸附塔内，对吸附剂进行冷却，冷吹工段出口温度达到预设温度后，冷吹结束，开始下一个循环，用作冷吹气的低压天然气通过冷吹工段出口管道B6输出并进入天然气管网。
本实施例中的各阀门均可以为电控阀或液压阀。
优选地，具体实施时，第一杂质预设值可以小于等于1000ppm，第二杂质预设值可以小于等于50ppm，第三杂质预设值和第四杂质预设值可以小于等于1ppm，预设温度可以小于等于40℃。
需要说明的是，具体实施时，参见图8和图9，也可以再增设一个优化计算器，通过优化计算器来接收第一杂质检测单元1、第二杂质检测单元3、流量计2和温度检测单元5检测的各参数，并进行预设吸附时间的计算，或者与对应的预设值进行比较，向控制器4发出控制各阀门打开或关闭的信号，控制器4根据接收到的信号操纵各阀门。本实施例中的优化计算器可以为单片机、DSP等。
需要说明的是，本发明中的天然气吸附塔控制方法、控制装置及控制系统原理相似，相关之处可以相互参照。
综上，本实施例中的第一吸附塔和第二吸附塔可以根据待吸附天然气的杂质含量和流量、或者吸附后的天然气的杂质含量来确定吸附工序是否结束，也就是说，可以根据杂质的具体情况来调节吸附时间，使吸附后的气体更能达到要求；本实施例可以更好地对原料天然气中的杂质进行充分的吸附，提高吸附剂的效率和使用寿命，节约能耗。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种天然气吸附塔控制方法，用于控制第一吸附塔和第二吸附塔，其特征在于，包括如下步骤：
阀门控制步骤，发出控制所述第一吸附塔和所述第二吸附塔的吸附工段阀门打开的控制信号；
获取步骤，获取所述第一吸附塔的吸附工段出口管道中天然气的杂质含量、所述第二吸附塔的吸附工段进口管道中天然气的流量和吸附工段出口管道中天然气的杂质含量；
计算步骤，根据所述第一吸附塔出口管道中天然气的杂质含量和第二吸附塔的吸附工段进口管道中天然气的流量确定第一预设吸附时间，所述第一预设吸附时间的确定步骤进一步包括：
根据公式T 1=确定第二吸附塔吸附的各杂质所需的吸附时间；上式中，T1为某杂质所需的吸附时间，Q1为第二吸附塔满负荷吸附剂吸附量，S1为第一吸附塔吸附工段出口管道中天然气的该杂质的含量，S1' 为第二吸附塔吸附工段出口天然气控制该杂质的指标含量，F1为第二吸附塔吸附工段进口管道中的流量，将上述确定的最小的吸附时间作为第一预设吸附时间；
吸附步骤，在满足所述第一吸附塔的吸附工段出口管道中的杂质含量达到第一杂质预设值、所述第二吸附塔的实际吸附时间达到所述第一预设吸附时间、或者所述第二吸附塔中吸附工段出口管道中天然气的杂质含量达到第二杂质预设值以上三个条件中的任一个时，发出控制所述第一吸附塔和所述第二吸附塔的吸附工段阀门关闭、再生工段阀门打开的控制信号；
第一再生步骤，实时获取所述第一吸附塔的再生工段出口管道中天然气的杂质含量，并在所述杂质含量达到第三杂质预设值时发出控制所述再生工段阀门关闭的控制信号；
第二再生步骤，实时获取所述第二吸附塔的再生工段出口管道中天然气的杂质含量，并在所述杂质含量达到第四杂质预设值时发出控制所述再生工段阀门关闭、冷吹工段阀门打开的控制信号；
其中，所述第一吸附塔采用PSA吸附方式，所述第二吸附塔采用TSA吸附。
2.根据权利要求1所述的天然气吸附塔控制方法，其特征在于，
所述控制方法还包括：冷吹步骤，实时获取所述第二吸附塔的冷吹工段出口管道中天然气的温度，并在所述温度达到预设温度时发出控制所述冷吹工段阀门关闭的控制信号。
3.一种天然气吸附塔控制装置，其特征在于，包括：
阀门控制模块，用于发出控制第一吸附塔和第二吸附塔的吸附工段阀门打开的控制信号；
获取模块，用于获取所述第一吸附塔的吸附工段出口管道中天然气的杂质含量、所述第二吸附塔的吸附工段进口管道中天然气的流量和吸附工段出口管道中天然气的杂质含量；
计算模块，根据所述第一吸附塔出口管道中天然气的杂质含量和第二吸附塔的吸附工段进口管道中天然气的流量确定第一预设吸附时间；其中，根据公式T 1=确定第二吸附塔吸附的各杂质所需的吸附时间；上式中，T1为某杂质所需的吸附时间，Q1为第二吸附塔满负荷吸附剂吸附量，S1为第一吸附塔吸附工段出口管道中天然气的该杂质的含量，S1' 为第二吸附塔吸附工段出口天然气控制该杂质的指标含量，F1为第二吸附塔吸附工段进口管道中的流量，将上述确定的最小的吸附时间作为第一预设吸附时间；
吸附控制模块，在满足所述第一吸附塔的吸附工段出口管道中的杂质含量达到第一杂质预设值、所述第二吸附塔的实际吸附时间达到所述第一预设吸附时间、或者所述第二吸附塔中吸附工段出口管道中天然气的杂质含量达到第二杂质预设值以上三个条件中的任一个时，发出控制所述第一吸附塔和所述第二吸附塔的吸附工段阀门关闭、再生工段阀门打开的控制信号；
第一再生模块，用于实时获取所述第一吸附塔的再生工段出口管道中天然气的杂质含量，并在所述杂质含量达到第三杂质预设值时发出控制所述再生工段阀门关闭的控制信号；
第二再生模块，用于实时获取所述第二吸附塔的再生工段出口管道中天然气的杂质含量，并在所述杂质含量达到第四杂质预设值时发出控制所述再生工段阀门关闭的控制信号；
所述第二再生控制模块还用于发出控制所述第二吸附塔冷吹工段阀门打开的控制信号。
4.根据权利要求3所述的天然气吸附塔控制装置，其特征在于，还包括：
冷吹模块，用于实时获取所述第二吸附塔的冷吹工段出口管道中天然气的温度，并在所述温度达到预设温度时发出控制所述冷吹工段阀门关闭的控制信号。
5.一种天然气吸附塔控制系统，其特征在于，包括：
第一杂质检测单元，用于检测第一吸附塔吸附工段出口管道中天然气的杂质含量；
第一流量计，用于检测第二吸附塔吸附工段进口管道中天然气的流量；
第二杂质检测单元，用于检测第二吸附塔吸附工段出口管道中天然气的杂质含量；
控制器，与所述第一杂质检测单元和第一流量计相连接，用于接收所述第一吸附塔吸附工段出口管道中天然气的杂质含量和第二吸附塔吸附工段进口管道中天然气的流量，并根据所述杂质含量和流量确定第一预设吸附时间；其中，根据公式T 1=确定第二吸附塔吸附的各杂质所需的吸附时间；上式中，T1为某杂质所需的吸附时间，Q1为第二吸附塔满负荷吸附剂吸附量，S1为第一吸附塔吸附工段出口管道中天然气的该杂质的含量，S1'为第二吸附塔吸附工段出口天然气控制该杂质的指标含量，F1为第二吸附塔吸附工段进口管道中的流量，将上述确定的最小的吸附时间作为第一预设吸附时间；
所述控制器还与所述第二杂质检测单元相连接，用于接收所述第二吸附塔吸附工段出口管道中天然气的杂质含量，并在满足所述第一吸附塔的吸附工段出口管道中的杂质含量达到第一杂质预设值、所述第二吸附塔的实际吸附时间达到所述第一预设吸附时间、或者所述第二吸附塔中吸附工段出口管道中天然气的杂质含量达到第二杂质预设值以上三个条件中的任一个时，发出控制所述第一吸附塔和所述第二吸附塔的吸附工段阀门关闭、再生工段阀门打开的控制信号；
所述控制器还与第三杂质检测单元，用于实时检测所述第一吸附塔的再生工段出口管道中天然气的杂质含量；所述控制器与所述第三杂质检测单元相连接，用于接收所述杂质含量，并在所述杂质含量达到第三杂质预设值时发出控制所述第一吸附塔再生工段阀门关闭的控制信号；和/ 或
所述控制器还与第四杂质检测单元，用于实时检测所述第二吸附塔的再生工段出口管道中天然气的杂质含量；所述控制器与所述第四杂质检测单元相连接，用于接收所述杂质含量，并在所述杂质含量达到第四杂质预设值时发出控制所述第二吸附塔再生工段阀门关闭的控制信号。
6.根据权利要求5 所述的天然气吸附塔控制系统，其特征在于，
所述控制器还用于发出控制所述第二吸附塔冷吹工段阀门打开的控制信号；
所述控制系统还包括：温度检测单元，用于实时检测所述第二吸附塔的冷吹工段出口管道中天然气的温度；
所述控制器与所述温度检测单元相连接，用于接收所述温度，并在所述温度达到预设温度时发出控制所述冷吹工段阀门关闭的控制信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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Effective date of registration: 20170208 Address after: 065001 Hebei economic and Technological Development Zone, Langfang science and Technology Park in the Southern District of B building, room 522 Applicant after: ENN SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd. Address before: The 065001 Hebei economic and Technological Development Zone of Langfang Huaxiang Xinyuan host new Austrian Science and Technology Park in Southern District Applicant before: ENN COAL GASIFICATION MINING Co.,Ltd. |
|
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20180810 |