CN105157350A - 脱除天然气中重烃的工艺与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种脱除天然气中重烃的系统，包括压缩机、第一冷却器、换热器、引射器、气液分离器、C1/C2回收塔、再沸器和第二冷却器；所述压缩机的出口与所述第一冷却器的入口相连，所述第一冷却器的出口与所述换热器的入口相连，所述换热器的出口与所述引射器的第一入口相连，所述引射器的出口与所述气液分离器的入口相连，所述气液分离器的第一出口与所述C1/C2回收塔的第一入口相连，C1/C2回收塔的第一出口与所述引射器的第二入口相连，所述C1/C2回收塔的第二出口与所述再沸器的入口相连，所述再沸器的第一出口与所述第二冷却器的入口相连。本申请通过引入引射器，将天然气中的重烃进行深冷，实现了其有效脱除。
Description
技术领域
本发明涉及天然气技术领域，尤其涉及一种脱除天然气中重烃的工艺和系统。
背景技术
随着液化天然气在民用调峰、边远地区天然气普及、边远气井及油田伴生气回收以及天然气机车在交通领域的应用，液化天然气利用在能源领域所占比重越来越大。液化天然气是天然气经过脱硫、脱碳、脱烃和脱水预处理后，再深冷至约-160℃得到的液态天然气产品，天然气液化后，体积缩小至标准状态下的1/600，使得天然气的长距离运输甚至跨洋海运成为可能。液化天然气中硫含量更低，燃烧后排放更少，使得液化天然气在应对环境污染和气候变化方面更具优势。
通常，人们将天然气区分为常规天然气和非常规天然气，常规天然气一般指天然气气田气，而非常规天然气则包含范围较广，如煤层气、沼气、油田伴生气、页岩气和天然气水合物等。无论常规天然气还是非常规天然气，均能用于生产液化天然气。
CH4是天然气的主要组分，另外可能含有H2、CO2、H2S、N2、C2H6、C3H8、i-C4H10、n-C4H10、Neo-C5H12(新戊烷)、i-C5H12、n-C5H12、C6H14、C7H16、C6H6、甲苯、乙苯、二甲苯、环烷烃、H2O和Hg等，有的甚至含有C10以上的组分。在液化天然气条件下，上述很多组分变成高粘度液态甚至固态，极易造成冷箱或低温设备的堵塞，另外很多组分对设备和天然气后续的使用产生影响，因此，在液化天然气生产工艺中，需通过预处理将上述组分脱除至合适的范围。
液化天然气工厂主要包括原料气的预处理、冷凝液化和天然气的储存等三个工序。其中原料气的预处理对液化天然气产品品质、设备安全性和工厂长周期稳定运行都有很大的影响，因此，在天然气液化工厂设计、运行的过程中需要严格控制进入天然气液化冷箱原料气的预处理。
一般天然气液化工厂的预处理包含脱酸气、脱水、脱汞、脱烃等，脱酸气的目的主要是将天然气中的H2S和CO2利用物理、化学或物理化学的方法脱除，使CO2和H2S分别脱除至50ppm(V/V)和4ppm(V/V)以下；脱水则是将H2O水含量降至10ppb(V/V)以下。
由于各地天然气的组分不同，当天然气中含有其他的重烃时，如Neo-C5H12、C6H6、甲苯、乙苯和碳链长度大于6个碳原子时，原料气的预处理必须充分考虑这些烃类组分的脱除。当原料天然气中含有一定量重烃时，如果不加以脱除，重烃进入冷箱后降温过程中，会先变成液态，继续降温后粘度增加，在温度更低时转变成固态，导致冷箱冻堵，从而影响工厂的稳定运行。
因此，当燃料气中含有较重烃类，尤其是Neo-C5H12、C6H6、甲苯、环己烷和含有一定量的C5+时，必须对这些烃类进行脱除，降低这些烃类到允许存在的含量范围。
专利ZL200510018034.4中描述了采用溶剂吸收的方式脱除原料气中烃类的工艺，该工艺利用天然气中重烃自身溶解吸收的方式脱除原料气中的重烃，这种分离方式需要采用分离吸收塔，并配合大量的液体的循环，设备多；同时采用该专利提供脱重烃的方式，在脱除含有Neo-C5H12、苯和环己烷等高挥发型的重烃时，很难满足要求，且由于甲烷能够部分的溶解到溶剂中，会引入甲烷回收的新问题。
利用低温冷凝脱除重烃也有一定的应用，申请号为200610046233.0的中国专利公开了一种利用常规的深冷冷冻方式脱除石油天然气中的水和重烃，该方法脱重烃过程中，甲烷的损失量偏大。申请号为201310224714.6中国专利公开了一种用低温三甘醇脱除水和重烃的方法，该方法脱除重烃的精度有限，且容易造成三甘醇粘度偏大，流动和传质缓慢的问题，工程实施不易。申请号为201110291607.6的中国专利公开了一种采用吸附法同时脱除水和重烃的工艺，但是该工艺再生气后处理成为很大的难题，而且由于水分子和重烃分子属于不同的体系，在再生的过程中，容易出现烃凝液，导致脱水吸附剂失效不可避免的问题。201410339103.0公开了一种低温脱除重烃的方法，该方法在回收重烃中溶解的C1/C2的过程中，利用节流降压分馏的方式，不能很好的实现C1/C2升压，导致其液化困难，能耗增加，使得整个液化工艺变得非常复杂。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种脱除天然气中重烃的系统与方法。
有鉴于此，本申请提供了一种脱除天然气中重烃的系统，包括：压缩机、第一冷却器、换热器、引射器、气液分离器、C1/C2回收塔、再沸器和第二冷却器；
所述压缩机的出口与所述第一冷却器的入口相连，所述第一冷却器的出口与所述换热器的入口相连，所述换热器的出口与所述引射器的第一入口相连，所述引射器的出口与所述气液分离器的入口相连，所述气液分离器的第一出口与所述C1/C2回收塔的第一入口相连，所述C1/C2回收塔的第一出口与所述引射器的第二入口相连，所述C1/C2回收塔的第二出口与所述再沸器的入口相连，所述再沸器的第一出口与所述第二冷却器的入口相连。
优选的，所述气液分离器还设置第二出口，所述气液分离器的第二出口与所述换热器的入口相连。
优选的，还包括节流阀，所述气液分离器的第一出口与所述节流阀的入口相连，所述节流阀的出口与所述C1/C2回收塔的第一入口相连。
优选的，所述C1/C2回收塔还设置有第二入口，所述再沸器还设置有第二出口，所述再沸器的第二出口与所述C1/C2回收塔的第二入口相连。
本申请还提供了利用所述的系统脱除天然气中重烃的工艺，包括以下步骤：
将脱酸气、脱水后的原料气依次经过压缩、冷却和换热，得到冷却后的原料气；
将冷却后的原料气降压，利用高速射流的携带作用，携带C1/C2物流进行混合和能量交换，得到低温混合物流；
将所述混合物流进行气液分离，得到气相和液相；
将所述液相进行C1/C2回收，得到C1/C2物流和液相物流，回收后的液相物流冷却后得到混烃。
优选的，所述气相作为所述换热的冷源。
优选的，所述回收之前还包括：
将所述液相进行节流降压。
优选的，所述气化后的气相提供回收的热量。
优选的，所述混合气的压力为3.0～5.9MPa，温度为-45℃～-75℃。
优选的，所述气相中重烃的含量小于50ppm。
本申请提供了一种脱除天然气中重烃的系统，其包括：压缩机、第一冷却器、换热器、引射器、气液分离器、C1/C2回收塔、再沸器和第二冷却器。本申请在脱除天然气中重烃的系统中引入了引射器，通过引射器的引射式制冷，使制冷过程由气体在引射器内节流降压完成，将天然气中的重烃进行深冷，有助于天然气中重烃的脱除。
附图说明
图1为本发明脱除天然气中重烃的系统简图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种脱除天然气中重烃的系统，包括：压缩机、第一冷却器、换热器、引射器、气液分离器、C1/C2回收塔、再沸器和第二冷却器；
所述压缩机的出口与所述第一冷却器的入口相连，所述第一冷却器的出口与所述换热器的入口相连，所述换热器的出口与所述引射器的第一入口相连，所述引射器的出口与所述气液分离器的入口相连，所述气液分离器的第一出口与所述C1/C2回收塔的第一入口相连，C1/C2回收塔的第一出口与所述引射器的第二入口相连，所述C1/C2回收塔的第二出口与所述再沸器的入口相连，所述再沸器的第一出口与所述第二冷却器的入口相连。
如图1所示，图1为本发明提供的天然气中脱除重烃的设备简图，其中1为压缩机，2为第一冷却器，3为换热器，4为引射器，5为气液分离器，6为节流阀，7为C1/C2回收塔，8为再沸器，9为第二冷却器。
按照本发明，所述压缩机1将经过脱水、脱酸的原料气压缩至8.0～15.0MPa，以利于后期脱除重烃。经过压缩后的气体进入第一冷却器2进行冷却，所述第一冷却器2的冷源可以采用空冷或水冷；本申请原料气被压缩机1压缩后，气体获得压力能，压缩后被冷却水或其它冷媒冷却，以降低压缩气体的温升。本申请对于所述压缩机与所述第一冷却器没有特别的限制，为本领域技术人员熟知的即可。经过第一冷却器2冷却后的原料气在换热器3中进行换热，进一步降低原料气的温度。本申请所述换热器的冷源优选来自于所述气液分离器5中的气相。原料气经过换热器降温后冷却至-25℃～-48℃。
本申请所述原料气经过换热后进入引射器4的喷嘴作为主动流，高速流动，降温降压，同时将C1/C2回收塔中的轻烃气相引射回引射器4，轻烃作为引射流在引射器4中被增压，而使高低压气相在引射器中混合，得到混合物流，混合物流出引射器的温度为-45℃～-72℃，压力为3.0MPa～5.9MPa。本申请所述引射器是利用射器的高速流动携带与混合作用，使不同压力的两股流体相互混合，并引发能量交换的流体机械和混合反应设备。本申请所述引射器的第一入口为主动流(换热后原料气)的入口，所述第二入口为引射流(C1/C2轻烃)的入口。
然后所述混合物流进入气液分离器5中进行气液分离，得到气相和液相。本申请优选将气液分离器5的气相作为换热器3的冷源回收冷量，自身被复热成为净化产品气；由此，所述气液分离器5还设置有第二出口，所述气液分离器5的第二出口与所述换热器3的入口相连。本申请所述气液分离器5中分离出的气相中重烃C6+含量小于50ppm，满足液化天然气对重烃含量的要求。
按照本发明，气液分离器5分离的液相进入C1/C2回收塔7顶部，以在C1/C2回收塔7中回收被重烃带出的C1/C2轻烃，而回收得到的轻烃则被引射器4引射回流；所述回收塔的操作压力为1.2MPa～2.5MPa；塔顶气相中重烃C6+的含量控制在50ppm以下，而塔底轻烃产品中C2的摩尔含量控制在2％以下。本申请优选在所述气液分离器5与所述C1/C2回收塔7之间设置有节流阀6。所述节流阀6将气液分离器5中的液相降压至1.2～2.5MPa后进入再沸器8中进行气化，再次得到气相与液相，液相经过冷却降温后，得到混烃产品，则将天然气中的重烃脱除。本申请所述C1/C2回收塔还设置有第二入口，所述再沸器还设置有第二出口，所述再沸器的第二出口与所述C1/C2回收塔的第二入口相连。上述连接关系能够将再沸器产生的气相返回C1/C2回收塔下部，自下而上流动，提供热量并与自上而下流动的液相传质，回收其中的C1/C2轻烃。本申请所述再沸器的热源可采用蒸汽、电或其他热媒。
本申请还提供了利用上述系统脱除天然气中重烃的方法，包括以下步骤：
将脱酸气、脱水后的原料气依次经过压缩、冷却和换热，得到冷却后的原料气；
将冷却后的原料气降压，利用高速射流的携带作用，携带C1/C2物流进行混合和能量交换，得到低温混合物流；
将所述混合气物流进行气液分离，得到气相和液相；
将所述液相进行C1/C2回收，得到C1/C2物流和液相物流，回收后的液相物流冷却后得到混烃。
本申请所述原料气的含水量小于1ppm，CO2含量低于50ppm。
本申请首先将脱酸气、脱水后的原料气进行压缩，使原料气压缩至8.0～15.0MPa，使原料气经过压缩后获得压力能。然后将压缩后的原料气进行冷却，降低压缩气体的温升。经过冷却后的原料气进行换热，使原料气的温度降至-25℃～-48℃。本申请所述原料气经过一系列的压缩、冷却与换热，使原料气的温度降至-25℃～-48℃。
按照本发明，然后将换热后的原料气以高速流入，由于射流携带作用，卷吸周围的流体而发生动量交换，原料气与C1/C2轻烃混合进行动量和质量交换，流动过程中逐渐均衡，使得到的混合物流降压降温。所述混合物流的为3.0～5.9MPa，温度为-45℃～-72℃。所述混合物流温度较低，有利于天然气中重烃的脱除。然后将所述混合物流进行气液分离，得到气相和液相；所述气相中重烃C6+含量小于50ppm，满足天然气液化对重烃含量的要求，本申请优选将所述气相作为换热的热源，以减少外来冷源的引入。本申请然后将所述液相进行回收，得到C1/C2轻烃和回收后的液相，在回收之前优选将所述混合物流降压至1.2～2.5MPa，使部分C1/C2轻烃闪蒸出。
本申请最后将回收后的液相进行冷却，得到混烃，所述混烃中含有重烃，从而实现了重烃的有效脱除。
本申请利用所述设备实现天然气中重烃脱除的方法，具体为：
1)脱酸气、脱水净化后的原料气经压缩机压缩至8.0～15.0MPa，压缩的原料气经冷却器冷却，冷源可采用空冷或水冷，经过冷却后的高压原料气在换热器中与由分离器的气相换热，被冷却至-25～-48℃，然后进入引射器的喷嘴作为主动流，高速流动，降压降温，并将C1/C2回收塔内轻烃的气相引射回引射器，轻烃作为引射流在引射器中被增压，高低压气相在引射器中混合，混合物流出引射器的温度为-45～-72℃，压力为3.0～5.9MPa，混合物流进入气液分离器，气液分离器的气相作为换热器的冷源回收冷量，自身被复热成为净化产品气；
2)气液分离器的液相则经过节流阀降压后进入C1/C2回收塔顶部，以回收被重烃带出的C1/C2，回收得到的C1/C2轻烃被引射器引射回流。C1/C2回收塔底部设置再沸器，热源由外部提供，自C1/C2回收塔流出的液相在再沸器中部分气化，气化的气相返回C1/C2回收塔下部，自下而上流动，提供热量并与自上而下流动的液相传质，回收其中的C1/C2轻烃；再沸器的液相则流出再沸器，经冷却器降温后，得到混烃产品。
本申请利用引射式制冷通过深冷的方式脱除原料天然气中的重烃，制冷过程由气体在引射器内节流降压完成，无需复杂的制冷系统；脱重烃的温度、压力控制方便，产品气脱烃精度高，且能够方便调节；利用C1/C2回收塔，回收C1/C2轻烃，并利用引射器的升压作用，将回收的低压C1/C2轻烃升压，返回工艺气系统，无需压缩设备，有利于降低能耗并减少设备投资。本申请脱除重烃的过程没有再生过程，避免了繁琐的阀门切换和再生过程，无需考虑再生气的后续处理的问题；灵活的调整引射器进出口的压力，能够适应原料气的组分变化，达到脱除重烃和回收C1/C2轻烃的目的，得到温度、压力均一的净化产品气。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的脱除天然气中重烃的系统和方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
原料气经压缩机1压缩至13.0MPa，压缩的原料气经第一冷却器2冷却，冷源可采用空冷或水冷，经过冷却后的高压原料气在换热器3中与由分离器5的气相换热，冷却至-31℃，然后进入引射器4的喷嘴作为主动流，高速流动，降压降温，并将C1/C2回收分馏塔内的气相引射回引射器4，并在引射器4中被增压，高低压气相在引射器4中混合，混合物流出引射器4的温度为-55.39℃，压力为5.9MPa，混合物流进入气液分离器5，气相作为换热器3的冷源回收冷量，自身被复热成为净化产品气，而液相则经过节流阀6降压后进入C1/C2回收塔7顶部，以回收被重烃带出的C1/C2，C1/C2回收塔7塔顶低温进料同时起低温回流作用，回收得到的C1/C2轻烃被引射器4引射回流，混合后进入气液分离器5；C1/C2回收塔7操作压力为2.0MPa，设置再沸器，再沸器热源由外部提供，自C1/C2回收塔7底部流出的液相在再沸器8中部分气化，气化的气相返回C1/C2回收塔7下部，自下而上流动，提供热量并与自上而下流动的液相传质，回收其中的C1/C2轻烃，再沸器的液相则流出再沸器，经第二冷却器9降温后，作为混烃产品。本实施例的工艺参数与各阶段的气体含量如表1所示。
表1实施例1的工艺参数与各阶段气体含量数据表
实施例2
原料气经压缩机1压缩至12.0MPa，压缩的原料气经第一冷却器冷却，冷源可采用空冷或水冷，经过冷却后的高压原料气在换热器3中与由分离器5的气相换热，冷却至-29.5℃，然后进入引射器4的喷嘴作为主动流，高速流动，降压降温，并将C1/C2回收分馏塔内的气相引射回引射器4，并在引射器4中被增压，高低压气相在引射器4中混合，混合物流出引射器4的温度为-68.69℃，压力为4.2MPa，混合物流进入气液分离器5，气相作为换热器3的冷源回收冷量，自身被复热成为净化产品气，而液相则经过节流阀6降压后进入C1/C2回收塔7顶部，以回收被重烃带出的C1/C2，C1/C2回收塔7塔顶低温进料同时起低温回流作用，回收得到的C1/C2轻烃被引射器4引射回流，混合后进入气液分离器5，C1/C2回收塔7操作压力为1.6MPa，设置再沸器，再沸器热源由外部提供，自C1/C2回收塔7流出的液相在再沸器8中部分气化，气化的气相返回C1/C2回收塔7下部，自下而上流动，提供热量并与自上而下流动的液相传质，回收其中的C1/C2轻烃，再沸器的液相则流出再沸器，经第二冷却器9降温后，作为混烃产品。本实施例的工艺参数与各阶段的气体含量如表2所示。
表2实施例2的工艺参数与各阶段气体含量数据表
实施例3
原料气经压缩机1压缩至14.0MPa，压缩的原料气经冷却器2冷却，冷源可采用空冷或水冷，经过冷却后的高压原料气在换热器3中与由分离器5的气相换热，冷却至-29℃，然后进入引射器4的喷嘴作为主动流，高速流动，降压降温，并将C1/C2回收分馏塔内7的气相引射回引射器4，并在引射器4中被增压，高低压气相在引射器4中混合，混合物流出引射器4的温度为-64.84℃，压力为4.5MPa，混合物流进入气液分离5，气相作为换热器3的冷源回收冷量，自身被复热成为净化产品气，而液相则经过节流阀6降压后进入C1/C2回收塔7顶部，以回收被重烃带出的C1/C2，C1/C2回收塔7塔顶低温进料同时起低温回流作用，回收得到的C1/C2低碳烃被引射器4引射回流，混合后进入气液分离器5。C1/C2回收塔7操作压力为1.7MPa设置再沸器，再沸器热源由外部提供，自C1/C2回收塔7流出的液相在再沸器8中部分气化，气化的气相返回C1/C2回收塔7下部，自下而上流动，提供热量并与自上而下流动的液相传质，回收其中的C1/C2轻烃，再沸器的液相则流出再沸器，经第二冷却器9降温后，作为混烃产品。本实施例的工艺参数与各阶段的气体含量如表3所示。
表3实施例3的工艺参数与各阶段气体含量数据表
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种脱除天然气中重烃的系统，包括：压缩机、第一冷却器、换热器、引射器、气液分离器、C1/C2回收塔、再沸器和第二冷却器；
所述压缩机的出口与所述第一冷却器的入口相连，所述第一冷却器的出口与所述换热器的入口相连，所述换热器的出口与所述引射器的第一入口相连，所述引射器的出口与所述气液分离器的入口相连，所述气液分离器的第一出口与所述C1/C2回收塔的第一入口相连，所述C1/C2回收塔的第一出口与所述引射器的第二入口相连，所述C1/C2回收塔的第二出口与所述再沸器的入口相连，所述再沸器的第一出口与所述第二冷却器的入口相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气液分离器还设置第二出口，所述气液分离器的第二出口与所述换热器的入口相连。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括节流阀，所述气液分离器的第一出口与所述节流阀的入口相连，所述节流阀的出口与所述C1/C2回收塔的第一入口相连。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述C1/C2回收塔还设置有第二入口，所述再沸器还设置有第二出口，所述再沸器的第二出口与所述C1/C2回收塔的第二入口相连。
5.利用权利要求1所述的系统脱除天然气中重烃的工艺，包括以下步骤：
将脱酸气、脱水后的原料气依次经过压缩、冷却和换热，得到冷却后的原料气；
将冷却后的原料气降压，利用高速射流的携带作用，携带C1/C2物流进行混合和能量交换，得到低温混合物流；
将所述混合物流进行气液分离，得到气相和液相；
将所述液相进行C1/C2回收，得到C1/C2物流和液相物流，回收后的液相物流冷却后得到混烃。
6.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述气相作为所述换热的冷源。
7.根据权利要求5或6所述的工艺，其特征在于，所述回收之前还包括：
将所述液相进行节流降压。
8.根据权利要求5或6所述的工艺，其特征在于，所述气化后的气相提供回收的热量。
9.根据权利要求5或6所述的工艺，其特征在于，所述混合气的压力为3.0～5.9MPa，温度为-45℃～-75℃。
10.根据权利要求5或6所述的工艺，其特征在于，所述气相中重烃的含量小于50ppm。
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