CN106367147A - 一种天然气脱水系统及其脱水方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然气脱水系统及其脱水方法，脱水系统包括原料气聚结器，预冷换热器，冷冻机，分子筛脱水塔，分子筛粉尘过滤器，气液分离器排液管，净化气总出管，原料气总管，以及分子筛脱水塔再生系统。脱水方法主要为：原料气经原料气聚结器除去大颗粒杂质和部分水汽，再经冷冻换热器进行浅冷冻脱水，得到初步净化天然气；当环境温度高于工况条件下水合物形成温度5°以上时，初步净化天然气水露点达标直接外输供气；当工况条件下水合物形成温度与环境温度的温差少于5°时，初步净化天然气被输入分子筛脱水塔系统吸附脱水后经过分子筛粉尘过滤器过滤即得净化天然气。解决现有技术能耗高和设备运行成本高的问题。

Description

一种天然气脱水系统及其脱水方法

技术领域

本发明涉及一种天然气脱水系统及其脱水方法。

背景技术

天然气净化中脱除气体中含有的饱和水，是必不可少的一道工序，国家对天然气外输的水露点要求是低于当地环境5℃。天然气净化脱水方式的选择需要依据原料气性质和用户对露点控制深度的要求来确定。传统天然气净化脱水工艺主要有：冷冻法、脱水剂吸附法、分子筛吸附法。常规工艺中，冷冻法又分外加冷源和节流制冷，需配套使用水合物抑制剂及抑制剂再生系统，抑制剂再生系统设备成本高；脱水剂吸附法需配套脱水剂再生系统：大型分子筛吸附法能耗高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种天然气脱水工艺及其脱水方法，利用该脱水工艺进行天然气脱水，在采用冷冻法脱水时，不使用水合物抑制剂，不需要设置水合物抑制剂再生系统，能够有效减小分子筛脱水塔负荷，从而能够节约能耗和设备运行成本。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种天然气脱水系统，包括设聚结器进气口、聚结器出气口和聚结器污水出口的原料气聚结器，设换热进气口、换热出气口、冷剂进口、冷剂出口、以及换热液相出口的冷冻换热器，顶部设脱水A塔进气口、底部设脱水A塔出气口的分子筛脱水A塔，顶部设脱水B塔进气口、底部设脱水B塔出气口的分子筛脱水B塔，分子筛粉尘过滤器，气液分离器排液管，净化气总出管，原料气总管，以及用于给分子筛脱水塔再生的分子筛脱水塔再生系统；

所述聚结器进气口与原料气总管管道连接，所述聚结器出气口与换热进气口管道连接，所述气液分离器排液管通过调节阀与聚结器污水出口管道连接，所述气液分离器排液管通过截止阀与换热液相出口管道连接，所述冷剂出口与冷剂进口管道封闭循环连接，所述冷剂出口与冷剂进口之间依次设置有冷剂压缩机、风冷冷凝器、以及过滤器，所述换热出气口通过截止阀与分子筛粉尘过滤器管道连接，所述换热出气口还分别通过程控阀与脱水A塔进气口和脱水B塔进气口管道连接，所述脱水A塔出气口和脱水B塔出气口分别通过程控阀与分子筛粉尘过滤器管道连接，所述分子筛粉尘过滤器通过程控阀与净化气总出管管道连接。

具体地说，所述分子筛脱水塔再生系统包括再生气气液分离器排液管，设空冷器进气口和空冷器出气口的再生气空冷器，底部设再生气液相出口、顶部设再生气出口、以及中部设再生气进口的再生气气液分离器；所述空冷器进气口分别通过程控阀与脱水A塔进气口和脱水B塔进气口管道连接，所述空冷器出气口与再生气进口管道连接，所述再生气液相出口通过程控阀与再生气气液分离器排液管管道连接，所述再生气出口与换热出气口管道连接，所述换热出气口分别通过程控阀与脱水A塔出气口和脱水B塔出气口管道连接，为分子筛脱水A塔或分子筛脱水B塔的再生提供再生气。

进一步地，所述分子筛脱水塔再生系统还包括再生气加热装置，所述再生气加热装置设在换热出气口同时与脱水A塔出气口和脱水B塔出气口连接的管道上，所述再生气加热装置包括两根并联的管道，其中一根上设程控阀，另一根上设串联的程控阀和再生气加热器。

更进一步地，所述分子筛脱水塔再生系统还包括设在再生气气液分离器上的液位计，以及设在再生气液相出口与再生气气液分离器排液管之间的管道上的液位调节阀，所述液位计与液位调节阀电连接。

更进一步地，所述分子筛脱水塔再生系统还包括设在换热出气口同时连接脱水A塔出气口和脱水B塔出气口的管道上的流量计，以及设在换热出气口同时连接脱水A塔进气口和脱水B塔进气口的管道上的流量调节阀，所述流量计与流量调节阀电连接。

作为优选，所述分子筛脱水塔再生系统还包括设有平衡阀的气压平衡管道，所述气压平衡管道将空冷器进气口同时与脱水A塔出气口和脱水B塔出气口连通。

作为优选，还包括火炬总管、压力计、以及压力调节阀，所述分子筛粉尘过滤器与压力计、压力调节阀、以及火炬总管依次通过管道连接，所述压力计和压力调节阀电连接。

此外，本发明还提供了一种利用上述脱水系统进行天然气脱水的方法，具体包括如下步骤：

a预处理，天然气原料气由原料气总管输送至原料气聚结器预过滤除去大颗粒杂质和部分水汽，得到预处理天然气原料气并从原料气聚结器输出；

b冷冻脱水，从原料气聚结器输出的预处理天然气原料气进入冷冻换热器进行浅冷冻脱水处理，即得初步净化天然气；

c步骤b中，当环境温度高于工况条件下水合物形成温度5°以上时，初步净化天然气在冷冻换热器中与预处理天然气换热升温后直接外输供气；当工况条件下水合物形成温度与环境温度的温差少于5°或比环境温度高5°以上时，初步净化天然气被输入分子筛脱水A塔或分子筛脱水B塔进行吸附脱水，吸附脱水后的天然气从分子筛脱水塔出来后再经过分子筛粉尘过滤器后即得可外输供气的净化天然气。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明结构简单、设计科学合理、使用方便。

(2)本发明通过采用外加冷源浅冷脱水加分子筛脱水塔吸附脱水相结合，在外加冷源浅冷脱水时控制脱水温度高于天然气工况条件下水合物形成温度，如此在浅冷脱水时就不需要使用水合物抑制剂，从而省去了整个抑制剂再生系统，节约了设备成本和能耗；在浅冷脱水过程中基本上可以脱去原料气中90％以上的饱和水，当工况条件下水合物形成温度高于环境温度5℃以上或与环境温度的温差少于5℃时，经浅冷脱水后的天然气被输入分子筛脱水塔脱去剩余的水分，此时分子筛脱水塔脱需要脱去的水分不足原料气含水总量的10％，极大的减小了分子筛系统负荷；当环境温度高于工况条件下水合物形成温度5℃以上时，经浅冷脱水后的天然气就可以直接外输供气，节约了设备运行能耗；

(3)本发明采用分节段运行，当环境温度高于工况条件下水合物形成温度5℃以上时，不需要启用分子筛脱水系统，降低生产成本。

(4)本发明在浅冷脱水前对原料气先进行预冷及过滤大颗粒杂质，降低了冷冻换热器的负荷，减小冷冻系统设备能耗。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

其中，附图标记对应的名称为：

1-原料气聚结器、2-冷冻换热器、3-冷剂压缩机、4-风冷冷凝器、5-过滤器、6-分子筛脱水A塔、7-分子筛脱水B塔、8-分子筛粉尘过滤器、9-再生气加热器、10-再生气空冷器、11-再生气气液分离器、12-气液分离器排液管、13-再生气气液分离器排液管、14-火炬总管、15-净化气总出管、16-流量计、17-液位计、18-压力计、19-流量调节阀、20-液位调节阀、21-压力调节阀、22-原料气总管、23-气压平衡管道。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

实施例

如图1所示，一种天然气脱水系统，包括设聚结器进气口、聚结器出气口和聚结器污水出口的原料气聚结器1，设换热进气口、换热出气口、冷剂进口、冷剂出口、以及换热液相出口的冷冻换热器2，顶部设脱水A塔进气口、底部设脱水A塔出气口的分子筛脱水A塔6，顶部设脱水B塔进气口、底部设脱水B塔出气口的分子筛脱水B塔7，分子筛粉尘过滤器8，气液分离器排液管12，净化气总出管15，原料气总管22，以及用于给分子筛脱水塔再生的分子筛脱水塔再生系统；所述聚结器进气口与原料气总管22管道连接，所述聚结器出气口与换热进气口管道连接，所述气液分离器排液管12通过调节阀与聚结器污水出口管道连接，所述气液分离器排液管12通过截止阀与换热液相出口管道连接，所述冷剂出口与冷剂进口管道封闭循环连接，所述冷剂出口与冷剂进口之间依次设置有冷剂压缩机3、风冷冷凝器4、以及过滤器5，所述换热出气口通过截止阀与分子筛粉尘过滤器8管道连接，所述换热出气口还分别通过程控阀与脱水A塔进气口和脱水B塔进气口管道连接，所述脱水A塔出气口和脱水B塔出气口分别通过程控阀与分子筛粉尘过滤器8管道连接，所述分子筛粉尘过滤器8通过程控阀与净化气总出管15管道连接。

原料天然气从原料气总管22通过管道进入原料气聚结器1，在原料气聚结器1中大颗粒杂质和部分水汽被除去，大颗粒杂质和部分水汽由聚结器污水出口经管道至气液分离器排液管12排出，经原料气聚结器1预处理过的原料天然气经管道被输入冷冻换热器2，在冷冻换热器2内进行浅冷脱水，在脱水过程中，冷冻换热器2内的冷剂从冷剂出口依次通过冷剂压缩机3、风冷冷凝器4、以及过滤器5至冷剂进口，在封闭循环的通道内流动并持续为冷冻换热器2提供冷源，被脱出的水在冷冻换热器2内由换热液相出口经管道至气液分离器排液管12被排出，预处理原料天然气在冷冻换热器2内将脱去90％的饱和水，得到初步净化天然气。当环境温度高于工况条件下水合物形成温度5℃以上时，经冷冻换热器2浅冷脱水后的初步净化天然气就可以直接输至净化气总出管15为用户供气，可极大节约设备运行能耗；当工况条件下水合物形成温度高于环境温度5℃以上或与环境温度的温差少于5℃时，初步净化天然气将被输入分子筛脱水A塔6或分子筛脱水B塔7进一步脱去剩余水分，得到净化天然气，净化天然气经过分子筛粉尘过滤器8过滤掉分子筛粉尘后被输入净化气总出管15为用户供气。值得注意的是，原料天然气在脱水过程中的流向由各管道上的程控阀控制。

本发明所采用的分子筛脱水塔在使用的过程中可再生，因此同时给分子筛脱水A塔6和分子筛脱水B塔7配了一套分子筛脱水塔再生系统，以保证分子筛脱水塔能循环使用，所述分子筛脱水塔再生系统包括再生气气液分离器排液管13，设空冷器进气口和空冷器出气口的再生气空冷器10，底部设再生气液相出口、顶部设再生气出口、以及中部设再生气进口的再生气气液分离器11；所述空冷器进气口分别通过程控阀与脱水A塔进气口和脱水B塔进气口管道连接，所述空冷器出气口与再生气进口管道连接，所述再生气液相出口通过程控阀与再生气气液分离器排液管13管道连接，所述再生气出口与换热出气口管道连接，所述换热出气口分别通过程控阀与脱水A塔出气口和脱水B塔出气口管道连接，为分子筛脱水A塔6或分子筛脱水B塔7的再生提供再生气。所述分子筛脱水塔再生系统还包括再生气加热装置，所述再生气加热装置设在换热出气口同时与脱水A塔出气口和脱水B塔出气口连接的管道上，所述再生气加热装置包括两根并联的管道，其中一根上设程控阀，另一根上设串联的程控阀和再生气加热器9。所述分子筛脱水塔再生系统还包括设在再生气气液分离器11上的液位计17，以及设在再生气液相出口与再生气气液分离器排液管13之间的管道上的液位调节阀20，所述液位计17与液位调节阀20电连接。所述分子筛脱水塔再生系统还包括设在换热出气口同时连接脱水A塔出气口和脱水B塔出气口的管道上的流量计16，以及设在换热出气口同时连接脱水A塔进气口和脱水B塔进气口的管道上的流量调节阀19，所述流量计16与流量调节阀19电连接。所述分子筛脱水塔再生系统还包括设有平衡阀的气压平衡管道23，所述气压平衡管道23将空冷器进气口同时与脱水A塔出气口和脱水B塔出气口连通。

为了保证整个系统的安全运行，本发明在脱水系统中还加还设了火炬总管14、压力计18、以及压力调节阀21，所述分子筛粉尘过滤器8与压力计18、压力调节阀21、以及火炬总管14依次通过管道连接，所述压力计18和压力调节阀21电连接。

本发明还提供了一种利用上述天然气脱水系统进行天然气脱水的方法，主要包括以下步骤：

a预处理，天然气原料气由原料气总管22输送至原料气聚结器1预过滤除去大颗粒杂质和部分水汽，得到预处理天然气原料气并从原料气聚结器1输出；

b冷冻脱水，从原料气聚结器1输出的预处理天然气原料气进入冷冻换热器(2)进行浅冷冻脱水处理，即得初步净化天然气；

c步骤b中，当环境温度高于工况条件下水合物形成温度5°以上时，初步净化天然气在冷冻换热器中与预处理天然气换热升温后直接外输供气；当工况条件下水合物形成温度与环境温度的温差少于5°或比环境温度高5°以上时，初步净化天然气被输入分子筛脱水A塔或分子筛脱水B塔进行吸附脱水，吸附脱水后的天然气从分子筛脱水塔出来后再经过分子筛粉尘过滤器后即得可外输供气的净化天然气。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种天然气脱水系统，其特征在于：包括设聚结器进气口、聚结器出气口和聚结器污水出口的原料气聚结器(1)，设换热进气口、换热出气口、冷剂进口、冷剂出口、以及换热液相出口的冷冻换热器(2)，顶部设脱水A塔进气口、底部设脱水A塔出气口的分子筛脱水A塔(6)，顶部设脱水B塔进气口、底部设脱水B塔出气口的分子筛脱水B塔(7)，分子筛粉尘过滤器(8)，气液分离器排液管(12)，净化气总出管(15)，原料气总管(22)，以及用于给分子筛脱水塔再生的分子筛脱水塔再生系统；

所述聚结器进气口与原料气总管(22)管道连接，所述聚结器出气口与换热进气口管道连接，所述气液分离器排液管(12)通过调节阀与聚结器污水出口管道连接，所述气液分离器排液管(12)通过截止阀与换热液相出口管道连接，所述冷剂出口与冷剂进口管道封闭循环连接，所述冷剂出口与冷剂进口之间依次设置有冷剂压缩机(3)、风冷冷凝器(4)、以及过滤器(5)，所述换热出气口通过截止阀与分子筛粉尘过滤器(8)管道连接，所述换热出气口还分别通过程控阀与脱水A塔进气口和脱水B塔进气口管道连接，所述脱水A塔出气口和脱水B塔出气口分别通过程控阀与分子筛粉尘过滤器(8)管道连接，所述分子筛粉尘过滤器(8)通过程控阀与净化气总出管(15)管道连接。

2.根据权利要求1所述的一种天然气脱水系统，其特征在于：所述分子筛脱水塔再生系统包括再生气气液分离器排液管(13)，设空冷器进气口和空冷器出气口的再生气空冷器(10)，底部设再生气液相出口、顶部设再生气出口、以及中部设再生气进口的再生气气液分离器(11)；所述空冷器进气口分别通过程控阀与脱水A塔进气口和脱水B塔进气口管道连接，所述空冷器出气口与再生气进口管道连接，所述再生气液相出口通过程控阀与再生气气液分离器排液管(13)管道连接，所述再生气出口与换热出气口管道连接，所述换热出气口分别通过程控阀与脱水A塔出气口和脱水B塔出气口管道连接，为分子筛脱水A塔(6)或分子筛脱水B塔(7)的再生提供再生气。

3.根据权利要求2所述的一种天然气脱水系统，其特征在于：所述分子筛脱水塔再生系统还包括再生气加热装置，所述再生气加热装置设在换热出气口同时与脱水A塔出气口和脱水B塔出气口连接的管道上，所述再生气加热装置包括两根并联的管道，其中一根上设程控阀，另一根上设串联的程控阀和再生气加热器(9)。

4.根据权利要求3所述的一种天然气脱水系统，其特征在于：所述分子筛脱水塔再生系统还包括设在再生气气液分离器(11)上的液位计(17)，以及设在再生气液相出口与再生气气液分离器排液管(13)之间的管道上的液位调节阀(20)，所述液位计(17)与液位调节阀(20)电连接。

5.根据权利要求4所述的一种天然气脱水系统，其特征在于：所述分子筛脱水塔再生系统还包括设在换热出气口同时连接脱水A塔出气口和脱水B塔出气口的管道上的流量计(16)，以及设在换热出气口同时连接脱水A塔进气口和脱水B塔进气口的管道上的流量调节阀(19)，所述流量计(16)与流量调节阀(19)电连接。

6.根据权利要求5所述的一种天然气脱水系统，其特征在于：所述分子筛脱水塔再生系统还包括设有平衡阀的气压平衡管道(23)，所述气压平衡管道(23)将空冷器进气口同时与脱水A塔出气口和脱水B塔出气口连通。

7.根据权利要求1～6任一项所述的一种天然气脱水系统，其特征在于：还包括火炬总管(14)、压力计(18)、以及压力调节阀(21)，所述分子筛粉尘过滤器(8)与压力计(18)、压力调节阀(21)、以及火炬总管(14)依次通过管道连接，所述压力计(18)和压力调节阀(21)电连接。

8.权利要求1～7任一项所述的天然气脱水系统的天然气脱水方法，其特征在于：包括以下步骤：

a预处理，天然气原料气由原料气总管输送至原料气聚结器预过滤除去大颗粒杂质和部分水汽，得到预处理天然气原料气并从原料气聚结器输出；

b冷冻脱水，从原料气聚结器输出的预处理天然气原料气进入冷冻换热器进行浅冷冻脱水处理，即得初步净化天然气；

c步骤b中，当环境温度高于工况条件下水合物形成温度5°以上时，初步净化天然气在冷冻换热器中与预处理天然气换热升温后直接外输供气；当工况条件下水合物形成温度与环境温度的温差少于5°或比环境温度高5°以上时，初步净化天然气被输入分子筛脱水A塔或分子筛脱水B塔进行吸附脱水，吸附脱水后的天然气从分子筛脱水塔出来后再经过分子筛粉尘过滤器后即得可外输供气的净化天然气。