CN106753632A - 一种小型井口天然气净化提纯方法及装置 - Google Patents

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    • C10L3/102—Removal of contaminants of acid contaminants
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Abstract

本发明提出一种小型井口天然气净化提纯方法及装置。包括井口气净化提纯系统，循环水系统及监测调节系统。从气井出来的高压气井气从吸收塔底部进入，与从塔顶自上而下的水逆流接触，水溶解井口气中的H2S、CO2等杂质气体形成废液。从塔顶出来的净化气经减压阀降温降压后，进一步提纯升温后，进入下游用户。废液从塔底出来通过气液分离，杂质气体经达标处理释放，水重复循环利用。本发明工艺流程简单，易于控制，可实现小型化橇装化，具有良好的经济效益。可有效解决现有的小型天然气井口脱硫难题，实现井口天然气的直接高效利用。

Description

一种小型井口天然气净化提纯方法及装置
技术领域
本发明涉及天然气净化提纯领域，具体涉及一种小型井口天然气的净化提纯方法及装置。
背景技术
随着人类人口增加、社会进步和工业持续发展，能源需求与日俱增，能源危机日益凸显，天然气凭借其清洁环保、使用方便、安全经济等优势而引起人们广泛关注。我国天然气储量大，但储存地质分散复杂，尤其是小型天然气气井开发利用技术不成熟导致开采难度大，利用效率极低。主要原因在于原料气含有杂质多，尤其是硫化氢，不仅会腐蚀钢材，堵塞管路，还会使催化剂中毒，严重阻碍气井的正常运行。现如今在我国川西地区已探明的天然气气田中，分布着许多小型气井，原料气压力高，酸性气体种类多且所占比例高，例如含硫气田约占31.7％，这些气井的H2S含量一般为5％～92％，无法直接使用。
井口天然气的直接利用当其冲应进行脱硫。目前天然气脱硫最常用的技术是湿法和干法脱硫，但以醇胺法为主的湿法脱硫效率低，难以达到较高的要求，一般适用于硫含量较高的大型天然气田的粗脱硫；而干法的脱硫剂需间歇再生或更换，硫容量低，一般用于处理低含硫气体。总体而言现阶段大多数的脱硫工艺都是针对大型天然气气田，虽然各有利弊，但大都技术成熟且应用广泛。然而对于小型气井，人们研究较少，大多将它们集中处理，因为采用湿法脱硫投资太大，干法脱硫硫容量太小，而且失活快，很难达到现场实际工况需求。但是在集中输送过程中，由于这些气井气含硫量高，酸性组分多，即使水分含量很少，腐蚀性也很强，极易使输送管道报废，经济性差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供小型井口天然气净化提纯的方法及装置，从气井出来的高压气井气采用水吸收其中的杂质气体，后续经分离提纯后，净化气达到天然气管输要求进入下游管网。
本发明实现上述目的的技术方案为：
一种小型井口天然气净化提纯装置，其中：包括井口气净化提纯系统，循环水系统及监测调节系统；
所述井口气净化提纯系统包括通过管路依次连接的吸收塔(3)、吸收塔(3)顶端管路依次连接温度压力平衡器(6)、复热器(8)。天然气经吸收塔(3)吸附提纯脱硫脱碳后进入温压平衡器(6)除水，调至下游所需压力进入复热器(8)升温后，输入下游用户；
所述循环水系统包括水箱(9)、水泵(2)、吸收塔(3)及气液分离器(7)。从水箱(9)中出来的水经水泵(2)升压后从吸收塔(3)上部进入，吸收杂质气体后形成废液，经气液分离器(7)分离后，杂质气体经达标处理后排放，水进入水箱(9)进入下一个循环系统；
所述监测调节系统包括依次设置在水箱(9)与水泵(2)之间管路上的流量调节阀(1)、吸收塔(3)顶端与温压平衡器(6)管路上的第一减压阀(4)、吸收塔(3)底端与气液分离器(7)管路上的第二减压阀(5)、吸收塔(3)上端及下端进口支路上的温度变送器与压力变送器、吸收塔(3)顶部及低部出口支路上的温度变送器、吸收塔(3)底部出口支路上的压力变送器、温压平衡器(6)与空温式气化器(8)之间的支路上的第二减压阀(10)、在空温式气化器(8)与下游用户之间管路设置温度变送器；
优选的，所述的小型井口天然气净化提纯装置，其中：水泵(2)为离心泵；
优选的，所述的小型井口天然气净化提纯装置，其中：吸收塔(3)为板式吸收塔；
优选的，所述的小型井口天然气净化提纯装置，其中：温压平衡器(6)为圆柱形罐体，内设破冰丝网装置；
优选的，所述的小型井口天然气净化提纯装置，其中：所述复热器(8)为空温式气化器或电加热器；
一种小型井口天然气净化提纯方法，应用上述的小型井口天然气净化提纯装置，其中，所述方法包括如下步骤：
S100、井口天然气从井口出来进入吸收塔(3)下部，与吸收塔(3)上部自上而下的水进行接触，在常温高压条件下，水吸收井口气中的杂质气体H2S、CO2等，井口气经净化后形成净化气，净化气从吸收塔(3)顶端输出后，通过第一减压阀(4)降压形成低温气体，其中混杂的水凝结成冰，经温压平衡器(6)后除冰，通过第三减压阀(5)降压后进入到复热器升温后，输出供下游用户使用。
S200、循环水在水泵2作用下从水箱(9)中出来，经调压计量后进入吸收塔(3)上端，水吸收井口气中的杂质气体H2S、CO2等形成废液，废液经气液分离器(6)分离后，循环水进入下一个供水循环，H2S、CO2等杂质气体经达标处理后排放。
本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：
1、实现小型井口天然气的直接回收利用。本工艺采用井口气与水在吸收塔提纯净化处理后，采用低温节流除冰的方式。该工艺方法流程简单，可重复利用，有效解决了现有的小型天然气井口脱硫进行集中处理，采用湿法脱硫投资太大，干法脱硫硫容量太小的不足，实现了井口气直接高效利用。
2、该工艺流程简单，易于控制，可实现小型化橇装化。该流程的主体核心设备为吸收塔、气液分离罐及温压平衡器。上述装置均可实现小型化橇装化，可整体移动至其他井口多次重复使用。
3、项目投资小，效益良好，易于推广使用。本方案流程简单，设备便宜易得，整体项目投资小。克服现有脱硫除杂装置的不足，具有良好的经济社会效益，在小型天然气井口均可进行推广使用。
附图说明
图1为本发明的基于小型井口天然气压力能回收利用方法及装置流程示意图。
图中所示为：1-流量调节阀；2-水泵；3-吸收塔；4-第一减压阀；5-第二减压阀；6-温压平衡器；7-气液分离器；8-复热器；9-水箱；10-第三减压阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的目的作进一步详细描述，实施例不能在此一一赘述。但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。除非特别说明，本发明采用的材料和加工方法为本技术领域常规材料和加工方法。
如图1所示，一种基于小型井口天然气净化提纯方法，其特征在于：包括井口气净化提纯系统，循环水系统及监测调节系统；
所述井口气净化提纯系统包括通过管路依次连接的吸收塔3、吸收塔3顶端管路依次连接的节温度压力平衡器6、复热器8。天然气经吸收塔3吸附提纯脱硫脱碳后进入温压平衡器6除水，调至下游所需压力进入复热器8升温后，输入下游用户；
所述循环水系统包括水箱9、水泵1、吸收塔3及气液分离器7。从水箱9中出来的水经水泵2升压后从吸收塔3上部进入，吸收杂质气体后形成废液，经气液分离器6分离后，杂质气体经达标处理后排放，水进入水箱9进入下一个循环系统；
所述监测调节系统包括依次设置在水箱与水泵之间管路上的流量调节阀1、吸收塔顶端与温压平衡器管路上的第一减压阀4、吸收塔底端与气液分离器管路上的第二减压阀5、吸收塔上端及下端进口支路上的温度变送器与压力变送器、吸收塔顶部及低部出口支路上的温度变送器、吸收塔底部出口支路上的压力变送器、温压平衡器与空温式气化器之间的支路上的第三减压阀10、在空温式气化器与下游用户之间管路设置温度变送器；
进一步地，所述水泵2为离心泵；所述吸收塔3为板式吸收塔；温压平衡器6为圆柱形罐体，内设破冰装置；所述气液分离罐7为防腐气液分离罐；所述复热器8为空温式气化器或电加热器。
进一步地，所述流量调节阀1用于调节进入吸收塔3的水流量；所述第一减压阀4及第二减压阀5均有防腐特性；所述温度变送器及压力变送器实施监测各设备装置进出口温度及压力。
应用一种小型井口天然气净化提纯方法及装置，包括如下步骤：
(1)井口天然气从井口出来进入吸收塔3下部，与吸收塔3上部自上而下的水进行接触，在常温高压条件下，水吸收井口气中的杂质气体H2S、CO2等，井口气经净化后形成净化气，净化气从吸收塔3顶端输出后，通过第一减压阀4降压形成低温气体，其中混杂的水凝结成冰，经温压平衡器6后除冰，通过第三减压阀5降压后进入到复热器升温后，输出供下游用户使用。
(2)循环水在水泵2作用下从水箱9中出来，经调压计量后进入吸收塔3上端，水吸收井口气中的杂质气体H2S、CO2等形成废液，废液经气液分离器6分离后，循环水进入下一个供水循环，H2S、CO2等杂质气体经达标处理后排放。
实施例
本技术方案通常应用于小型天然气井口调压站。该技术方案实施前，需了解井口天然气组分、流量、调压前后压力、温度等数据，并根据了解的数据选择吸收塔及其他设备。
以某小型井口天然气为例，该气井处理井口气流量为1000Nm3/h，出气口压力为4.0～5.0MPa，温度为10～30℃，出口管道温度要求≥5℃，主管道管径为50mm，含硫量约为15％，CO2含量约为5％，气田地处偏远。
20℃，5MPa，388kg/h的井口气从井口出来，接着进入吸收塔3底部，在常温常压下，离心泵2输送550kg/h的水量，加压到5MPa后进入吸收塔3，与上升的井口气逆流接触，在吸收塔3中完成脱硫脱碳除杂过程。从塔底出来的废液流经节流阀5被降压至0.1MPa，由于气体溶解度的大大降低，溶于其中的气体杂质重新被释放出来，于是水溶液可以继续循环利用。同时塔顶含有少量水蒸气的净化气通过节流阀4，压力由5MPa降为2.5MPa，温度降低到-2.1℃，此时H2O以冰的形式存在，于是通过温度压力平衡器6将冰破碎去除。接着-2.1℃，2.5MPa的净化气流节流膨胀后经电加热器8升温，使温度达到下游用户管输需求。
本工艺所述水泵2为CDLF45-13型离心泵；所述吸收塔3为板式吸收塔，塔板数为5，材质为不锈钢，操作压力为5MPa，操作温度为20℃；温压平衡器6为圆柱形罐体，内设破冰装置；所述气液分离罐7为VAFS型气液分离罐；所述复热器8为电加热器，热负荷为3kW，压力为2.5MPa。
经本工艺操作后，气体脱除率如下：H2S％(m)＝10.53％，CO2％(m)＝3.86％，CH4％(m)＝0.18％；节流后气流温度为-2.1℃，H2O变为冰完全被除去；净化天然气中含硫量可达到管输标准。

Claims (6)

1.一种小型井口天然气净化提纯装置，其特征在于：包括井口气净化提纯系统，循环水系统及监测调节系统；
所述井口气净化提纯系统包括通过管路依次连接的吸收塔(3)、吸收塔(3)顶端管路依次连接温度压力平衡器(6)、复热器(8)。天然气经吸收塔(3)吸附提纯脱硫脱碳后进入温压平衡器(6)除水，调至下游所需压力进入复热器(8)升温后，输入下游用户；
所述循环水系统包括水箱(9)、水泵(2)、吸收塔(3)及气液分离器(7)。从水箱(9)中出来的水经水泵(2)升压后从吸收塔(3)上部进入，吸收杂质气体后形成废液，经气液分离器(7)分离后，杂质气体经达标处理后排放，水进入水箱(9)进入下一个循环系统；
所述监测调节系统包括依次设置在水箱(9)与水泵(2)之间管路上的流量调节阀(1)、吸收塔(3)顶端与温压平衡器(6)管路上的第一减压阀(4)、吸收塔(3)底端与气液分离器(7)管路上的第二减压阀(5)、吸收塔(3)上端及下端进口支路上的温度变送器与压力变送器、吸收塔(3)顶部及低部出口支路上的温度变送器、吸收塔(3)底部出口支路上的压力变送器、温压平衡器(6)与空温式气化器(8)之间的支路上的第二减压阀(10)、在空温式气化器(8)与下游用户之间管路设置温度变送器。
2.根据权利要求1所述的小型井口天然气净化提纯装置，其特征在于：水泵(2)为离心泵。
3.根据权利要求1所述的小型井口天然气净化提纯装置，其特征在于：吸收塔(3)为板式吸收塔。
4.根据权利要求1所述的小型井口天然气净化提纯装置，其特征在于：温压平衡器(6)为圆柱形罐体，内设破冰丝网装置。
5.根据权利要求1所述的小型井口天然气净化提纯装置，其特征在于：所述复热器(8)为空温式气化器或电加热器。
6.一种小型井口天然气净化提纯方法，应用权利要求1所述的小型井口天然气净化提纯装置，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S100、井口天然气从井口出来进入吸收塔(3)下部，与吸收塔(3)上部自上而下的水进行接触，在常温高压条件下，水吸收井口气中的杂质气体H2S、CO2等，井口气经净化后形成净化气，净化气从吸收塔(3)顶端输出后，通过第一减压阀(4)降压形成低温气体，其中混杂的水凝结成冰，经温压平衡器(6)后除冰，通过第三减压阀(5)降压后进入到复热器升温后，输出供下游用户使用。
S200、循环水在水泵2作用下从水箱(9)中出来，经调压计量后进入吸收塔(3)上端，水吸收井口气中的杂质气体H2S、CO2等形成废液，废液经气液分离器(6)分离后，循环水进入下一个供水循环，H2S、CO2等杂质气体经达标处理后排放。
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