CN109097121A - 一种天然气脱水脱汞及汞回收装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然气脱水脱汞及汞回收装置及方法，装置包括原料气聚结器、脱水塔A和B、脱汞塔A和B、再生气加热器、含水再生气空冷器、含汞再生气空冷器、再生气预冷器、低温分离器和三相分离器等。本发明的积极效果是：在脱水塔内装填脱水分子筛，脱汞塔内装填可再生型脱汞吸附剂，含汞原料天然气依次通过脱水塔、脱汞塔实现天然气中的水和汞被脱除，满足商品气要求。采用脱水脱汞脱烃后净化气作再生气对脱水分子筛及可再生型脱汞吸附剂进行加热再生，实现吸附剂循环使用。含汞再生气经冷却、低温制冷、分离、降压闪蒸等措施，可回收得到高浓度的单质汞，降低脱汞成本，提高工厂经济效益。

Description

一种天然气脱水脱汞及汞回收装置及方法

技术领域

本发明涉及一种利用脱水分子筛及可再生脱汞吸附剂进行天然气脱水脱汞并采用脱水脱汞(脱烃)净化气进行加热再生后低温分离回收再生气中汞的装置及方法。

背景技术

随着全球天然气资源的大量开发，以及天然气作为清洁能源在工业与民用中的应用，天然气在能源领域担任着越来越重要的作用，天然气脱汞工艺已成为天然气加工和处理的一个重要组成部分。

汞是天然气中一种常见有害重金属元素，根据GBZ230-2010《职业性接触毒物危害程度分级》将汞及其化合物定义为I级(极度危害)毒物，国家现行规范《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996要求排放尾气中的汞及其化合物浓度不高于15μg/m³；《环境空气质量标准》GB3095-2012要求空气中汞含量参考限值为50ng/m³。汞除了具有毒性外，天然气中的汞极易聚集在管道或设备中造成金属汞齐脆化、电化学腐蚀以及催化剂中毒等风险。因此，从环境保护、人身健康、含汞天然气的安全开发等方面考虑，必须对天然气中的汞进行脱除。

目前，天然气脱汞主要采用不可再生化学反应吸附法进行处理，由于吸附剂用量大、价格昂贵且脱汞饱和后的废弃吸附剂处理还需额外支付费用，脱汞成本较高。如果在天然气处理厂内将天然气中的汞回收、提浓，不仅不用支付废弃吸附剂处理费，还可获得一定的经济效益。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明提供了一种天然气脱水脱汞及汞回收装置及方法，旨在解决天然气处理中汞对设备的腐蚀和对人员、环境的危害，有效降低汞对下游装置的影响，降低生产成本，提高工厂经济效益。

本发明所采用的技术方案是：一种天然气脱水脱汞及汞回收装置，包括原料气聚结器、脱水塔A和B、脱汞塔A和B、再生气加热器、含水再生气空冷器、含汞再生气空冷器、再生气预冷器、低温分离器和三相分离器，其中：原料气聚结器的进口接原料天然气管线，出口分别与脱水塔A和B的顶部连接，脱水塔A和B的底部均与分子筛粉尘过滤器进口连接；分子筛粉尘过滤器出口分别与脱汞塔A和B顶部连接，脱汞塔A和B底部均与吸附剂粉尘过滤器进口连接，吸附剂粉尘过滤器出口接净化气管线；再生气加热器的进口接脱水脱汞脱烃气管线，出口分别与脱水塔A和B、脱汞塔A和B底部连接；脱水塔A和B顶部均与含水再生气空冷器进口连接，含水再生气空冷器出口依次与再生气分离器、再生气压缩机、原料天然气管线连接；脱汞塔A和B顶部均与含汞再生气空冷器进口连接，含汞再生气空冷器出口依次与再生气预冷器管程、再生气制冷设施、低温分离器、再生气预冷器壳程、含水再生气空冷器出口管线连接；低温分离器底部出口与三相分离器连接。

本发明还提供了一种天然气脱水脱汞及汞回收方法，包括如下步骤：

步骤一、原料天然气经过原料气聚结器分离出携带的少量液体后，依次进入脱水塔A、分子筛粉尘过滤器、脱汞塔A、吸附剂粉尘过滤器，实现脱水脱汞功能，净化气至下游装置；

步骤二、采用脱水脱汞脱烃后净化气作再生气，经再生气加热器加热后分成两股，一股再生气进入脱水塔B对脱水分子筛进行加热再生，然后经含水再生气空冷器冷却后与再生气预冷器壳程来的含汞再生气混合后进入再生气分离器，分离出来的气体经再生气压缩机增压后返回装置入口；

步骤三、经再生气加热器加热后的另一股再生气进入脱汞塔B对脱汞吸附剂进行加热再生，然后经含汞再生气空冷器冷却后进入再生气预冷器管程，与低温分离器来的再生气换热后进入再生气制冷设施，经制冷设施降温后进入低温分离器进行低温分离，分离后的低温再生气进入再生气预冷器壳程与空冷后的含汞再生气换热后进入再生气分离器；

步骤四、低温分离器得到的含汞液体进入三相分离器降压闪蒸，闪蒸气经闪蒸气脱汞罐吸附脱汞后进入火炬系统，三相分离器底部得到的凝液经凝液脱汞罐吸附脱汞后进入凝液处理装置，三相分离器底部得到的高含汞液体排入汞储罐中储存。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：为了解决含汞天然气对环境和人员健康的危害，降低脱汞处理成本，弥补国内可再生天然气脱汞及汞回收工艺的空白，保障含汞天然气的安全开发和利用，本发明提供了一种利用脱水分子筛及可再生脱汞吸附剂进行天然气脱水脱汞并采用脱水脱汞(脱烃)净化气进行加热再生后低温分离回收再生气中汞的装置及方法。采用原料气聚结器、聚结器凝液储罐、脱水塔A、脱水塔B、分子筛粉尘过滤器、脱汞塔A、脱汞塔B、吸附剂粉尘过滤器组成的天然气脱水脱汞系统及再生气加热器、含水再生气空冷器、再生气分离器、再生气压缩机、含汞再生气空冷器、再生气预冷器、再生气制冷设施、低温分离器、三相分离器、汞储罐、凝液脱汞罐、闪蒸气脱汞罐组成的汞回收系统，实现含汞原料气脱水脱汞功能，满足商品气要求。采用脱水脱汞脱烃后净化气作再生气对可再生型脱汞吸附剂进行加热再生，实现吸附剂循环使用。含汞再生气经冷却、低温制冷、分离、降压闪蒸等措施，可回收得到高浓度的单质汞，降低脱汞成本，提高工厂经济效益。采用本发明对天然气脱汞处理后，天然气中的汞只有少量进入污水处理系统，不会对厂内其它装置造成汞污染，有利于环境保护及人员健康。具体表现如下：

(1)本发明通过对原料天然气进行聚结分离、分子筛吸附脱水后进行吸附脱汞，能够有效减少原料气中的水和烃对脱汞吸附剂性能的影响，实现产品气水露点及汞含量合格。

(2)本发明采用脱水脱汞(脱烃)后净化气作再生气，可有效控制脱汞塔加热后的含汞再生气水露点处于较低值，实现含汞再生气制冷过程中不会析出游离水，不会形成水合物发生冻堵，保障设备、阀门及管线的安全运行。

(3)本发明将含汞再生气进行冷却、低温制冷、分离，能够最大限度地将原料气中的汞在低温分离器中回收，含水再生气及低温分离后的含汞再生气通过压缩机增压后返回装置入口，与原料气混合后进行脱水脱汞，能够实现再生气的循环利用。

(4)本发明将低温分离器得到的汞液在三相分离器中进行降压闪蒸，分别将闪蒸气及凝液采用不可再生吸附剂进行吸附脱汞，能够最大限度地减少汞对下游装置的汞污染。

(5)本发明通过在汞储罐上设置氮气密封设施，能够实现汞的密闭收集及储存。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

一种天然气脱水脱汞及汞回收装置，如图1所示，包括：原料气聚结器1、聚结器凝液储罐2、脱水塔A 3、脱水塔B 4、分子筛粉尘过滤器5、脱汞塔A 6、脱汞塔B 7、吸附剂粉尘过滤器8、再生气加热器9、含水再生气空冷器10、再生气分离器11、再生气压缩机12、含汞再生气空冷器13、再生气预冷器14、再生气制冷设施15、低温分离器16、三相分离器17、汞储罐18、凝液脱汞罐19、闪蒸气脱汞罐20等，其中：

原料气聚结器1的进口接原料天然气管线，原料气聚结器1上腔出口与聚结器凝液储罐2连接，原料气聚结器1出口分别与脱水塔A 3、脱水塔B 4的顶部连接，脱水塔A 3、脱水塔B 4的底部均与分子筛粉尘过滤器5进口连接；分子筛粉尘过滤器5出口分别与脱汞塔A6、脱汞塔B 7顶部连接，脱汞塔A 6、脱汞塔B 7底部均与吸附剂粉尘过滤器8进口连接，吸附剂粉尘过滤器8出口接净化气管线。再生气加热器9进口接脱水脱汞(脱烃)气管线，再生气加热器9出口分别与脱水塔A 3、脱水塔B 4、脱汞A 6、脱汞B 7底部连接；脱水塔A 3、脱水塔B 4顶部均与含水再生气空冷器10进口连接，含水再生气空冷器10出口与再生气分离器11进口连接，再生气分离器11出口与再生气压缩机12进口连接，再生气压缩机12出口与原料天然气管线连接。脱汞塔A 6、脱汞塔B 7顶部均与含汞再生气空冷器13进口连接，含汞再生气空冷器13出口与再生气预冷器14管程进口连接，再生气预冷器14管程出口与再生气制冷设施15进口连接，再生气制冷设施15出口与低温分离器16进口连接，低温分离器16顶部出口与再生气预冷器14壳程进口连接，再生气预冷器14壳程出口与含水再生气空冷器10出口管线连接。低温分离器16底部出口与三相分离器17进口连接，三相分离器17顶部出口与闪蒸气脱汞罐20进口连接，闪蒸气脱汞罐20底部出口与放空管线连接；三相分离器17底部凝液出口与凝液脱汞罐19进口连接，凝液脱汞罐19出口与凝液管线连接；三相分离器17底部汞出口与汞储罐18进口连接。在原料气聚结器1下腔污水出口管线上设置液位调节阀21，在脱水塔A 3、脱水塔B 4、脱汞塔A 6、脱汞塔B 7进出口管线上设置程序控制阀22，在含水再生气空冷器10出口的再生气管线上设置调节阀23，调节脱水塔再生所需再生气流量，在再生气预冷器14壳程出口的再生气管线上设置调节阀24，调节脱汞塔再生所需再生气流量，在再生气分离器11底部出口的污水管线上设置液位调节阀25，在低温分离器16底部出口的含汞凝液管线上设置液位调节阀26，在三相分离器17顶部出口的闪蒸气管线上设置压力调节阀27，在三相分离器17底部出口的烃液管线上设置液位调节阀28，在汞储罐18上设置氮封进出口阀组29。

在所述脱水塔A、脱水塔B内装填脱水分子筛，通常为4A型分子筛；在脱汞塔A、脱汞塔B内装填可再生型脱汞吸附剂，通常为载银吸附剂；在闪蒸气脱汞罐及凝液脱汞罐内装置不可再生型脱汞吸附剂，通常为载金属硫化物吸附剂。

在所述再生气加热器出口至脱水塔A、脱水塔B及脱汞塔A、脱汞塔B再生气管线上分别设置流量计。

在所述含水再生气空冷器出口的再生气管线上设置压力变送器及调节阀，所述压力变送器通过数据线与调节阀连接，通过该调节阀开度大小调节脱水塔再生所需再生气流量。

在所述再生气预冷器壳程出口的再生气管线上设置压力变送器及调节阀，所述压力变送器通过数据线与调节阀连接，通过该调节阀开度大小调节脱汞塔再生所需再生气流量。

本发明还提供了一种天然气脱水脱汞及汞回收的方法，包括如下步骤：

步骤一、原料天然气经过原料气聚结器1分离出携带的少量液体后，依次进入脱水塔A 3、分子筛粉尘过滤器5、脱汞塔A 6、吸附剂粉尘过滤器8，实现脱水脱汞功能，净化气至下游装置。

步骤二、取脱水脱汞脱烃后净化气作再生气，经再生气加热器9加热后分成两股，一股进入脱水塔B 4对脱水分子筛进行加热再生，另一股进入脱汞塔B 7对脱汞吸附剂进行加热再生，脱水塔B 4出来的再生气经含水再生气空冷器10冷却后与再生气预冷器14壳程来的含汞再生气混合后进入再生气分离器11，分离出来的气体经再生气压缩机12增压后返回装置入口。

其中，脱水塔A 3、脱水塔B 4、脱汞塔A 6、脱汞塔B 7通过塔进出口管线上的程控阀进行周期切换操作，实现一台脱水塔、脱汞塔处于吸附状态，另一台脱水塔、脱汞塔处于加热/冷却状态，切换周期通常设定为24h或48h，且脱水塔、脱汞塔切换操作同步进行。再生气加热器9通常可选用火管式加热炉或导热油加热器，为保证吸附水和汞后的吸附剂床层再生完全，再生气加热器9出口温度维持在280～300℃。再生气加热器9间歇运行，当脱水塔、脱汞塔处于冷却状态时再生气加热器停止加热，当脱水塔、脱汞塔处于加热状态时再生气加热器9保持加热运行。再生气压缩机12出口压力高于原料气压力0.2～0.3MPa。

步骤三、脱汞塔B 7出来的再生气经含汞再生气空冷器13冷却后进入再生气预冷器14管程，与低温分离器16来的再生气换热后进入再生气制冷设施15，经制冷设施15降温后进入低温分离器16进行低温分离，分离后的低温再生气进入再生气预冷器14壳程与空冷后的含汞再生气换热后进入再生气分离器11。

其中，为避免发生冻堵，通过再生气制冷设施15制冷后的含汞再生气温度应比含汞再生气水露点高3～5℃以上。再生气制冷设施15一般选用冷剂制冷工艺，制冷剂有丙烷、氨气、R404A等。

步骤四、低温分离器得到的含汞液体进入三相分离器17降压闪蒸，闪蒸气经闪蒸气脱汞罐20吸附脱汞后进入火炬系统，三相分离器底部得到的凝液经凝液脱汞罐19吸附脱汞后进入凝液处理装置，三相分离器底部得到的高含汞液体排入汞储罐18中储存，原料气聚结器1、聚结器凝液储罐2、再生气分离器11得到的含汞污水排入污水系统进一步处理。

其中，在汞储罐18上设置氮气密封设施，通过氮封进出口阀组29控制汞储罐18压力高于汞的饱和蒸汽压1Pa以上。

本发明的工作原理是：常温下，天然气依次通过脱水分子筛、脱汞吸附剂床层，利用脱水分子筛表面吸附力及脱汞吸附剂表面浸渍的银与汞反应形成银汞齐，实现天然气脱水脱汞；由于银与汞反应形成银汞齐为可逆反应，高温下，银汞齐分解为银和汞，银留在吸附剂上，汞进入再生气中，而高温下水从分子筛孔隙中脱附进入再生气中，从而实现脱水分子筛和脱汞吸附剂的再生。为了回收得到高浓度的单质汞，采用脱水脱汞脱烃后的净化气作再生气对脱汞塔进行加热再生，再通过低温分离工艺将再生气中的汞在低温分离器进行收集回收；采用分子筛脱水后的气进行吸附脱汞，脱汞塔吸附的水很少，且再生气采用脱水脱烃后干气，只需控制低温分离温度高于水露点3～5℃以上便可以在不加注水合物抑制剂的情况下直接进行低温制冷分离；通过控制分离温度在再生气烃露点以上，低温分离器中将只有汞被冷凝析出，从而可以获得浓度非常高的单质汞产品。低温分离时若有少量凝液产生，通过三相分离器降压闪蒸分离后可通过凝液脱汞罐进行脱汞处理；三相分离产生的闪蒸气可通过闪蒸气脱汞罐进行脱汞处理；凝液脱汞罐及闪蒸气脱汞罐内装填不可再生型脱汞吸附剂，通常为载金属硫化物类吸附剂，金属硫化物与汞发生化学反应形成HgS，而达到脱汞的目的。

Claims (10)

1.一种天然气脱水脱汞及汞回收装置，其特征在于：包括原料气聚结器、脱水塔A和B、脱汞塔A和B、再生气加热器、含水再生气空冷器、含汞再生气空冷器、再生气预冷器、低温分离器和三相分离器，其中：原料气聚结器的进口接原料天然气管线，出口分别与脱水塔A和B的顶部连接，脱水塔A和B的底部均与分子筛粉尘过滤器进口连接；分子筛粉尘过滤器出口分别与脱汞塔A和B顶部连接，脱汞塔A和B底部均与吸附剂粉尘过滤器进口连接，吸附剂粉尘过滤器出口接净化气管线；再生气加热器的进口接脱水脱汞脱烃气管线，出口分别与脱水塔A和B、脱汞塔A和B底部连接；脱水塔A和B顶部均与含水再生气空冷器进口连接，含水再生气空冷器出口依次与再生气分离器、再生气压缩机的原料天然气管线连接；脱汞塔A和B顶部均与含汞再生气空冷器进口连接，含汞再生气空冷器出口依次与再生气预冷器管程、再生气制冷设施、低温分离器、再生气预冷器壳程、含水再生气空冷器出口管线连接；低温分离器底部出口与三相分离器连接。

2.根据权利要求1所述的一种天然气脱水脱汞及汞回收装置，其特征在于：在所述原料气聚结器下腔污水出口管线上设置液位调节阀，在原料气聚结器上腔污水出口管线上设置聚结器凝液储罐。

3.根据权利要求1所述的一种天然气脱水脱汞及汞回收装置，其特征在于：在所述脱水塔A、脱水塔B、脱汞塔A、脱汞塔B进出口管线上均设置程序控制阀。

4.根据权利要求1所述的一种天然气脱水脱汞及汞回收装置，其特征在于：在所述含水再生气空冷器出口的再生气管线上设置压力变送器及调节阀，所述压力变送器通过数据线与调节阀连接。

5.根据权利要求1所述的一种天然气脱水脱汞及汞回收装置，其特征在于：在所述再生气预冷器壳程出口的再生气管线上设置压力变送器及调节阀，所述压力变送器通过数据线与调节阀连接。

6.根据权利要求1所述的一种天然气脱水脱汞及汞回收装置，其特征在于：三相分离器顶部出口与闪蒸气脱汞罐进口连接，闪蒸气脱汞罐底部出口与放空管线连接；三相分离器底部凝液出口与凝液脱汞罐进口连接，凝液脱汞罐出口与凝液管线连接；三相分离器底部汞出口与汞储罐进口连接。

7.一种天然气脱水脱汞及汞回收方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、原料天然气经过原料气聚结器分离出携带的少量液体后，依次进入脱水塔A、分子筛粉尘过滤器、脱汞塔A、吸附剂粉尘过滤器，实现脱水脱汞功能，净化气至下游装置；

步骤二、采用脱水脱汞脱烃后净化气作再生气，经再生气加热器加热后分成两股，一股再生气进入脱水塔B对脱水分子筛进行加热再生，然后经含水再生气空冷器冷却后与再生气预冷器壳程来的含汞再生气混合后进入再生气分离器，分离出来的气体经再生气压缩机增压后返回装置入口；

步骤三、经再生气加热器加热后的另一股再生气进入脱汞塔B对脱汞吸附剂进行加热再生，然后经含汞再生气空冷器冷却后进入再生气预冷器管程，与低温分离器来的再生气换热后进入再生气制冷设施，经制冷设施降温后进入低温分离器进行低温分离，分离后的低温再生气进入再生气预冷器壳程与空冷后的含汞再生气换热后进入再生气分离器；

步骤四、低温分离器得到的含汞液体进入三相分离器降压闪蒸，闪蒸气经闪蒸气脱汞罐吸附脱汞后进入火炬系统，三相分离器底部得到的凝液经凝液脱汞罐吸附脱汞后进入凝液处理装置，三相分离器底部得到的高含汞液体排入汞储罐中储存。

8.根据权利要求7所述的一种天然气脱水脱汞及汞回收方法，其特征在于：脱水塔A和B、脱汞塔A和B通过塔进出口管线上的程控阀进行周期切换操作，实现一台脱水塔、脱汞塔处于吸附状态，另一台脱水塔、脱汞塔处于加热/冷却状态，切换周期为24h或48h，且脱水塔、脱汞塔切换操作同步进行；再生气加热器出口温度维持在280～300℃，再生气加热器间歇运行，当脱水塔、脱汞塔处于冷却状态时再生气加热器停止加热，当脱水塔、脱汞塔处于加热状态时再生气加热器保持加热运行；再生气压缩机出口压力高于原料气压力0.2～0.3MPa。

9.根据权利要求7所述的一种天然气脱水脱汞及汞回收方法，其特征在于：通过再生气制冷设施制冷后的含汞再生气温度比含汞再生气水露点高3～5℃以上。

10.根据权利要求7所述的一种天然气脱水脱汞及汞回收方法，其特征在于：在汞储罐上设置氮气密封设施，通过氮封进出口阀组控制汞储罐压力高于汞的饱和蒸汽压1Pa以上。