CN109097122A - 湿气直吹天然气低温脱水脱烃工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湿气直吹天然气低温脱水脱烃工艺，主要包括对含湿天然气的低温脱水脱烃和对冻堵冷凝器的湿气直吹解冻两大工艺流程，通过检测控制系统控制两个冷凝分离器在冷却工作状态和解冻工作状态之间相互切换，将含湿天然气部分分流至冻堵的冷凝分离器中直吹解冻，并利用工艺中热源对脱水脱烃后的低温天然气升温，实现热源高效转化利用、高效无死角解冻和连续的含湿天然气脱水脱烃工作。该工艺解决了间接解冻法需要设置热媒循环系统及热媒介质，导致工艺流程复杂、增加电耗及投资费用的技术问题，同时解决了间接解冻法解冻效率低下、在冬季解冻工作时间大于冷却工作时间而导致装置无法连续运行的技术问题。

Description

湿气直吹天然气低温脱水脱烃工艺

技术领域

本发明涉及天然气脱水脱烃技术领域，具体涉及一种湿气直吹天然气低温脱水脱烃工艺。

背景技术

天然气从地层开采出来后都含有一定量的游离水和气态水，有的地层开采出的天然气还含较多的凝析油(主要成分是C5以上的烃类混合物)。游离的水和凝析油可以通过聚结过滤分离设备实现有效分离，但气态水和烃通常以饱和状态存在于天然气中，采用聚结过滤分离设备不能实现分离。在一定的条件下，这些气态的水和烃可能析出，形成液体水和烃，在集输气管道中这些液态的水和烃造成天然气输送困难、管道腐蚀、还可能结冰或生成水合物造成管道冻堵等。因此，在管输前必须适当脱除天然气中水和重烃，防止管输过程中凝液产生，保证天然气在管道输送过程中集输设施及工艺安全。

进行管道输送的天然气水烃含量需要达到什么指标，中国国家标准《天然气》GB17820-2012明确要求，即：在外输交接点压力下，水露点应比输送条件下最低环境温度低5℃；在外输交接点的压力和温度下，天然气中应不存在液态烃。

目前，管输天然气脱水脱烃的技术方法有低温冷凝法、吸收脱水法和吸附脱水法三大类。

1)低温冷凝法

低温冷凝法也称为低温分离法，即通过适当的方式获得低温冷量，将天然气降低到一定温度，达到冷凝分离天然气中的水和烃的目的。管输天然气的脱水处理中常采用膨胀制冷获得低温冷量方法，这种方法是利用天然气自身的压力降许可通过节流膨胀或透平机膨胀制冷使天然气温度降低，天然气中一部分气态水烃冷凝析出并将其分离。该方法能量利用合理，能耗低，但使用范围有限，需要天然气压力较高且需要有足够许可的压力降，同时该法还必须添加抑制剂防止结冰和生成水合物，并配备相关抑制剂回收系统，造成运行消耗、投资费用上升，并带来一定的环保压力。

而采用不加抑制剂的低温冷凝法对天然气进行脱水脱烃，天然气在冷凝分离器中进行降温冷却至远低于0℃以下，长时间的运行必然出现冷凝分离器的换热管内及冷凝分离器下部产生结冰和生成天然气固体水合物而导致堵塞，造成天然气无法通过冷凝分离器。而现有技术采用的是间接解冻法进行解冻，使用经加热至较高温度的热媒，通过泵送入冷凝分离器上部的换热段，通过换热管间接传热使冷凝分离器天然气侧的空间温度不断上升，当冷凝分离器内冰和水合物全部融化变为液体，解冻工作完成。间接解冻法需要设置热媒循环系统，包括：热媒储槽、热媒循环泵、热媒电加热器、程控阀及相应的管路等，由于间接解冻法仅能对冷凝分离器上部换热段传热，在解冻时冷凝分离器天然气侧的空间无介质流动，传热速度很低，存在以下缺点：

1)需要设置热媒解冻系统及热媒介质，投资费用增加；

2)热媒循环泵及热媒电加热器需要连续耗电，增加电耗；

3)冷凝分离器下部空间升温缓慢，解冻时间较长；

4)在冬季运行时，由于原料天然气进入装置温度较低(大约16℃)，会出现解冻工作时间大于冷却工作时间的情况，导致装置无法连续运行。

2)吸收脱水法

吸收脱水是利用溶剂对天然气中烃类的溶解度低，而对水的溶解度高，且对水蒸气具有较强的吸收能力，使天然气中的水蒸气及液态水被溶剂吸收。吸水后溶剂经过再生后，能够返回系统循环使用。目前，普遍采用的吸收脱水溶剂主要有甲醇、乙二醇、二甘醇(DEG)和三甘醇(TEG)，其中主要是三甘醇。主要原因是，与甲醇、二甘醇相比，三甘醇(TEG)的贫液浓度可以达到99％以上，露点降通常为33～47℃，甚至更高，操作过程中携带损失少，热稳定性较好。

三甘醇脱水技术成熟，适合于处理气量较大的天然气脱水，规模越大越经济。其不足之处是：三甘醇脱水不能直接脱除天然气中含有的凝析油；当天然气中存在轻质油时，三甘醇会有一定程度的发泡倾向；天然气含有酸性组分时，易造成设备和管道的腐蚀，并使三甘醇溶液呈酸性；当天然气日处理规模小于30万标方时，规模越小技术经济性越差。

3)吸附脱水法

吸附脱水法是利用某些多孔性固体吸附剂吸附天然气中的水蒸气。根据气体或液体与固体表面中间的作用力不同，分为物理吸附和化学吸附。物理吸附是由流体中介质分子与固体吸附剂表面之间的范德华力作用，不发生化学反应，吸附速度快，该过程是可逆，吸附剂可再生；而化学吸附则是吸附质与固体吸附剂表面的未饱和化学键力作用的结果，具有选择性，吸附速度较慢，该过程不可逆，吸附剂不能再生。因此，用于天然气脱水的吸附过程多为物理吸附，如分子筛脱水。分子筛脱水可使天然气中的水露点达到-90℃；可在脱水同时脱除硫醇等硫化物；对于进料气体温度、压力、流量变化不敏感；操作简单，占地面积小；无严重腐蚀和发泡方面的问题。该法主要应用于工艺要求水露点降大以及深度脱水的场合，如下游有采用深冷法回收乙烷或液化石油气的轻烃回收装置系统，避免形成水合物。但是，分子筛脱水法中的设备投资和操作费用较高，气体压降较大；另外分子筛的再生耗热量较高；干燥器下层的吸附剂需要定期更换；同时，当天然气存在轻质油时，对分子筛使用寿命带来严重影响，并不能脱除天然气中含有的凝析油。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种湿气直吹天然气低温脱水脱烃工艺，用于解决间接解冻法需要设置热媒循环系统及热媒介质，导致工艺流程复杂、增加电耗及投资费用的技术问题，同时解决间接解冻法解冻效率低下、在冬季解冻工作时间大于冷却工作时间而导致装置无法连续运行的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种湿气直吹天然气低温脱水脱烃工艺，主要包括对含湿天然气的低温脱水脱烃和对冻堵冷凝器的湿气直吹解冻两大工艺流程，其中：

含湿天然气的低温脱水脱烃工艺流程具体包括如下步骤：

A1载冷剂冷却降温：将载冷剂储槽中的载冷剂通过循环泵输入制冷系统与制冷剂换热，载冷剂被冷却降温后，输送至第一冷凝分离器中；

A2含湿天然气脱水脱烃：将来自井场的含湿天然气输入预冷分离器中预冷后，输送至第一冷凝分离器中与步骤A1中所述第一冷凝分离器中的载冷剂进行热交换，含湿天然气被冷凝后脱水脱烃，析出冷凝液，得到脱水脱烃后的低温天然气；

A3气液分离：步骤A2中析出的冷凝液从第一冷凝分离器的排液口排至自动排液器中，由自动排液器控制排放，排液不排气；载冷剂则回流至步骤A1所述载冷剂储槽中循环使用；脱水脱烃后的低温天然气输送至步骤A2所述预冷分离器中实现冷凝液二次分离后，用来对含湿天然气进行预冷，低温天然气被升温后输送至步骤A1所述制冷系统中与高温制冷剂进行热交换，得到常温的脱水脱烃后的天然气；

冻堵冷凝器的湿气直吹解冻工艺流程具体包括以下步骤：

B1第一冷凝分离器进入冷却工作状态一段时间后，其换热管及下部的气液分离空间会出现冻堵，当第一冷凝分离器的预冷气进气口与预冷气出气口之间的压差达到设定值时，检测控制系统通过控制程控阀直接将第一冷凝分离器切换为解冻工作状态；同时，检测控制系统通过控制程控阀将第二冷凝分离器切换为冷却工作状态，其工艺流程与所述低温脱水脱烃工艺流中步骤A1、A2、A3相同；

B2将来自井场的含湿天然气部分分流至第一冷凝分离器中，对第一冷凝分离的气液分离空间及其换热管内的冰块直吹解冻，解冻后，该部分含湿天然气与另一部分被预冷分离器预冷后的含湿天然气混合后，输入步骤B1所述第二冷凝分离器中进行脱水脱烃和气液分离处理，其脱水脱烃和气液分离同所述低温脱水脱烃工艺流程中的步骤A2和步骤A3；

B3第二冷凝分离器进入冷却工作状态一段时间后，其换热管及下部的气液分离空间会出现冻堵，当第二冷凝分离器的预冷气进气口与预冷气出气口之间的压差达到设定值时，检测控制系统通过控制程控阀直接将第二冷凝分离器切换为解冻工作状态，其解冻工艺流程同步骤B2；同时，检测控制系统通过控制程控阀将第一冷凝分离器切换为冷却工作状态，其工艺流程与所述低温脱水脱烃工艺流程中步骤A1、A2、A3相同；

B4在对第一冷凝分离器或第二冷凝分离器解冻过程中，将第一冷凝分离器或第二冷凝分离器中的载冷剂抽出。

优选的，步骤A1中，所述制冷剂的蒸发温度为-8℃～-15℃。

优选的，步骤A1中，所述载冷剂被降温冷却后的温度为-5℃～-12℃。

优选的，步骤A2中，所述含湿天然气允许夹带游离液，其压力为0.5～15Mpa，温度为15～35℃，且所述含湿天然气被脱水脱烃后的低温天然气预冷后，其温度为5～20℃。

优选的，步骤A3中，所述被预冷后的含湿天然气被载冷剂冷却降温后，其温度为-6～0℃。

优选的，步骤B4中，所述第一冷凝分离器或第二冷凝分离器中的载冷剂根据液位差利用虹吸原理回吸至载冷剂储槽中。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.采用天然气湿气直吹方式解除工艺冷却过程中发生的冰堵和生成固体水合物，无需添加抑制剂防止冰堵和水合物生成，无需设置加热解冻系统。

2.该工艺设置有两台(或多台)冷凝分离器，按照一台处于冷却脱水脱烃工作状态和另一台处于解冻工作状态并进行交替运行，保证装置连续平稳运行。

3.该工艺合理组织工艺流程，采用两次分离凝液，允许严重夹带游离液的天然气直接进入脱水脱烃装置，且能高效分离凝液。

4.冷凝分离器和预冷分离器中分离的冷凝液汇集至自动排液器，由自动排液器控制排放，排液阻气，无天然气损失。

5.含湿天然气利用该工艺低温脱水脱烃后，依次经过预冷分离器和制冷系统的复热器后，被两次升温至25℃以上，实现工艺流程中热量的高效转化利用。

6.在解冻过程中，该工艺利用虹吸原理使凝分离器中的载冷剂被吸入载冷剂储槽中，从而提高解冻效率，只需设置管道和阀门，无能耗。

7.该工艺中设置检测控制系统，实现制冷系统负荷的自动调节适应装置处理天然气负荷的变化，实现冷凝分离器冷却脱水脱烃工作状态和解冻工作状态自动交替运行。

8该工艺适用于井场天然气就地化脱水脱烃处理，对原料天然气参数变化适应能力强；特别适用于游离液夹带严重的井场天然气以及井场周边具备就近外销天然气的经济处理，无需进行前端分离处理，工艺能耗低，效益显著。

9.该工艺还特别适用于中、小规模井场、孤井和边远井，对处理天然气负荷变化适应能力强，能够适应0％至100％的负荷变化。

10.该工艺流程简捷，投资费用低；回收解冻冷量，解冻零电耗。

11.该工艺解冻无死角，速度快，效率高，很好地解决了间接解冻法需要设置热媒循环系统及热媒介质，导致工艺流程复杂、增加电耗及投资费用的技术问题，同时解决了间接解冻法解冻效率低下、在冬季解冻工作时间大于冷却工作时间而导致装置无法连续运行的技术问题。

附图说明

图1是本发明所述冷凝分离器的结构示意图；

图2是本发明所述湿气直吹天然气低温脱水脱烃装置的流程图；

图3是本发明所述预冷分离器的结构示意图；

图4是本发明所述检测控制系统的结构示意图。

图中标记为：1-制冷系统，11-制冷剂压缩机，12-空冷器，13-复热器，14-制冷剂储存罐，15-电子膨胀阀，16-蒸发器，2-天然气冷却分离系统，21-预冷分离器，22-第一冷凝分离器，23-第二冷凝分离器，24-载冷剂储槽，25-循环泵，26-自动排液器，27-排液管道，28-干气输出管道，29-压差表，3-含湿天然气输送管道，31-流量计，4-预冷气输送管道，5-低温天然气输送管道，6-干气输送管道，7-载冷剂输送管道，8-载冷剂回流管道，9-湿气直吹管道，10-载冷剂虹吸管道，101-第一程控阀，102-第二程控阀，103-第三程控阀，104-第四程控阀，105-第五程控阀，106-第六程控阀，107-第气程控阀，108-第八程控阀，109-第九程控阀，110-第十程控阀，221-隔板，222-缓冲空间，223-热交换空间，224-气液分离空间，2121-干气出气口，2131-含湿天然气出气口，2132-含湿天然气进气口，2141-低温天然气进气口，2221-预冷气进气口，2231-载冷剂进口，2232-载冷剂出口，2233-换热管，2241-湿气直吹进口，2242-排液口，2243-预冷气出气口。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

下面结合附图对本发明作详细说明。

实施例1

请参照图1所示，一种冷凝分离器，主要用于天然气的低温脱水脱烃处理，所述冷凝分离器包括塔体，所述塔体内部被两隔板221分隔为三个空间，从上到下依次为缓冲空间222、热交换空间223以及气液分离空间224。

所述缓冲空间222外壁上设置有预冷气进气口2221。

所述热交换空间223外壁上设置有载冷剂进口2231和载冷剂出口2232，所述热交换空间223内设置有多根换热管2233，每根所述换热管2233两端分别与两隔板221连接，且所述换热管2233两端分别连通缓冲空间222和气液分离空间224。

所述气液分离空间224侧壁上设置有预冷气出气口2243和湿气直吹进口2241，气液分离空间224底部设置有排液口2242。

所述塔体上设置有检测预冷气进气口2221与预冷气出气口2243之间压差的压差表29。

本方案所述冷凝分离器的工作原理为：含湿天然气或者被预冷后的含湿天然气从预冷气进气口2221进入缓冲空间222，并分布进入热交换空间223内的换热管2233内，同时载冷剂从载冷剂进口2231进入热交换空间223，低温的载冷剂与含湿天然气进行热交换，含湿天然气被低温冷凝脱水脱烃后，从预冷气出气口2243排出，而载冷剂则从载冷剂出口2232排出。同时，在低温脱水脱烃的过程中，析出的冷凝液从排液口2242排出。当出现低温脱水脱烃一段时间后，换热管2233内出现冻堵且气液分离空间224出现结冰现象，则可从湿气直吹进口2241通入较高温气体进行高效无死角地解冻。

实施例2

请参照图2～4所示，一种湿气直吹天然气低温脱水脱烃装置，包括制冷系统1、天然气冷却分离系统2和检测控制系统。

所述制冷系统1包括依次通过管道连接且形成制冷剂循环回路的制冷剂压缩机11、空冷器12、复热器13、制冷剂储存罐14、电子膨胀阀15和蒸发器16。

具体地讲，所述制冷剂压缩机11的吸气口通过管道与蒸发器16的蒸发室输出口连接；所述制冷剂压缩机11的排气口通过管道与空冷器12的输入口连接；所述空冷器12的输出口通过管道与复热器13的制冷剂进气端连接，所述复热器13的制冷剂出液端通过管道与制冷剂储存罐14的进液端连接；所述制冷剂储存罐14的出液端通过管道与电子膨胀阀15的输入口连接；所述电子膨胀阀15的输出口通过管道与蒸发器16的蒸发室输入口连接，从而使制冷剂压缩机11、空冷器12、复热器13、制冷剂储存罐14、电子膨胀阀15和蒸发器16之间形成一个制冷剂循环回路。

所述制冷系统1工作时，制冷剂压缩机11将制冷剂从低压气体压缩为高压气体后，输入空冷器12中进行热交换，空冷器12中的轴流风扇吸入外部空气将高温高压的制冷剂冷却为高压气两相液体，经空冷器12冷却的制冷剂经过复热器13时，与被低温冷凝分离后的天然气干气进行热交换，制冷剂被进一步降温，天然气干气则被升温至常温后通过干气输出管道28送出装置，而制冷剂则储存于制冷剂储存罐14中，然后经电子膨胀阀15喷射入蒸发器16的蒸发室内，与进入蒸发器16换热室中的载冷剂进行热交换，实现对载冷剂的降温。

所述天然气冷却分离系统2包括预冷分离器21、第一冷凝分离器22、第二冷凝分离器23、载冷剂储槽24、循环泵25和自动排液器26。

所述预冷分离器21的含湿天然气进气口2132上设置有含湿天然气输送管道3，所述含湿天然气输送管道3上设置有流量计31和安全阀，流量计31用于计量输入预冷分离器21的含湿天然气量，安全阀用于保障输气安全。所述预冷分离器21的含湿天然气出气口2131上设置有预冷气输送管道4，所述预冷气输送管道4分别与第一冷凝分离器22和第二冷凝分离器23的预冷气进气口2221连通；所述第一冷凝分离器22和第二冷凝分离器23的预冷气出气口2243上设置有与预冷分离器21的低温天然气进气口2141连通的低温天然气输送管道5；与第一冷凝分离器22连接的低温天然气输送管道5上设置有第一程控阀101，与第二冷凝分离器23连接的低温天然气输送管道5上设置有第二程控阀102。所述预冷分离器21的干气出气口2121上设置有干气输送管道6；所述干气输送管道6与复热器13的进气端连通，所述复热器13的出气端上设置有干气输出管道28。

所述载冷剂储槽24通过所述循环泵25与蒸发器16的蒸发室输入口连通；所述蒸发器16的蒸发室输出口通过载冷剂输送管道7分别与第一冷凝分离器22和第二冷凝分离器23的载冷剂进口2231连通；与第一冷凝分离器22连通的载冷剂输送管道7上设置有第三程控阀103；与第二冷凝分离器23连通的载冷剂输送管道7上设置有第四程控阀104。所述第一冷凝分离器22和第二冷凝分离器23的载冷剂出口2232上均设置有与载冷剂储槽24连通的载冷剂回流管道8。

所述预冷分离器21、第一冷凝分离器22和第二冷凝分离器23的排液口2242上均设置有排液管道27，所述排液管道27均与自动排液器26连通，冷凝液汇集后由自动排液器26集中排放，自动排液器26排液不排气，避免天然气损失。所述第一冷凝分离器22的排液管道27上设置有第五程控阀105，所述第二冷凝分离器23的排液管道27上设置有第六程控阀106。

制冷系统1和天然气冷却分离系统2运行时，载冷剂储槽24中的载冷剂经循环泵25输入蒸发器16的换热室中与蒸发器16的蒸发室中的制冷剂进行热交换，载冷剂被冷却降温后，经载冷剂输送管道7输送至第一冷凝分离器22或第二冷凝分离器23中；同时，含湿天然气经预冷分离器21预冷后通过预冷气输送管道4输入第一冷凝分离器22或第二冷凝分离器23中，并与载冷剂进行热交换，预冷气被进一步冷凝，析出的冷凝液通过排液管道27汇集至自动排液器26中，而被冷凝后的低温天然气经低温天然气输送管道5进入到预冷分离器21中，对含湿天然气进行预冷；所述的低温天然气为低温干气，与含湿天然气换热后，温度上升，并通过干气输送管道6输入复热器13中与高温的制冷剂进行换热，再次温升为常温后，通过干气输出管道28送出装置，从而实现脱水脱烃的气液分离过程。而热交换后的载冷剂通过载冷剂回流管道8回流至载冷剂储槽24中，实现循环使用。

天然气冷却分离系统2运行一段时间后，第一冷凝分离器22和第二冷凝分离器23会出现冻堵情况，为了在出现冻堵时及时对第一冷凝分离器22和第二冷凝分离器23进行解冻，因此在第一冷凝分离器22和第二冷凝分离器23上设置有压差表29，用于检测第一冷凝分离器22和第二冷凝分离器23的预冷气进气口2221和预冷气出气口2243处的压差。

本方案采用的是含湿天然气湿气直吹的方法对第一冷凝分离器22和第二冷凝分离器23进行解冻，相比现有热媒解冻或抽真空解冻技术，简化了设备数量和工艺流程，实现热能回收及无死角的高效率解冻。具体地讲，在含湿天然气输送管道3上设置有湿气直吹管道9，所述湿气直吹管道9分别与第一冷凝分离器22和第二冷凝分离器23底部的湿气直吹进口2241连通；与第一冷凝分离器22连接的湿气直吹管道9上设置有第七程控阀，与第二冷凝分离器23连接的湿气直吹管道9上设置有第八程控阀108。

运行时，第一冷凝分离器22和第二冷凝分离器23是切换工作的，当第一冷凝分离器22在低温脱水脱烃过程中出现冻堵时，通过检测控制系统自动控制第二冷凝分离器23运行，由第二冷凝分离器23对含湿天然气进行低温脱水脱烃，同时启动对第一冷凝分离器22的解冻工作。通过在低温脱水脱烃和湿气直吹解冻的来回切换，实现连续不间断的生产工作。

具体地讲，比如第一冷凝分离器22冻堵时，含湿天然气输送管道3内的含湿天然气部分分流至湿气直吹管道9，并进入第一冷凝分离器22与冰块进行热交换，实现快速无死角解冻；同时该部分含湿天然气被冷凝后，从第一冷凝分离器22的预冷气进气口2221反向排至预冷气输送管道4中，与被预冷分离器21预冷的含湿天然气汇集后一起输送至第二冷凝分离器23中进行低温脱水脱烃。

在湿气直吹解冻的过程中，由于第一冷凝分离器22和第二冷凝分离器23中有载冷剂存在，会影响解冻效率。为了解决这一问题，在与第一冷凝分离器22和第二冷凝分离器23连接的载冷剂输送管道7上均设置有与载冷剂储槽24连通的载冷剂虹吸管道10，所述载冷剂虹吸管道10上对应设置有第九程控阀109和第十程控阀110。解冻时通过液位差，使第一冷凝分离器22和第二冷凝分离器23中的载冷剂被吸入载冷剂储槽24中，从而提高解冻效率。

所述检测控制系统包括PLC控制器、显示器、检测器和报警器。所述显示器、检测器和报警器均与PLC控制器电连接；所述检测器与压差表29电连接，用于检测压差表29压差，并将检测数据传递给PLC控制器。所述第一程控阀101至第十程控阀110均与PLC控制器电连接；所述电子膨胀阀15与PLC控制器电连接。

所述的检测控制系统的控制原理为：装置运行时，PLC控制器启动电子膨胀阀15、第一程控阀101、第三程控阀103和第五程控阀105，载冷剂与制冷剂热交换后通过第三程控阀103进入第一冷凝分离器22对预冷气进行低温脱水脱烃，脱水脱烃后，通过第一程控阀101进入到预冷分离器21中对含湿天然气进行预冷，然后经复热器13升温至常温后通过干气输出管道28送出装置；而冷凝液则通过第五程控阀105排至自动排液器26中排出。当检测器探测到压差表29的压差达到设定值时，将信号传递给PLC控制器，PLC控制器控制启动第二程控阀102、第四程控阀104、第六程控阀106、第七程控阀和第九程控阀109，同时关闭第一程控阀101、第三程控阀103和第五程控阀105；此时第二冷凝分离器23进入低温脱水脱烃工作，其原理和第一冷凝分离器22的低温脱水脱烃相同；而第一冷凝分离器22进入解冻工作，含湿天然气输送管道3内的部分含湿天然气分流至气直吹管道，并经第七程控阀进入第一冷凝分离器22进行直吹解冻，解冻后，该部分含湿天然气从第一冷凝分离器22的预冷气进气口2221反向排至预冷气输送管道4中，与被预冷分离器21预冷的含湿天然气汇集后一起输送至第二冷凝分离器23中进行低温脱水脱烃；同时，第一冷凝分离器22中的载冷剂通过第九程控阀109回流至载冷剂储槽24中。当第一冷凝分离器22解冻后，PLC控制器控制关闭第七程控阀和第九程控阀109。当第二冷凝分离器23出现冻堵时，PLC控制器控制启动第一程控阀101、第三程控阀103、第五程控阀105、第八程控阀108和第十程控阀110，同时关闭第二程控阀102、第四程控阀104和第六程控阀106，使第一冷凝分离器22进入低温脱水脱烃状态，使第二冷凝分离器23进入湿气直吹解冻状态，其运行原理与前述相同。

需要说明的是，所述预冷分离器21是一个冷凝分离器，结构与实施例1所述冷凝分离器相同，其作用主要用于含湿天然气与脱水脱烃后的低温天然气进行热交换，实现对含湿天然气的预冷，同时对低温天然气升温，实现热量的回收使用，节能且环保。而所述复热器13是一个普通换热器，其目的是使高温高压的制冷剂与低温干气进行热交换，实现制冷剂降温同时，将低温干气升温为常温干气，实现了热源的回收利用，节能环保，减小了空冷器12负荷。

需要进一步说明的是，所述自动排液器26是为了实现排液不排气、防止天然气损失的目的。因此，自动排液器26内设置有机械式浮球液位开关阀，当液位高于设定值时，液位开关阀自动打开排液，当液位低于设定值时，液位开关阀自动关闭排液。采用自动排液器26排液，可控性强，不会造成天然气损失。而而现有技术直接在冷凝分离器底部采用液位连锁控制排液，由于液位检测难度大、每个切换周期排液量小，排液压差很大，排液速度非常快，可控性很低，容易导致天然气随同冷凝液一起排出，造成浪费，且可靠性低。

本实施例所述湿气直吹天然气低温脱水脱烃装置，其构造布局按撬装化设计，根据处理天然气负荷规模，日处理天然气量不大于80000Nm³，按单撬布置，外形尺寸：长×宽×高＝L×2400×4000mm，根据实际需要决定L尺寸，L最大不超过12米；日处理天然气量大于80000Nm³，按多撬布置，每个撬的外形尺寸：长×宽×高＝L×2400×4000mm，根据实际需要决定L尺寸，L最大不超过12米；对撬的宽高的限制是为了方便整体运输。所有的设备、阀门、管道及附件、电仪设施及线缆等均按装在钢结构的撬座上，运抵项目现场安装时，仅需连接外部接管和供电及通讯电缆。

需要强调的是，本实施例所述湿气直吹天然气低温脱水脱烃装置，还适用于大规模的天然气低温脱水脱烃，对该装置的构造进行布局时，采用现场组装的方式进行。

实施例3

一种湿气直吹天然气低温脱水脱烃工艺，该工艺通过实施例2所述湿气直吹天然气低温脱水脱烃装置进行应用，用于解决间接解冻法需要设置热媒循环系统及热媒介质，导致工艺流程复杂、增加电耗及投资费用的技术问题，同时解决间接解冻法解冻效率低下、在冬季解冻工作时间大于冷却工作时间而导致装置无法连续运行的技术问题。

具体地讲，所述湿气直吹天然气低温脱水脱烃工艺，通过检测控制系统控制第一冷凝分离器22和第二冷凝分离器23在冷却工作状态和解冻工作状态之间相互切换，以实现连续的含湿天然气的脱水脱烃工作，主要包括低温脱水脱烃和湿气直吹解冻两大工艺流程。

所述低温脱水脱烃工艺流程具体包括如下步骤：

A1将载冷剂储槽24中的载冷剂通过循环泵25输入制冷系统1与制冷剂换热，载冷剂被冷却降温后，输送至第一冷凝分离器22中；

A2含湿天然气脱水脱烃：将来自井场的含湿天然气输入预冷分离器21中预冷后，输送至第一冷凝分离器22中与步骤A1中所述第一冷凝分离器22中的载冷剂进行热交换，含湿天然气被冷凝后脱水脱烃，析出冷凝液，得到脱水脱烃后的低温天然气；

A3气液分离：步骤A2中析出的冷凝液从第一冷凝分离器22的排液口2242排至自动排液器26中，由自动排液器26控制排放，排液不排气；载冷剂则回流至步骤A1所述载冷剂储槽24中循环使用；脱水脱烃后的低温天然气输送至步骤A2所述预冷分离器21中用来对含湿天然气进行预冷，实现冷凝液二次分离，低温天然气被升温后输送至步骤A1所述制冷系统1中与高温制冷剂进行热交换，得到常温的脱水脱烃后的天然气。

上述低温脱水脱烃工艺流程中，步骤A1、A2、A3是同步连续进行的。

其中，步骤A1中所述制冷系统1的工艺流程为：液态制冷剂(R22/R404A)在较高压力(约1.5Mpa)下的经膨胀阀节流减压至较低压力(约0.15Mpa)后，在蒸发器16吸热蒸发，根据环境温度的季节性变化，可控制制冷剂的蒸发温度在-8℃至-15℃之间，由于液态制冷剂在蒸发器16蒸吸热蒸发使载冷剂(多元醇溶液)温度降低至-5℃至-12℃，通过载冷剂获取冷量冷却天然气。制冷剂汽化后变为气态(压力约0.15Mpa)，经制冷剂压缩机11加压后温度上升至80℃，再经空冷器12和复热器13冷却后，制冷剂变为40℃以下的较高压力(约1.5Mpa)下的液体，在经膨胀阀节流减压至蒸发器16完成制冷剂循环制冷，连续为天然气冷却提供冷量。

步骤A2中含湿天然气的压力0.5～15Mpa，温度15～35℃，允许夹带游离液；含湿天然气被脱水脱烃后的天然气预冷后，其温度为5～20℃。

步骤A3中被预冷后的含湿天然气与载冷剂换热后，进一步被冷却至-6℃至5℃之间，其具体温度根据环境温度的季节性变化调控；而被脱水脱烃后的天然气在预冷分离器21中被温升至5～18℃，再输送至制冷系统1的复热器13中，温度进一步被升25℃以上送出装置，此天然气为脱水脱烃后的合格管输天然气，即干气。

所述湿气直吹解冻工艺流程具体包括以下步骤：

B1第一冷凝分离器22进入冷却工作状态一段时间后，其换热管2233及下部的气液分离空间224会出现冻堵，当第一冷凝分离器22的预冷气进气口2221与预冷气出气口2243之间的压差达到设定值时，检测控制系统通过控制程控阀直接将第一冷凝分离器22切换为解冻工作状态；同时，检测控制系统通过控制程控阀将第二冷凝分离器23切换为冷却工作状态，其工艺流程与所述低温脱水脱烃工艺流中步骤A1、A2、A3相同；

B2将来自井场的含湿天然气部分分流至第一冷凝分离器22中，对第一冷凝分离的气液分离空间224及其换热管2233内的冰块直吹解冻，解冻后，该部分含湿天然气与另一部分被预冷分离器21预冷后的含湿天然气混合后，输入步骤B1所述第二冷凝分离器23中进行脱水脱烃和气液分离处理，其脱水脱烃和气液分离同所述低温脱水脱烃工艺流程中的步骤A2和步骤A3；

B3第二冷凝分离器23进入冷却工作状态一段时间后，其换热管2233及下部的气液分离空间224会出现冻堵，当第二冷凝分离器23的预冷气进气口2221与预冷气出气口2243之间的压差达到设定值时，检测控制系统通过控制程控阀直接将第二冷凝分离器23切换为解冻工作状态，其解冻工艺流程同步骤B2；同时，检测控制系统通过控制程控阀将第一冷凝分离器22切换为冷却工作状态，其工艺流程与所述低温脱水脱烃工艺流程中步骤A1、A2、A3相同；

B4由于在解冻时，第一冷凝分离器22或第二冷凝分离器23中存在载冷剂，会影响解冻速率，因此为了提高解冻速率，在对第一冷凝分离器22或第二冷凝分离器23解冻过程中，将第一冷凝分离器22或第二冷凝分离器23中的载冷剂抽出；载冷剂可采用泵抽出，优选为根据液位差利用虹吸原理回吸至载冷剂储槽24中。

需要说明的是，该工艺是通过实施例2所述湿气直吹天然气低温脱水脱烃装置进行应用的，因此所述检测控制系统的结构和控制原理与实施例2相同。

上述湿气直吹解冻工艺流程中，冷却工作状态和解冻工作状态同时进行，且解冻工作状态的时长要比冷却工作状态出现冻堵时长短很多，因此能保证冷却工作状态和解冻工作状态定期切换，实现不间断的含湿天然气脱水脱烃生产工作。

本方案所述湿气直吹天然气低温脱水脱烃工艺，应用于实施例2所述湿气直吹天然气低温脱水脱烃装置，对日处理量为10000Nm3含湿天然气进行低温脱水脱烃，其实际运行数据与间接解冻法相比，具体情况见下表：

采用本方案所述湿气直吹天然气低温脱水脱烃工艺，湿气直吹解冻仅需设置部分管道和程控阀，工艺流程简捷，无能量消耗。

以上为本方案的主要特征及其有益效果，本行业的技术人员应该了解，本方案不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本方案的原理，在不脱离本方案精神和范围的前提下，本方案还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本方案要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中介媒介简介相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (6)

1.一种湿气直吹天然气低温脱水脱烃工艺，其特征在于：主要包括对含湿天然气的低温脱水脱烃和对冻堵冷凝器的湿气直吹解冻两大工艺流程，其中：

含湿天然气的低温脱水脱烃工艺流程具体包括如下步骤：

A1载冷剂冷却降温：将载冷剂储槽中的载冷剂通过循环泵输入制冷系统与制冷剂换热，载冷剂被冷却降温后，输送至第一冷凝分离器中；

A2含湿天然气脱水脱烃：将来自井场的含湿天然气输入预冷分离器中预冷后，输送至第一冷凝分离器中与步骤A1中所述第一冷凝分离器中的载冷剂进行热交换，含湿天然气被冷凝后脱水脱烃，析出冷凝液，得到脱水脱烃后的低温天然气；

A3气液分离：步骤A2中析出的冷凝液从第一冷凝分离器的排液口排至自动排液器中，由自动排液器控制排放，排液不排气；载冷剂则回流至步骤A1所述载冷剂储槽中循环使用；脱水脱烃后的低温天然气输送至步骤A2所述预冷分离器中实现冷凝液二次分离后，用来对含湿天然气进行预冷，低温天然气被升温后输送至步骤A1所述制冷系统中与高温制冷剂进行热交换，得到常温的脱水脱烃后的天然气；

冻堵冷凝器的湿气直吹解冻工艺流程具体包括以下步骤：

B1第一冷凝分离器进入冷却工作状态一段时间后，其换热管及下部的气液分离空间会出现冻堵，当第一冷凝分离器的预冷气进气口与预冷气出气口之间的压差达到设定值时，检测控制系统通过控制程控阀直接将第一冷凝分离器切换为解冻工作状态；同时，检测控制系统通过控制程控阀将第二冷凝分离器切换为冷却工作状态，其工艺流程与所述低温脱水脱烃工艺流中步骤A1、A2、A3相同；

B2将来自井场的含湿天然气部分分流至第一冷凝分离器中，对第一冷凝分离的气液分离空间及其换热管内的冰块直吹解冻，解冻后，该部分含湿天然气与另一部分被预冷分离器预冷后的含湿天然气混合后，输入步骤B1所述第二冷凝分离器中进行脱水脱烃和气液分离处理，其脱水脱烃和气液分离同所述低温脱水脱烃工艺流程中的步骤A2和步骤A3；

B3第二冷凝分离器进入冷却工作状态一段时间后，其换热管及下部的气液分离空间会出现冻堵，当第二冷凝分离器的预冷气进气口与预冷气出气口之间的压差达到设定值时，检测控制系统通过控制程控阀直接将第二冷凝分离器切换为解冻工作状态，其解冻工艺流程同步骤B2；同时，检测控制系统通过控制程控阀将第一冷凝分离器切换为冷却工作状态，其工艺流程与所述低温脱水脱烃工艺流程中步骤A1、A2、A3相同；

B4在对第一冷凝分离器或第二冷凝分离器解冻过程中，将第一冷凝分离器或第二冷凝分离器中的载冷剂抽出。

2.根据权利要求1所述一种湿气直吹天然气低温脱水脱烃工艺，其特征在于：步骤A1中，所述制冷剂的蒸发温度为-8℃～-15℃。

3.根据权利要求1所述一种湿气直吹天然气低温脱水脱烃工艺，其特征在于：步骤A1中，所述载冷剂被降温冷却后的温度为-5℃～-12℃。

4.根据权利要求1所述一种湿气直吹天然气低温脱水脱烃工艺，其特征在于：步骤A2中，所述含湿天然气允许夹带游离液，其压力为0.5～15Mpa，温度为15～35℃，且所述含湿天然气被脱水脱烃后的低温天然气预冷后，其温度为5～20℃。

5.根据权利要求1所述一种湿气直吹天然气低温脱水脱烃工艺，其特征在于：步骤A3中，所述被预冷后的含湿天然气被载冷剂冷却降温后，其温度为-6～0℃。

6.根据权利要求1所述一种湿气直吹天然气低温脱水脱烃工艺，其特征在于：步骤B4中，所述第一冷凝分离器或第二冷凝分离器中的载冷剂根据液位差利用虹吸原理回吸至载冷剂储槽中。