CN110408446B - 膜分离与变温吸附组合的液化天然气预处理设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了膜分离与变温吸附组合的液化天然气预处理设备和方法，属于天然气预处理技术领域，变温吸附脱重烃系统脱重烃后的天然气输入膜分离系统，膜分离系统的渗透气作为变温吸附脱重烃系统的再生气，再生气利用后输入给内燃机做燃料；膜分离系统的渗余气作为变温吸附脱二氧化碳系统的原料气体，输出经变温吸附脱二氧化碳系统处理后的净化天然气；部分净化天然气作为变温吸附脱二氧化碳系统的再生气，再生气利用后返回变温吸附脱重烃系统循环使用。本发明的膜分离与变温吸附组合的液化天然气预处理设备和方法，流程简单、适用性强，采用变温吸附与膜分离组合的方式脱除天然气中二氧化碳、硫化氢、水分及重烃或其它杂质。

Description

膜分离与变温吸附组合的液化天然气预处理设备和方法
技术领域
本发明属于天然气预处理技术领域，具体地说涉及膜分离与变温吸附组合的液化天然气预处理设备和方法。
背景技术
天然气是一种绿色环保、经济实惠、安全可靠的优质能源，发展天然气工业，天然气液化技术中天然气净化工艺的研究也尤为重要，因天然气中的较高凝固点组分如二氧化碳、水分及重烃、硫化氢等在天然气液化过程中会凝固并堵塞设备，必须在液化之前将其脱除；传统的预处理方法是先以醇胺法脱除二氧化碳及硫化氢等酸性气体，之后再用分子筛与活性炭复合床吸附脱除水分及重烃或当重烃含量较高时脱水与脱重烃分开设置，对于有较大燃料需求如采用燃气轮机驱动压缩机或燃气发电或者有下游管网的LNG工厂，当原料气中二氧化碳含量较低通常低于1％时也可采用干法预处理工艺，即分子筛与活性炭复合床吸附同时脱除水分、重烃及二氧化碳，少量的再生气占处理气量的7～15％用于发电或去下游管网。当二氧化碳含量较高时，由于再生气量较大超出了发电的需求，多余的含碳再生气由于不能靠冷却法分离出二氧化碳而无法循环利用，只能进入火炬放空造成浪费。因此传统的干法预处理工艺虽然有流程简单操作方便投资小等优势，但是不适合高二氧化碳含量的天然气预处理。只能采用传统的湿法工艺。而湿法天然气预处理工艺，其流程复杂，设备繁多，投资大，醇胺试剂有毒性，操作中需定期补充溶液及脱盐水。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足之处提供膜分离与变温吸附组合的液化天然气预处理设备和方法，拟解决现有液化天然气预处理工艺处理流程复杂，设备繁多，投资大等问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
膜分离与变温吸附组合的液化天然气预处理设备，包括变温吸附脱重烃系统、膜分离系统、渗余气冷却系统、变温吸附脱二氧化碳系统和再生气增压机；所述变温吸附脱重烃系统的脱重烃系统进管用于通入原料天然气；所述变温吸附脱重烃系统的脱重烃系统出管通过管路与膜分离系统的膜分离进口连通，用于变温吸附脱重烃系统脱重烃后的天然气输入膜分离系统；所述膜分离系统的渗透气出口通过管路与变温吸附脱重烃系统的脱重烃系统再生气进管连通，用于膜分离系统的渗透气作为变温吸附脱重烃系统的再生气；所述变温吸附脱重烃系统的脱重烃系统再生气出管通过管路与内燃机燃料进口连通，用于变温吸附脱重烃系统的再生气利用后输入给内燃机做燃料；所述膜分离系统的渗余气出口通过管路与变温吸附脱二氧化碳系统的脱碳系统进管连通，用于膜分离系统的渗余气作为变温吸附脱二氧化碳系统的原料气体；所述变温吸附脱二氧化碳系统的脱碳系统出管用于输出经变温吸附脱二氧化碳系统处理后的净化天然气；所述脱碳系统出管上分出脱碳系统再生气进管，用于将部分净化天然气作为变温吸附脱二氧化碳系统的再生气；所述变温吸附脱二氧化碳系统的脱碳系统再生气出管通过管路与脱重烃系统进管连通，用于变温吸附脱二氧化碳系统的再生气利用后返回变温吸附脱重烃系统循环使用；所述渗余气出口至脱碳系统进管的管路上设有渗余气冷却系统，用于将渗余气进入变温吸附脱二氧化碳系统前的冷却；所述渗余气出口至渗余气冷却系统的管路上或脱碳系统再生气出管至脱重烃系统进管的管路上设有再生气增压机，用于循环使用的再生气克服系统阻力。由上述结构可知，工作流程：原料天然气从脱重烃系统进管进入变温吸附脱重烃系统，进行脱重烃处理；脱重烃气体的重烃含量达到天然气液化要求后，从脱重烃系统出管出来，再从膜分离进口进入膜分离系统；膜分离系统粗脱其中大部分二氧化碳、硫化氢及水分；渗透气出口输出的渗透气从脱重烃系统再生气进管进入变温吸附脱重烃系统，作为变温吸附脱重烃系统的再生气，再生气利用后从脱重烃系统再生气出管输出，进入内燃机燃料进口，输入给内燃机做燃料；膜分离系统的富含二氧化碳及水分的低压渗透气作为脱重烃系统的再生气，这部分再生气(其中烃类流量占处理气量的10～15％，为天然气液化装置的发电所用，也可进入下游燃料气管网)经冷却并分离出游离的水分、重烃后作为发电机及锅炉的燃料。渗余气出口输出的渗余气经渗余气冷却系统冷却后，从脱碳系统进管进入变温吸附脱二氧化碳系统，渗余气冷却系统使进入变温吸附脱二氧化碳系统的渗余气有较低的入口温度，有利于二氧化碳的吸附，膜分离系统脱除大部分水分，也为进入变温吸附脱二氧化碳系统前的天然气预冷降温创造了条件；变温吸附脱二氧化碳系统进一步精脱二氧化碳、硫化氢、水分得到符合天然气液化要求的净化天然气，净化天然气从脱碳系统出管输出；净化天然气在脱碳系统出管输出时，一部分进入脱碳系统再生气进管，将部分净化天然气作为变温吸附脱二氧化碳系统的再生气，再生气利用后从脱碳系统再生气出管输出后，由再生气增压机增压后返回变温吸附脱重烃系统的脱重烃系统进管进行循环使用，也可以在渗余气出口至渗余气冷却系统的管路上设有再生气增压机，即在进入变温吸附脱二氧化碳系统前先增压，再生气增压机用于克服系统阻力；天然气中除重烃以外的所有其他杂质的唯一出口就是膜分离系统分离后的渗透气。设置独立的变温吸附脱重烃系统的目的是在进入膜分离系统之前去除重烃，这是因为所选择的脱除二氧化碳的气体膜不能脱除C2以上的烃类，而这些烃类的存在可能对膜的分离性能产生不利的影响，设置独立的变温吸附脱重烃系统提高了膜分离系统的可靠性和性能，变温吸附脱重烃系统也可看做是膜分离系统的预处理系统；此外，在以13X作为吸附剂的变温吸附装置中，C2以上的烃类与二氧化碳的吸附有一定的竞争关系，C2以上的烃类存在会影响对二氧化碳的吸附效果；膜分离系统具有“提浓不提纯”的特点，渗余气中二氧化碳甚至水分含量都不可能净化彻底，因而不可能独立用于天然气液化装置的净化处理。但是对于二氧化碳含量较高的天然气，采用膜分离系统进行粗脱却有较大的优势，因为膜分离用于二氧化碳含量较高天然气净化具有流程简单、操作方便、投资小、能耗低(渗余气无压力损失)等突出优点；采用13X分子筛做吸附剂的变温吸附装置脱除天然气中二氧化碳具有净化程度高(二氧化碳含量可最低可小于1ppm)的显著优点，是目前所有净化方法中净化程度最高的方法，但是当所处理的原料气中二氧化碳含量较高(通常大于2％)时，所需分子筛量大相应的再生气量较大能耗较高，再生气量超过了装置发电所需燃料量，因此即使采用了可以消纳再生气的分布式能源方案，对于较高二氧化碳含量的原料天然气仍然不适合采用单一变温吸附法。此外，对于原料天然气中硫化氢含量较高的场合，采用单一变温吸附法也存在较大的弊端，因为含有水分及硫化氢的天然气会对分子筛的寿命产生很大影响。传统的方法是先以醇胺法(通常采用MDEA法)脱除天然气中的二氧化碳及硫化氢等酸性气体，再以变温吸附法脱除其中的水分及重烃，MDEA法能耗几乎与原料天然气中的二氧化碳含量成正比而且流程复杂操作维护不便，投资大，醇胺溶液及脱盐水需定期分析及补充。将适合高二氧化碳含量天然气的膜分离方法与净化程度高的变温吸附法有机的结合即可解决这一问题：以独立的变温吸附脱重烃系统作为膜分离系统的预处理系统以提高膜分离系统的可靠性和性能，之后以膜分离系统粗脱二氧化碳、硫化氢及水分，使得渗余气中的二氧化碳达到变温吸附法能够接受的含量，之后串联进入变温吸附脱二氧化碳系统进行深度净化，含有解析后二氧化碳及微量水分的再生气增压机增压后返回变温吸附脱重烃系统进口循环使用；膜分离系统分离的低压渗透气作为脱重烃系统的再生气，这部分含有二氧化碳、水分、重烃等杂质的再生气用作内燃机及锅炉的燃料气，系统流程简单，能耗低。本发明综合了膜分离法、变温吸附法各自的优点，组合应用达到了流程简单、能耗低、操作维护方便的目的，特别适合高二氧化碳、装置规模较小且采用仅需低压燃料的内燃机为发电机的分布式能源的天然气液化装置。传统MDEA脱碳+分子筛脱水设备数量多，占地面积大，工程造价高，需要根据胺液浓度定期补充脱盐水，操作维护复杂，需要控制各种设备液位以及防止吸附塔发泡等事故，胺液有毒且有微量腐蚀性，对环境有污染；本发明设备数量少，占地面积少，工程造价低，不需要根据胺液浓度定期补充脱盐水，操作维护简单，仅需根据使用效果5年左右更换分子筛，对环境友好。
进一步的，所述脱重烃系统出管至膜分离进口的管路上设有加热器一，用于变温吸附脱重烃系统输入膜分离系统的脱重烃后的天然气加热；所述脱碳系统再生气出管至脱重烃系统进管的管路上设有冷却器一，用于变温吸附脱二氧化碳系统循环给变温吸附脱重烃系统的利用后再生气冷却。由上述结构可知，加热器一将从脱重烃系统出管出来的脱重烃气体加热到50℃～60℃，有利于提高膜分离系统粗脱二氧化碳、硫化氢及水分的效率；冷却器一将变温吸附脱二氧化碳系统循环给变温吸附脱重烃系统的利用后再生气冷却，有利于变温吸附脱重烃系统保持吸附效率。
进一步的，所述脱重烃系统再生气出管至内燃机燃料进口的管路上设有冷却器二，用于变温吸附脱重烃系统输入给内燃机做燃料的再生气冷却。由上述结构可知，冷却器二将变温吸附脱重烃系统输入给内燃机做燃料的再生气冷却，避免温度变化对内燃机有影响。
进一步的，所述脱重烃系统进管的进口、脱重烃系统出管的出口、脱碳系统再生气出管的出口以及冷却器二至内燃机燃料进口的管路上均设有过滤器，用于过滤固液杂质。由上述结构可知，及时排除系统内的固液杂质。
进一步的，所述变温吸附脱重烃系统包括加热器二和三组并列设置的重烃吸附塔；所述重烃吸附塔进口通过管路与脱重烃系统进管连通，该管路上设有阀一；所述重烃吸附塔出口通过管路与脱重烃系统出管连通，该管路上设有阀二；所述重烃吸附塔进口至阀一的管路上设有通向脱重烃系统再生气出管的支管一和通向加热器二进口管的支管二，支管一上设有阀三，支管二上设有阀四；所述重烃吸附塔出口至阀二的管路上设有通向脱重烃系统再生气进管的支管三和通向加热器二出口管的支管四，支管三上设有阀五，支管四上设有阀六。由上述结构可知，三组并列设置的重烃吸附塔轮流作为吸附塔、冷吹塔和热吹塔；作为吸附塔的，该塔的阀一、阀二打开，该塔的其余阀关闭；作为冷吹塔的，该塔的阀五、阀四打开，该塔的其余阀关闭；作为热吹塔的，该塔的阀六、阀三打开，该塔的其余阀关闭；变温吸附脱重烃系统也可以选用两组并列设置的重烃吸附塔，一个作为吸附塔，另一个替换作为冷吹塔和热吹塔。
进一步的，所述变温吸附脱二氧化碳系统包括加热器三和三组并列设置的分子筛吸附塔；所述分子筛吸附塔进口通过管路与脱碳系统进管连通，该管路上设有阀十一；所述分子筛吸附塔出口通过管路与脱碳系统出管连通，该管路上设有阀十二；所述分子筛吸附塔进口至阀十一的管路上设有通向脱碳系统再生气出管的支管十一和通向加热器三进口管的支管十二，支管十一上设有阀十三，支管十二上设有阀十四；所述分子筛吸附塔出口至阀十二的管路上设有通向脱碳系统再生气进管的支管十三和通向加热器三出口管的支管十四，支管十三上设有阀十五，支管十四上设有阀十六。由上述结构可知，三组并列设置的分子筛吸附塔轮流作为吸附塔、冷吹塔和热吹塔；作为吸附塔的，该塔的阀十一、阀十二打开，该塔的其余阀关闭；作为冷吹塔的，该塔的阀十五、阀十四打开，该塔的其余阀关闭；作为热吹塔的，该塔的阀十六、阀十三打开，该塔的其余阀关闭；变温吸附脱二氧化碳系统也可以选用两组并列设置的分子筛吸附塔，一个作为吸附塔，另一个替换作为冷吹塔和热吹塔。
膜分离与变温吸附组合的液化天然气预处理方法，采用上述所述的膜分离与变温吸附组合的液化天然气预处理设备，包括如下步骤：
第一步，压力为3～10MPa、二氧化碳含量高于2％的原料天然气经过滤器过滤固液杂质后，从脱重烃系统进管进入变温吸附脱重烃系统，进行脱重烃处理；
第二步，脱重烃气体的重烃含量达到天然气液化要求后，从脱重烃系统出管出来，经过滤器过滤固液杂质，再通过加热器一加热到50℃～60℃后，从膜分离进口进入膜分离系统，膜分离系统粗脱其中大部分二氧化碳、硫化氢及水分，使得渗余气出口输出的渗余气中的二氧化碳含量为0.5％～1％；渗透气出口输出的渗透气从脱重烃系统再生气进管进入变温吸附脱重烃系统，作为变温吸附脱重烃系统的再生气，再生气利用后从脱重烃系统再生气出管输出，经冷却器二冷却，过滤器过滤固液杂质后进入内燃机燃料进口，输入给内燃机做燃料；渗余气出口输出的渗余气经渗余气冷却系统冷却到-40℃～10℃后，从脱碳系统进管进入变温吸附脱二氧化碳系统，进一步精脱二氧化碳、硫化氢、水分得到符合天然气液化要求的净化天然气，净化天然气从脱碳系统出管输出；
第三步，净化天然气在脱碳系统出管输出时，一部分进入脱碳系统再生气进管，将部分净化天然气作为变温吸附脱二氧化碳系统的再生气，再生气利用后从脱碳系统再生气出管输出后，依次经过滤器过滤固液杂质，冷却器一冷却，和再生气增压机增压0.1～0.2MPa后返回变温吸附脱重烃系统的脱重烃系统进管进行循环利用。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用膜分离与变温吸附组合方式用于液化天然气预处理，同时脱除天然气中的二氧化碳、硫化氢、水分及重烃，较传统的MDEA脱除酸性气体+变温吸附脱除水分及重烃方法，具有流程简单、操作方便、运行维护费用低、占地面积小、能耗低的特点；
2、本发明特别适合高二氧化碳含量以内燃机发电的天然气液化装置预处理，如井口天然气液化装置；
3、本发明由于没有MDEA繁多的设备和较高的吸附塔再生塔等设备，预处理系统易实现撬装化及模块化。
附图说明
图1是采用本发明结构示意图；
附图中：1-变温吸附脱重烃系统、2-膜分离系统、3-渗余气冷却系统、4-变温吸附脱二氧化碳系统、5-再生气增压机、6-重烃吸附塔、7-加热器二、8-分子筛吸附塔、9-加热器三、11-脱重烃系统进管、12-脱重烃系统出管、13-脱重烃系统再生气进管、14-脱重烃系统再生气出管、15-内燃机燃料进口、16-冷却器二、17-过滤器、21-膜分离进口、22-渗透气出口、23-渗余气出口、24-加热器一、41-脱碳系统进管、42-脱碳系统出管、43-脱碳系统再生气进管、44-脱碳系统再生气出管、45-冷却器一、61-阀一、62-阀二、63-阀三、64-阀四、65-阀五、66-阀六、71-支管一、72-支管二、73-支管三、74-支管四、81-阀十一、82-阀十二、83-阀十三、84-阀十四、85-阀十五、86-阀十六、91-支管十一、92-支管十二、93-支管十三、94-支管十四。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式，对本发明进一步详细说明，但是本发明不局限于以下实施例。
实施例一：
见附图1。膜分离与变温吸附组合的液化天然气预处理设备，包括变温吸附脱重烃系统1、膜分离系统2、渗余气冷却系统3、变温吸附脱二氧化碳系统4和再生气增压机5；所述变温吸附脱重烃系统1的脱重烃系统进管11用于通入原料天然气；所述变温吸附脱重烃系统1的脱重烃系统出管12通过管路与膜分离系统2的膜分离进口21连通，用于变温吸附脱重烃系统1脱重烃后的天然气输入膜分离系统2；所述膜分离系统2的渗透气出口22通过管路与变温吸附脱重烃系统1的脱重烃系统再生气进管13连通，用于膜分离系统2的渗透气作为变温吸附脱重烃系统1的再生气；所述变温吸附脱重烃系统1的脱重烃系统再生气出管14通过管路与内燃机燃料进口15连通，用于变温吸附脱重烃系统1的再生气利用后输入给内燃机做燃料；所述膜分离系统2的渗余气出口23通过管路与变温吸附脱二氧化碳系统4的脱碳系统进管41连通，用于膜分离系统2的渗余气作为变温吸附脱二氧化碳系统4的原料气体；所述变温吸附脱二氧化碳系统4的脱碳系统出管42用于输出经变温吸附脱二氧化碳系统4处理后的净化天然气；所述脱碳系统出管42上分出脱碳系统再生气进管43，用于将部分净化天然气作为变温吸附脱二氧化碳系统4的再生气；所述变温吸附脱二氧化碳系统4的脱碳系统再生气出管44通过管路与脱重烃系统进管11连通，用于变温吸附脱二氧化碳系统4的再生气利用后返回变温吸附脱重烃系统1循环使用；所述渗余气出口23至脱碳系统进管41的管路上设有渗余气冷却系统3，用于将渗余气进入变温吸附脱二氧化碳系统4前的冷却；所述渗余气出口23至渗余气冷却系统3的管路上或脱碳系统再生气出管44至脱重烃系统进管11的管路上设有再生气增压机5，用于循环使用的再生气克服系统阻力。由上述结构可知，工作流程：原料天然气从脱重烃系统进管11进入变温吸附脱重烃系统1，进行脱重烃处理；脱重烃气体的重烃含量达到天然气液化要求后，从脱重烃系统出管12出来，再从膜分离进口21进入膜分离系统2；膜分离系统2粗脱其中大部分二氧化碳、硫化氢及水分；渗透气出口22输出的渗透气从脱重烃系统再生气进管13进入变温吸附脱重烃系统1，作为变温吸附脱重烃系统1的再生气，再生气利用后从脱重烃系统再生气出管14输出，进入内燃机燃料进口15，输入给内燃机做燃料；膜分离系统2的富含二氧化碳及水分的低压渗透气作为脱重烃系统的再生气，这部分再生气(其中烃类流量占处理气量的10～15％，为天然气液化装置的发电所用，也可进入下游燃料气管网)经冷却并分离出游离的水分、重烃后作为发电机及锅炉的燃料。渗余气出口23输出的渗余气经渗余气冷却系统3冷却后，从脱碳系统进管41进入变温吸附脱二氧化碳系统4，渗余气冷却系统3使进入变温吸附脱二氧化碳系统4的渗余气有较低的入口温度，有利于二氧化碳的吸附，膜分离系统2脱除大部分水分，也为进入变温吸附脱二氧化碳系统4前的天然气预冷降温创造了条件；变温吸附脱二氧化碳系统4进一步精脱二氧化碳、硫化氢、水分得到符合天然气液化要求的净化天然气，净化天然气从脱碳系统出管42输出；净化天然气在脱碳系统出管42输出时，一部分进入脱碳系统再生气进管43，将部分净化天然气作为变温吸附脱二氧化碳系统4的再生气，再生气利用后从脱碳系统再生气出管44输出后，由再生气增压机5增压后返回变温吸附脱重烃系统1的脱重烃系统进管11进行循环使用，也可以在渗余气出口23至渗余气冷却系统3的管路上设有再生气增压机5，即在进入变温吸附脱二氧化碳系统4前先增压，再生气增压机5用于克服系统阻力；天然气中除重烃以外的所有其他杂质的唯一出口就是膜分离系统2分离后的渗透气。设置独立的变温吸附脱重烃系统1的目的是在进入膜分离系统2之前去除重烃，这是因为所选择的脱除二氧化碳的气体膜不能脱除C2以上的烃类，而这些烃类的存在可能对膜的分离性能产生不利的影响，设置独立的变温吸附脱重烃系统1提高了膜分离系统2的可靠性和性能，变温吸附脱重烃系统1也可看做是膜分离系统2的预处理系统；此外，在以13X作为吸附剂的变温吸附装置中，C2以上的烃类与二氧化碳的吸附有一定的竞争关系，C2以上的烃类存在会影响对二氧化碳的吸附效果；膜分离系统2具有“提浓不提纯”的特点，渗余气中二氧化碳甚至水分含量都不可能净化彻底，因而不可能独立用于天然气液化装置的净化处理。但是对于二氧化碳含量较高的天然气，采用膜分离系统2进行粗脱却有较大的优势，因为膜分离用于二氧化碳含量较高天然气净化具有流程简单、操作方便、投资小、能耗低(渗余气无压力损失)等突出优点；采用13X分子筛做吸附剂的变温吸附装置脱除天然气中二氧化碳具有净化程度高(二氧化碳含量可最低可小于1ppm)的显著优点，是目前所有净化方法中净化程度最高的方法，但是当所处理的原料气中二氧化碳含量较高(通常大于2％)时，所需分子筛量大相应的再生气量较大能耗较高，再生气量超过了装置发电所需燃料量，因此即使采用了可以消纳再生气的分布式能源方案，对于较高二氧化碳含量的原料天然气仍然不适合采用单一变温吸附法。此外，对于原料天然气中硫化氢含量较高的场合，采用单一变温吸附法也存在较大的弊端，因为含有水分及硫化氢的天然气会对分子筛的寿命产生很大影响。传统的方法是先以醇胺法(通常采用MDEA法)脱除天然气中的二氧化碳及硫化氢等酸性气体，再以变温吸附法脱除其中的水分及重烃，MDEA法能耗几乎与原料天然气中的二氧化碳含量成正比而且流程复杂操作维护不便，投资大，醇胺溶液及脱盐水需定期分析及补充。将适合高二氧化碳含量天然气的膜分离方法与净化程度高的变温吸附法有机的结合即可解决这一问题：以独立的变温吸附脱重烃系统1作为膜分离系统2的预处理系统以提高膜分离系统2的可靠性和性能，之后以膜分离系统2粗脱二氧化碳、硫化氢及水分，使得渗余气中的二氧化碳达到变温吸附法能够接受的含量，之后串联进入变温吸附脱二氧化碳系统4进行深度净化，含有解析后二氧化碳及微量水分的再生气增压机5增压后返回变温吸附脱重烃系统1进口循环使用；膜分离系统2分离的低压渗透气作为脱重烃系统的再生气，这部分含有二氧化碳、水分、重烃等杂质的再生气用作内燃机及锅炉的燃料气，系统流程简单，能耗低。本发明综合了膜分离法、变温吸附法各自的优点，组合应用达到了流程简单、能耗低、操作维护方便的目的，特别适合高二氧化碳、装置规模较小且采用仅需低压燃料的内燃机为发电机的分布式能源的天然气液化装置。传统MDEA脱碳+分子筛脱水设备数量多，占地面积大，工程造价高，需要根据胺液浓度定期补充脱盐水，操作维护复杂，需要控制各种设备液位以及防止吸附塔发泡等事故，胺液有毒且有微量腐蚀性，对环境有污染；本发明设备数量少，占地面积少，工程造价低，不需要根据胺液浓度定期补充脱盐水，操作维护简单，仅需根据使用效果5年左右更换分子筛，对环境友好。
实施例二：
见附图1。膜分离与变温吸附组合的液化天然气预处理设备，包括变温吸附脱重烃系统1、膜分离系统2、渗余气冷却系统3、变温吸附脱二氧化碳系统4和再生气增压机5；所述变温吸附脱重烃系统1的脱重烃系统进管11用于通入原料天然气；所述变温吸附脱重烃系统1的脱重烃系统出管12通过管路与膜分离系统2的膜分离进口21连通，用于变温吸附脱重烃系统1脱重烃后的天然气输入膜分离系统2；所述膜分离系统2的渗透气出口22通过管路与变温吸附脱重烃系统1的脱重烃系统再生气进管13连通，用于膜分离系统2的渗透气作为变温吸附脱重烃系统1的再生气；所述变温吸附脱重烃系统1的脱重烃系统再生气出管14通过管路与内燃机燃料进口15连通，用于变温吸附脱重烃系统1的再生气利用后输入给内燃机做燃料；所述膜分离系统2的渗余气出口23通过管路与变温吸附脱二氧化碳系统4的脱碳系统进管41连通，用于膜分离系统2的渗余气作为变温吸附脱二氧化碳系统4的原料气体；所述变温吸附脱二氧化碳系统4的脱碳系统出管42用于输出经变温吸附脱二氧化碳系统4处理后的净化天然气；所述脱碳系统出管42上分出脱碳系统再生气进管43，用于将部分净化天然气作为变温吸附脱二氧化碳系统4的再生气；所述变温吸附脱二氧化碳系统4的脱碳系统再生气出管44通过管路与脱重烃系统进管11连通，用于变温吸附脱二氧化碳系统4的再生气利用后返回变温吸附脱重烃系统1循环使用；所述渗余气出口23至脱碳系统进管41的管路上设有渗余气冷却系统3，用于将渗余气进入变温吸附脱二氧化碳系统4前的冷却；所述渗余气出口23至渗余气冷却系统3的管路上或脱碳系统再生气出管44至脱重烃系统进管11的管路上设有再生气增压机5，用于循环使用的再生气克服系统阻力。由上述结构可知，工作流程：原料天然气从脱重烃系统进管11进入变温吸附脱重烃系统1，进行脱重烃处理；脱重烃气体的重烃含量达到天然气液化要求后，从脱重烃系统出管12出来，再从膜分离进口21进入膜分离系统2；膜分离系统2粗脱其中大部分二氧化碳、硫化氢及水分；渗透气出口22输出的渗透气从脱重烃系统再生气进管13进入变温吸附脱重烃系统1，作为变温吸附脱重烃系统1的再生气，再生气利用后从脱重烃系统再生气出管14输出，进入内燃机燃料进口15，输入给内燃机做燃料；膜分离系统2的富含二氧化碳及水分的低压渗透气作为脱重烃系统的再生气，这部分再生气(其中烃类流量占处理气量的10～15％，为天然气液化装置的发电所用，也可进入下游燃料气管网)经冷却并分离出游离的水分、重烃后作为发电机及锅炉的燃料。渗余气出口23输出的渗余气经渗余气冷却系统3冷却后，从脱碳系统进管41进入变温吸附脱二氧化碳系统4，渗余气冷却系统3使进入变温吸附脱二氧化碳系统4的渗余气有较低的入口温度，有利于二氧化碳的吸附，膜分离系统2脱除大部分水分，也为进入变温吸附脱二氧化碳系统4前的天然气预冷降温创造了条件；变温吸附脱二氧化碳系统4进一步精脱二氧化碳、硫化氢、水分得到符合天然气液化要求的净化天然气，净化天然气从脱碳系统出管42输出；净化天然气在脱碳系统出管42输出时，一部分进入脱碳系统再生气进管43，将部分净化天然气作为变温吸附脱二氧化碳系统4的再生气，再生气利用后从脱碳系统再生气出管44输出后，由再生气增压机5增压后返回变温吸附脱重烃系统1的脱重烃系统进管11进行循环使用，也可以在渗余气出口23至渗余气冷却系统3的管路上设有再生气增压机5，即在进入变温吸附脱二氧化碳系统4前先增压，再生气增压机5用于克服系统阻力；天然气中除重烃以外的所有其他杂质的唯一出口就是膜分离系统2分离后的渗透气。设置独立的变温吸附脱重烃系统1的目的是在进入膜分离系统2之前去除重烃，这是因为所选择的脱除二氧化碳的气体膜不能脱除C2以上的烃类，而这些烃类的存在可能对膜的分离性能产生不利的影响，设置独立的变温吸附脱重烃系统1提高了膜分离系统2的可靠性和性能，变温吸附脱重烃系统1也可看做是膜分离系统2的预处理系统；此外，在以13X作为吸附剂的变温吸附装置中，C2以上的烃类与二氧化碳的吸附有一定的竞争关系，C2以上的烃类存在会影响对二氧化碳的吸附效果；膜分离系统2具有“提浓不提纯”的特点，渗余气中二氧化碳甚至水分含量都不可能净化彻底，因而不可能独立用于天然气液化装置的净化处理。但是对于二氧化碳含量较高的天然气，采用膜分离系统2进行粗脱却有较大的优势，因为膜分离用于二氧化碳含量较高天然气净化具有流程简单、操作方便、投资小、能耗低(渗余气无压力损失)等突出优点；采用13X分子筛做吸附剂的变温吸附装置脱除天然气中二氧化碳具有净化程度高(二氧化碳含量可最低可小于1ppm)的显著优点，是目前所有净化方法中净化程度最高的方法，但是当所处理的原料气中二氧化碳含量较高(通常大于2％)时，所需分子筛量大相应的再生气量较大能耗较高，再生气量超过了装置发电所需燃料量，因此即使采用了可以消纳再生气的分布式能源方案，对于较高二氧化碳含量的原料天然气仍然不适合采用单一变温吸附法。此外，对于原料天然气中硫化氢含量较高的场合，采用单一变温吸附法也存在较大的弊端，因为含有水分及硫化氢的天然气会对分子筛的寿命产生很大影响。传统的方法是先以醇胺法(通常采用MDEA法)脱除天然气中的二氧化碳及硫化氢等酸性气体，再以变温吸附法脱除其中的水分及重烃，MDEA法能耗几乎与原料天然气中的二氧化碳含量成正比而且流程复杂操作维护不便，投资大，醇胺溶液及脱盐水需定期分析及补充。将适合高二氧化碳含量天然气的膜分离方法与净化程度高的变温吸附法有机的结合即可解决这一问题：以独立的变温吸附脱重烃系统1作为膜分离系统2的预处理系统以提高膜分离系统2的可靠性和性能，之后以膜分离系统2粗脱二氧化碳、硫化氢及水分，使得渗余气中的二氧化碳达到变温吸附法能够接受的含量，之后串联进入变温吸附脱二氧化碳系统4进行深度净化，含有解析后二氧化碳及微量水分的再生气增压机5增压后返回变温吸附脱重烃系统1进口循环使用；膜分离系统2分离的低压渗透气作为脱重烃系统的再生气，这部分含有二氧化碳、水分、重烃等杂质的再生气用作内燃机及锅炉的燃料气，系统流程简单，能耗低。本发明综合了膜分离法、变温吸附法各自的优点，组合应用达到了流程简单、能耗低、操作维护方便的目的，特别适合高二氧化碳、装置规模较小且采用仅需低压燃料的内燃机为发电机的分布式能源的天然气液化装置。传统MDEA脱碳+分子筛脱水设备数量多，占地面积大，工程造价高，需要根据胺液浓度定期补充脱盐水，操作维护复杂，需要控制各种设备液位以及防止吸附塔发泡等事故，胺液有毒且有微量腐蚀性，对环境有污染；本发明设备数量少，占地面积少，工程造价低，不需要根据胺液浓度定期补充脱盐水，操作维护简单，仅需根据使用效果5年左右更换分子筛，对环境友好。
所述脱重烃系统出管12至膜分离进口21的管路上设有加热器一24，用于变温吸附脱重烃系统1输入膜分离系统2的脱重烃后的天然气加热；所述脱碳系统再生气出管44至脱重烃系统进管11的管路上设有冷却器一45，用于变温吸附脱二氧化碳系统4循环给变温吸附脱重烃系统1的利用后再生气冷却。由上述结构可知，加热器一24将从脱重烃系统出管12出来的脱重烃气体加热到50℃～60℃，有利于提高膜分离系统2粗脱二氧化碳、硫化氢及水分的效率；冷却器一45将变温吸附脱二氧化碳系统4循环给变温吸附脱重烃系统1的利用后再生气冷却，有利于变温吸附脱重烃系统1保持吸附效率。
所述脱重烃系统再生气出管14至内燃机燃料进口15的管路上设有冷却器二16，用于变温吸附脱重烃系统1输入给内燃机做燃料的再生气冷却。由上述结构可知，冷却器二16将变温吸附脱重烃系统1输入给内燃机做燃料的再生气冷却，避免温度变化对内燃机有影响。
所述脱重烃系统进管11的进口、脱重烃系统出管12的出口、脱碳系统再生气出管44的出口以及冷却器二16至内燃机燃料进口15的管路上均设有过滤器17，用于过滤固液杂质。由上述结构可知，及时排除系统内的固液杂质。
所述变温吸附脱重烃系统1包括加热器二7和三组并列设置的重烃吸附塔6；所述重烃吸附塔6进口通过管路与脱重烃系统进管11连通，该管路上设有阀一61；所述重烃吸附塔6出口通过管路与脱重烃系统出管12连通，该管路上设有阀二62；所述重烃吸附塔6进口至阀一61的管路上设有通向脱重烃系统再生气出管14的支管一71和通向加热器二7进口管的支管二72，支管一71上设有阀三63，支管二72上设有阀四64；所述重烃吸附塔6出口至阀二62的管路上设有通向脱重烃系统再生气进管13的支管三73和通向加热器二7出口管的支管四74，支管三73上设有阀五65，支管四74上设有阀六66。由上述结构可知，三组并列设置的重烃吸附塔6轮流作为吸附塔、冷吹塔和热吹塔；作为吸附塔的，该塔的阀一61、阀二62打开，该塔的其余阀关闭；作为冷吹塔的，该塔的阀五65、阀四64打开，该塔的其余阀关闭；作为热吹塔的，该塔的阀六66、阀三63打开，该塔的其余阀关闭；变温吸附脱重烃系统1也可以选用两组并列设置的重烃吸附塔6，一个作为吸附塔，另一个替换作为冷吹塔和热吹塔。
所述变温吸附脱二氧化碳系统4包括加热器三9和三组并列设置的分子筛吸附塔8；所述分子筛吸附塔8进口通过管路与脱碳系统进管41连通，该管路上设有阀十一81；所述分子筛吸附塔8出口通过管路与脱碳系统出管42连通，该管路上设有阀十二82；所述分子筛吸附塔8进口至阀十一81的管路上设有通向脱碳系统再生气出管44的支管十一91和通向加热器三9进口管的支管十二92，支管十一91上设有阀十三83，支管十二92上设有阀十四84；所述分子筛吸附塔8出口至阀十二82的管路上设有通向脱碳系统再生气进管43的支管十三93和通向加热器三9出口管的支管十四94，支管十三93上设有阀十五85，支管十四84上设有阀十六86。由上述结构可知，三组并列设置的分子筛吸附塔8轮流作为吸附塔、冷吹塔和热吹塔；作为吸附塔的，该塔的阀十一81、阀十二82打开，该塔的其余阀关闭；作为冷吹塔的，该塔的阀十五85、阀十四84打开，该塔的其余阀关闭；作为热吹塔的，该塔的阀十六86、阀十三83打开，该塔的其余阀关闭；变温吸附脱二氧化碳系统4也可以选用两组并列设置的分子筛吸附塔8，一个作为吸附塔，另一个替换作为冷吹塔和热吹塔。
实施例三：
见附图1。膜分离与变温吸附组合的液化天然气预处理方法，采用上述所述的膜分离与变温吸附组合的液化天然气预处理设备，包括如下步骤：
第一步，压力为3～10MPa、二氧化碳含量高于2％的原料天然气经过滤器17过滤固液杂质后，从脱重烃系统进管11进入变温吸附脱重烃系统1，进行脱重烃处理；
第二步，脱重烃气体的重烃含量达到天然气液化要求后，从脱重烃系统出管12出来，经过滤器17过滤固液杂质，再通过加热器一24加热到50℃～60℃后，从膜分离进口21进入膜分离系统2，膜分离系统2粗脱其中大部分二氧化碳、硫化氢及水分，使得渗余气出口23输出的渗余气中的二氧化碳含量为0.5％～1％；渗透气出口22输出的渗透气从脱重烃系统再生气进管13进入变温吸附脱重烃系统1，作为变温吸附脱重烃系统1的再生气，再生气利用后从脱重烃系统再生气出管14输出，经冷却器二16冷却，过滤器17过滤固液杂质后进入内燃机燃料进口15，输入给内燃机做燃料；渗余气出口23输出的渗余气经渗余气冷却系统3冷却到-40℃～10℃后，从脱碳系统进管41进入变温吸附脱二氧化碳系统4，进一步精脱二氧化碳、硫化氢、水分得到符合天然气液化要求的净化天然气，净化天然气从脱碳系统出管42输出；
第三步，净化天然气在脱碳系统出管42输出时，一部分进入脱碳系统再生气进管43，将部分净化天然气作为变温吸附脱二氧化碳系统4的再生气，再生气利用后从脱碳系统再生气出管44输出后，依次经过滤器17过滤固液杂质，冷却器一45冷却，和再生气增压机5增压0.1～0.2MPa后返回变温吸附脱重烃系统1的脱重烃系统进管11进行循环利用。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (2)

1.膜分离与变温吸附组合的液化天然气预处理设备，其特征在于：包括变温吸附脱重烃系统(1)、膜分离系统(2)、渗余气冷却系统(3)、变温吸附脱二氧化碳系统(4)和再生气增压机(5)；所述变温吸附脱重烃系统(1)的脱重烃系统进管(11)用于通入原料天然气；所述变温吸附脱重烃系统(1)的脱重烃系统出管(12)通过管路与膜分离系统(2)的膜分离进口(21)连通，用于变温吸附脱重烃系统(1)脱重烃后的天然气输入膜分离系统(2)；所述膜分离系统(2)的渗透气出口(22)通过管路与变温吸附脱重烃系统(1)的脱重烃系统再生气进管(13)连通，用于膜分离系统(2)的渗透气作为变温吸附脱重烃系统(1)的再生气；所述变温吸附脱重烃系统(1)的脱重烃系统再生气出管(14)通过管路与内燃机燃料进口(15)连通，用于变温吸附脱重烃系统(1)的再生气利用后输入给内燃机做燃料；所述膜分离系统(2)的渗余气出口(23)通过管路与变温吸附脱二氧化碳系统(4)的脱碳系统进管(41)连通，用于膜分离系统(2)的渗余气作为变温吸附脱二氧化碳系统(4)的原料气体；所述变温吸附脱二氧化碳系统(4)的脱碳系统出管(42)用于输出经变温吸附脱二氧化碳系统(4)处理后的净化天然气；所述脱碳系统出管(42)上分出脱碳系统再生气进管(43)，用于将部分净化天然气作为变温吸附脱二氧化碳系统(4)的再生气；所述变温吸附脱二氧化碳系统(4)的脱碳系统再生气出管(44)通过管路与脱重烃系统进管(11)连通，用于变温吸附脱二氧化碳系统(4)的再生气利用后返回变温吸附脱重烃系统(1)循环使用；所述渗余气出口(23)至脱碳系统进管(41)的管路上设有渗余气冷却系统(3)，用于将渗余气进入变温吸附脱二氧化碳系统(4)前的冷却；所述渗余气出口(23)至渗余气冷却系统(3)的管路上或脱碳系统再生气出管(44)至脱重烃系统进管(11)的管路上设有再生气增压机(5)，用于循环使用的再生气克服系统阻力；所述脱重烃系统出管(12)至膜分离进口(21)的管路上设有加热器一(24)，用于变温吸附脱重烃系统(1)输入膜分离系统(2)的脱重烃后的天然气加热；所述脱碳系统再生气出管(44)至脱重烃系统进管(11)的管路上设有冷却器一(45)，用于变温吸附脱二氧化碳系统(4)循环给变温吸附脱重烃系统(1)的利用后再生气冷却；所述脱重烃系统再生气出管(14)至内燃机燃料进口(15)的管路上设有冷却器二(16)，用于变温吸附脱重烃系统(1)输入给内燃机做燃料的再生气冷却；所述脱重烃系统进管(11)的进口、脱重烃系统出管(12)的出口、脱碳系统再生气出管(44)的出口以及冷却器二(16)至内燃机燃料进口(15)的管路上均设有过滤器(17)，用于过滤固液杂质；所述变温吸附脱重烃系统(1)包括加热器二(7)和三组并列设置的重烃吸附塔(6)；所述重烃吸附塔(6)进口通过管路与脱重烃系统进管(11)连通，该管路上设有阀一(61)；所述重烃吸附塔(6)出口通过管路与脱重烃系统出管(12)连通，该管路上设有阀二(62)；所述重烃吸附塔(6)进口至阀一(61)的管路上设有通向脱重烃系统再生气出管(14)的支管一(71)和通向加热器二(7)进口管的支管二(72)，支管一(71)上设有阀三(63)，支管二(72)上设有阀四(64)；所述重烃吸附塔(6)出口至阀二(62)的管路上设有通向脱重烃系统再生气进管(13)的支管三(73)和通向加热器二(7)出口管的支管四(74)，支管三(73)上设有阀五(65)，支管四(74)上设有阀六(66)；所述变温吸附脱二氧化碳系统(4)包括加热器三(9)和三组并列设置的分子筛吸附塔(8)；所述分子筛吸附塔(8)进口通过管路与脱碳系统进管(41)连通，该管路上设有阀十一(81)；所述分子筛吸附塔(8)出口通过管路与脱碳系统出管(42)连通，该管路上设有阀十二(82)；所述分子筛吸附塔(8)进口至阀十一(81)的管路上设有通向脱碳系统再生气出管(44)的支管十一(91)和通向加热器三(9)进口管的支管十二(92)，支管十一(91)上设有阀十三(83)，支管十二(92)上设有阀十四(84)；所述分子筛吸附塔(8)出口至阀十二(82)的管路上设有通向脱碳系统再生气进管(43)的支管十三(93)和通向加热器三(9)出口管的支管十四(94)，支管十三(93)上设有阀十五(85)，支管十四(84)上设有阀十六(86)。
2.膜分离与变温吸附组合的液化天然气预处理方法，其特征在于：采用权利要求1所述的膜分离与变温吸附组合的液化天然气预处理设备，包括如下步骤：
第一步，压力为3～10MPa、二氧化碳含量高于2％的原料天然气经过滤器(17)过滤固液杂质后，从脱重烃系统进管(11)进入变温吸附脱重烃系统(1)，进行脱重烃处理；
第二步，脱重烃气体的重烃含量达到天然气液化要求后，从脱重烃系统出管(12)出来，经过滤器(17)过滤固液杂质，再通过加热器一(24)加热到50℃～60℃后，从膜分离进口(21)进入膜分离系统(2)，膜分离系统(2)粗脱其中大部分二氧化碳、硫化氢及水分，使得渗余气出口(23)输出的渗余气中的二氧化碳含量为0.5％～1％；渗透气出口(22)输出的渗透气从脱重烃系统再生气进管(13)进入变温吸附脱重烃系统(1)，作为变温吸附脱重烃系统(1)的再生气，再生气利用后从脱重烃系统再生气出管(14)输出，经冷却器二(16)冷却，过滤器(17)过滤固液杂质后进入内燃机燃料进口(15)，输入给内燃机做燃料；渗余气出口(23)输出的渗余气经渗余气冷却系统(3)冷却到-40℃～10℃后，从脱碳系统进管(41)进入变温吸附脱二氧化碳系统(4)，进一步精脱二氧化碳、硫化氢、水分得到符合天然气液化要求的净化天然气，净化天然气从脱碳系统出管(42)输出；
第三步，净化天然气在脱碳系统出管(42)输出时，一部分进入脱碳系统再生气进管(43)，将部分净化天然气作为变温吸附脱二氧化碳系统(4)的再生气，再生气利用后从脱碳系统再生气出管(44)输出后，依次经过滤器(17)过滤固液杂质，冷却器一(45)冷却，和再生气增压机(5)增压0.1～0.2MPa后返回变温吸附脱重烃系统(1)的脱重烃系统进管(11)进行循环利用。
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