CN110628479A - 天然气深度脱碳节能方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种天然气深度脱碳节能方法及系统，其中，天然气深度脱碳节能方法包括；再生塔底部气相经过重沸器升温后，一部分回流到再生塔底部，另一部分经过节流阀到酸气回流罐后分成两路；其中第一路液相经由第二增压泵增压后回流到换热器，第二路气相由压缩机加压后进入再生塔底部做气提气；再生塔顶部气相经过蒸馏分离出酸气，完成脱碳。再生塔出来的贫液节流降压，利用相变，产生部分蒸汽，让贫液中的气相经压缩后进入再生塔底部做气提气，可大大改善再生塔的净化效果，同时经过加压后的气提气，为再生塔提供了动能，充分利用再生塔底贫液与塔顶蒸汽的热量，可较大幅度地降低系统内部能量消耗。

Description

天然气深度脱碳节能方法及系统
技术领域
本发明涉及天然气脱碳领域，具体涉及一种天然气深度脱碳技能方法及系统。
背景技术
天然气作为清洁能源一直备受瞩目，尤其是石油资源逐渐枯竭的情况下，天然气的开采、净化、运输、液化等工程项目屡见不鲜。在天然气进入液化前，为防止水、CO2在低温环境下形成固态化合物冻结堵塞管道、丝网和阀门。防止H2S、有机硫及汞腐蚀设备，需要对天然气中的CO2、H2S、有机硫、汞、水等杂质进行预处理深度脱除，相比于浅脱(管道运输净化要求)，对这些杂质的深度脱除时，所需能耗高得多。研究净化工艺来降低能耗具有重要意义。
现有典型的天然气脱碳工艺，由一段吸收+一段再生组成，该工艺流程可以起到脱碳的效果，但能耗较高。其流程是含碳天然气先进入吸收塔，在吸收塔内，天然气自塔底向上流动，在塔板上与自上而下的MDEA溶剂(贫胺液)逆流接触，天然气中的大部分CO2被MDEA吸收，出塔顶的天然气即为脱碳后的天然气(CO2含量降低至3％以下)。吸收了CO2的MDEA溶剂(富胺液)出吸收塔后先节流闪蒸，分离出部分CO2气体，然后经换热器换热后进入再生塔，富胺液在再生塔内经塔底重沸器加热，解析出CO2气体成为贫胺液，贫胺液换热后经贫液增压泵增压冷却后返回到吸收塔循环使用。
天然气深度脱碳常规工艺可以起到深度脱碳的效果，但是能耗较大，造成资源的极大浪费，急需提出一种节能型天然气深度脱碳工艺，提高能源利用率。
发明内容
本发明的目的是提供一种天然气深度脱碳节能方法及系统。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种天然气深度脱碳节能方法，包括：
原料气经过吸收塔分为两路，一路含湿净化天然气从吸收塔上部输出，另一路含贫富液流经第一节流阀进入闪蒸罐后分为两路；其中
一路闪蒸出的溶解烃排出，另一路贫富液流入第二节流阀进入换热器后分两路；
一路液相进入再生塔上部，另一路液相流经过滤器去杂后经过空冷器、贫液冷却器降温，由第一增压泵增压流入吸收塔，完成溶液循环；
再生塔底部气相经过重沸器升温后，一部分回流到再生塔底部，另一部分经过节流阀到酸气回流罐后分成两路；其中第一路液相经由第二增压泵增压后回流到换热器，第二路气相由压缩机加压后进入再生塔底部做气提气；
再生塔顶部气相经过蒸馏分离出酸气，完成脱碳。
本发明还提供了一种天然气深度脱碳节能系统，包括：
吸收塔、第一节流阀、闪蒸罐、第二节流阀、换热器、过滤器、再生塔、重沸器、压缩机、酸气回流罐、空冷器、贫液冷却器、第一增压泵、第二增压泵；
原料气经过吸收塔分为两路，一路含湿净化天然气从吸收塔上部输出，另一路含贫富液流经第一节流阀进入闪蒸罐后分为两路；其中一路闪蒸出的溶解烃排出，另一路贫富液流入第二节流阀进入换热器后分两路；即
一路液相进入再生塔上部，另一路液相流经过滤器去杂后经过空冷器、贫液冷却器降温，由第一增压泵增压流入吸收塔，完成溶液循环；
再生塔底部气相经过重沸器升温后，一部分回流到再生塔底部，另一部分经过节流阀到酸气回流罐后分成两路；其中第一路液相经由第二增压泵增压后回流到换热器，第二路气相由压缩机加压后进入再生塔底部做气提气；以及
再生塔顶部气相经过蒸馏分离出酸气，完成脱碳。
本发明的有益效果是，本发明提供了一种天然气深度脱碳节能方法及系统，其中，天然气深度脱碳节能方法包括：原料气经过吸收塔分为两路，一路含湿净化天然气从吸收塔上部输出，另一路含贫富液流经第一节流阀进入闪蒸罐后分为两路；一路闪蒸出的溶解烃排出，另一路贫富液流入第二节流阀进入换热器后分两路；一路液相进入再生塔上部，另一路液相流经过滤器去杂后经过空冷器、贫液冷却器降温，由第一增压泵增压流入吸收塔，完成溶液循环；再生塔底部气相经过重沸器升温，一部分回流到再生塔底部，另一部分经过节流阀到酸气回流罐后分成两路；第一路液相经由第二增压泵增压后回流到换热器，第二路气相由压缩机加压后进入再生塔底部做气提气；再生塔顶部气相经过蒸馏分离出酸气，完成脱碳。再生塔出来的贫液节流降压，利用相变，产生部分蒸汽，让贫液中的气相经压缩后进入再生塔底部做气提气，可大大改善再生塔的净化效果，同时经过加压后的气提气，为再生塔提供了动能，充分利用再生塔底贫液与塔顶蒸汽的热量，可较大幅度地降低系统内部能量消耗。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明所提供的天然气深度脱碳节能方法的流程图。
图中：1-吸收塔、2-第一节流阀、3-闪蒸罐、4-第二节流阀、5-换热器、15-过滤器、7-再生塔、10-第三节流阀、11-重沸器、8-压缩机、9-酸气回流罐、13-第二酸气回流罐、14-酸气冷却器、16-空冷器、17-贫液冷却器、18-第一增压泵、6-第二增压泵。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
如图1所示，本实施例1提供了一种天然气深度脱碳节能方法，包括：原料气经过吸收塔1分为两路，一路含湿净化天然气从吸收塔1上部输出，另一路含贫富液流经第一节流阀2进入闪蒸罐3后分为两路；其中一路闪蒸出的溶解烃排出，另一路贫富液流入第二节流阀4进入换热器5后分两路；一路液相进入再生塔7上部，另一路液相流经过滤器15去杂后经过空冷器16、贫液冷却器17降温，由第一增压泵18增压流入吸收塔1，完成溶液循环；再生塔7底部气相经过重沸器11升温后，一部分回流到再生塔7底部，另一部分经过节流阀到酸气回流罐9后分成两路；其中第一路液相经由第二增压泵6增压后回流到换热器5，第二路气相由压缩机8加压后进入再生塔7底部做气提气；再生塔7顶部气相经过蒸馏分离出酸气，完成脱碳。再生塔7出来的贫液节流降压，利用相变，产生部分蒸汽，让贫液中的气相经压缩后进入再生塔7底部做气提气，可大大改善再生塔7的净化效果，同时经过加压后的气提气，为再生塔7提供了动能，充分利用再生塔7底贫液与塔顶蒸汽的热量，可较大幅度地降低系统内部能量消耗。
在本实施例中，所述再生塔7顶部气相经过蒸馏分离出酸气，完成脱碳的方法还包括：酸气经过酸气冷却器14后进入第二酸气回流罐13中排出。将酸气进行冷凝排出后进行存放，减少了对环境的污染。
在本实施例中，在CO2含量小于65％时，节流阀压差70kPa-100kPa，在CO2含量大于65％时，富液的摩尔流量更大，节流压差100-120kPa。具体的，CO2含量小于65％时，节流压差70kPa以上就可达到净化要求，在100kPa时，总能耗最低。在CO2含量大于65％时，富液的摩尔流量更大，节流压差要适当增加，在110kPa的，总能耗最低。
在本实施例中，所述再生塔7塔底压力在150-200kPa之间。最优的，再生塔7塔底压力在180kPa左右，净化效果好且总能耗较低。
在本实施例中，所述再生塔7顶部气相经过蒸馏分离出酸气，完成脱碳的方法还包括：再生塔7塔顶气相烃经压缩换热后的冷凝液与换热后的贫液河流至贫液缓冲罐循环使用。
本发明实施例还提供了一种天然气深度脱碳节能系统，包括：吸收塔1、第一节流阀2、闪蒸罐3、第二节流阀4、换热器5、过滤器15、再生塔7、重沸器11、压缩机8、酸气回流罐9、空冷器16、贫液冷却器17、第一增压泵18、第二增压泵6；原料气经过吸收塔1分为两路，一路含湿净化天然气从吸收塔1上部输出，另一路含贫富液流经第一节流阀2进入闪蒸罐3后分为两路；其中一路闪蒸出的溶解烃排出，另一路贫富液流入第二节流阀4后进入换热器5后分两路；即一路液相进入再生塔7上部，另一路液相流经过滤器15去杂后经过空冷器16、贫液冷却器17降温，由第一增压泵18增压流入吸收塔1，完成溶液循环；再生塔7底部气相经过重沸器11升温，一部分回流到再生塔7底部，另一部分经过节流阀到酸气回流罐9后分成两路；其中第一路液相经由第二增压泵6增压后回流到换热器5，第二路气相由压缩机8加压后进入再生塔7底部做气提气；以及再生塔7顶部气相经过蒸馏分离出酸气，完成脱碳。再生塔7出来的贫液节流降压，利用相变，产生部分蒸汽，让贫液中的气相经压缩后进入再生塔7底部做气提气，可大大改善再生塔7的净化效果，同时经过加压后的气提气，为再生塔7提供了动能，充分利用再生塔7底贫液与塔顶蒸汽的热量，可较大幅度地降低系统内部能量消耗。
实施例2
依据实施例1所提供的天然气深度脱碳节能方法及系统对原料气进行脱碳。
原料气气质组成及计算基础数据如下：
原料气处理规模：500×104m3/d
原料气压力：5.4MPa
温度：25℃
干气外输压力：≤6.0MPa
压缩机8绝热效率：75％
膨胀机组膨胀端等熵效率：85％
原料气(25℃、4601KPa、32940kg/h)进入吸收塔1，在塔内与自上而下流动的MDEA溶液(40.66℃、4560KPa、47330kg/h)逆流接触，原料天然气中大部分CO2被MDEA溶液脱除，一部分湿净化天然气从吸收塔1上部外输出去，一部分含贫富液经过第一节流阀2，进入闪蒸罐3反应(60.06℃、600KPa、50140kg/h)，分为两部分，一部分闪蒸出的溶解烃排出，一部分贫富液继续流经第二节流阀4(111.7℃、190KPa、48450kg/h)。
贫富液流经第二节流阀4(96.76℃、90KPa、48450kg/h)后，进入换热器5后分两路，第一路液相进入再生塔7上部(40℃、170KPa、2859kg/h)；第二路液相流经过滤器15去除杂质，经过空冷器16以及贫液冷却器17降温后，由增压泵继续加压流入吸收塔1，完成溶液循环。
再生塔7底部气相(111.7℃、190KPa、48450kg/h)经过重沸器11升温，回流到再生塔7中。重沸器11中部分液相经过第三节流阀10降压(96.76℃、90KPa、48450kg/h)到酸气回流罐9，分为两路，第一路经由第二增压泵6加压回流到换热器5；第二路酸气回流罐9中的气相(96.79℃、90KPa、1.262m3/h)由压缩机8加压(192℃、190KPa、1.262m3/h)进入再生塔7底部做气提气，改善再生塔7净化效果，降低重沸器11负荷，减少能耗。为维持系统水平衡，系统回流液及补充软水由补液泵送回再生塔7底部。
本实例模拟结果与常规工艺结果对比：
在相同工况条件下，本实例与现有常规工艺相比，半贫液随着原料气中CO2的增加，节能效果越明显，蒸汽在压缩工艺节能20.823％。
综上所述，本发明提供了一种天然气深度脱碳节能方法及系统，其中，天然气深度脱碳节能方法包括；再生塔底部气相经过重沸器升温后，一部分回流到再生塔底部，另一部分经过节流阀到酸气回流罐后分成两路；其中第一路液相经由第二增压泵增压后回流到换热器，第二路气相由压缩机加压后进入再生塔底部做气提气；再生塔顶部气相经过蒸馏分离出酸气，完成脱碳。再生塔出来的贫液节流降压，利用相变，产生部分蒸汽，让贫液中的气相经压缩后进入再生塔底部做气提气，可大大改善再生塔的净化效果，同时经过加压后的气提气，为再生塔提供了动能，充分利用再生塔底贫液与塔顶蒸汽的热量，可较大幅度地降低系统内部能量消耗。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种天然气深度脱碳节能方法，其特征在于，包括：
原料气经过吸收塔分为两路，一路含湿净化天然气从吸收塔上部输出，另一路含贫富液流经第一节流阀进入闪蒸罐后分为两路；其中
一路闪蒸出的溶解烃排出，另一路贫富液流入第二节流阀进入换热器后又分两路；即
一路液相进入再生塔上部，另一路液相流经过滤器去杂后经过空冷器、贫液冷却器降温，由第一增压泵增压流入吸收塔，完成溶液循环；
再生塔底部气相经过重沸器升温后，一部分回流到再生塔底部，另一部分经过节流阀到酸气回流罐后分成两路；其中第一路液相经由第二增压泵增压后回流到换热器，第二路气相由压缩机加压后进入再生塔底部做气提气；
再生塔顶部气相经过蒸馏分离出酸气，完成脱碳。
2.如权利要求1所述的天然气深度脱碳节能方法，其特征在于，
所述再生塔顶部气相经过蒸馏分离出酸气，完成脱碳的方法还包括：
酸气经过酸气冷却器后进入第二酸气回流罐中排出。
3.如权利要求1所述的天然气深度脱碳节能方法，其特征在于，
在CO2含量小于65%时，节流阀压差70kPa- 100kPa，在CO2含量大于65%时，富液的摩尔流量更大，节流压差100-120kPa。
4.如权利要求1所述的天然气深度脱碳节能方法，其特征在于，
所述再生塔的塔底压力在150-200kPa之间。
5.如权利要求1所述的天然气深度脱碳节能方法，其特征在于，
所述再生塔顶部气相经过蒸馏分离出酸气，完成脱碳的方法还包括：
再生塔塔顶气相烃经压缩换热后的冷凝液与换热后的贫液河流至贫液缓冲罐循环使用。
6.一种天然气深度脱碳节能系统，其特征在于，包括：
吸收塔、第一节流阀、闪蒸罐、第二节流阀、换热器、过滤器、再生塔、重沸器、压缩机、酸气回流罐、空冷器、贫液冷却器、第一增压泵、第二增压泵；
原料气经过吸收塔分为两路，一路含湿净化天然气从吸收塔上部输出，另一路含贫富液流经第一节流阀进入闪蒸罐后分为两路；其中一路闪蒸出的溶解烃排出，另一路贫富液流入第二节流阀后进入换热器后分两路；即
一路液相进入再生塔上部，另一路液相流经过滤器去杂后经过空冷器、贫液冷却器降温，由第一增压泵增压流入吸收塔，完成溶液循环；
再生塔底部气相经过重沸器升温后，一部分回流到再生塔底部，另一部分经过节流阀到酸气回流罐后分成两路；其中第一路液相经由第二增压泵增压后回流到换热器，第二路气相由压缩机加压后进入再生塔底部做气提气；以及
再生塔顶部气相经过蒸馏分离出酸气，完成脱碳。
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