CN110639335A - 天然气深度脱碳中再生塔节能方法及系统 - Google Patents

天然气深度脱碳中再生塔节能方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种天然气深度脱碳中再生塔节能方法及系统，其中，天然气深度脱碳中再生塔节能方法包括：再生塔中的气相经压缩机增压及第二贫液冷却器部分进入再生塔与富液物流换热进行净化，另一部分经过酸气冷却器进入回流罐进行酸气排出。利用压缩机提供一定的机械功，提高再生塔顶蒸汽的热能品质，作为再生塔内富液再生的一股热源。因将回收的塔顶潜热用于系统本身，节省了塔顶冷凝器、冷却水和重沸器加热蒸汽的用量，使得再生能耗明显降低。压缩机消耗的能量是热泵系统中唯一由外界提供，但比再沸器直接加热消耗的热能小，一般只相当于常规工艺的20％‑40％。

Description

天然气深度脱碳中再生塔节能方法及系统
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中再生塔节能方法及系统。
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，，但在对再生塔顶部的气相进行温度提升时，耗能过大，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中再生塔节能方法及系统，以实现提高再生塔顶部的热源品质的目的。
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中再生塔节能方法，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闪蒸罐后分为两路；其中
一路液相经过第一贫液冷却器进入再生塔，另一液相路经过换热器后一部分进入再生塔，另一部分依次经过过滤器除杂、空冷器以及第二贫液冷却器降温后经过增压泵增压进入吸收塔完成溶液循环；
再生塔中的气相经压缩机增压及第二贫液冷却器后，一部分进入再生塔与富液物流换热进行净化，另一部分再生塔中的气相经过酸气冷却器进入回流罐进行酸气排出。
本发明还提供了一种天然气深度脱碳中再生塔节能系统，包括：
吸收塔、闪蒸罐、换热器、过滤器、再生塔、重沸器、酸气冷却器、压缩机、回流罐、空冷器、第一贫液冷却器以及第二贫液冷却器以及增压泵；
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闪蒸罐后分为两路；其中
一路液相经过第一贫液冷却器进入再生塔，另一液相路经过换热器后一部分进入再生塔，另一部分经过过滤器除杂、空冷器以及第二贫液冷却器降温后经过增压泵增压进入吸收塔完成溶液循环；
再生塔中的气相经过压缩机增压后经过第二贫液冷却器部分进入再生塔与富液物流换热进行净化，另一部分再生塔中的气相经过酸气冷却器进入回流罐进行酸气排出；
再生塔底部中的液相经过重沸器重沸后一部分进入换热器，另一部分进入再生塔底部做气提气。
本发明的有益效果是，本发明提供了一种天然气深度脱碳中再生塔节能方法及系统，其中，天然气深度脱碳中再生塔节能方法包括：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闪蒸罐后分为两路；其中一路液相经过第一贫液冷却器进入再生塔，另一液相路经过换热器后一部分进入再生塔，另一部依次分经过过滤器除杂、空冷器以及第二贫液冷却器降温后经过增压泵增压进入吸收塔完成溶液循环；再生塔中的气相经压缩机增压及第二贫液冷却器后，一部分进入再生塔与富液物流换热进行净化，另一部分再生塔中的气相经过酸气冷却器进入回流罐进行酸气排出。利用压缩机提供一定的机械功，提高再生塔顶蒸汽的热能品质，作为再生塔内富液再生的一股热源。因将回收的塔顶潜热用于系统本身，节省了塔顶冷凝器、冷却水和重沸器加热蒸汽的用量，使得再生能耗明显降低。压缩机消耗的能量是热泵系统中唯一由外界提供，但比再沸器直接加热消耗的热能小，一般只相当于常规工艺的20％-40％。
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中再生塔节能方法的流程图。
图2是本发明所提供的天然气深度脱碳中再生塔节能方法的结构原理图。
图中：1-吸收塔；2、4、9-节流阀；3-闪蒸罐；5-换热器；6-再生塔；7-重沸器；8-第一贫液冷却器；15-第二贫液冷却器；10-酸气冷却器；11-酸气回流罐；12-压缩机；13-过滤器；14-空冷器；16-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
请参阅图1及图2，本实施例1提供了一种天然气深度脱碳中再生塔节能方法，包括：S110: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闪蒸罐3后分为两路；S120:其中一路液相经过第一贫液冷却器8进入再生塔6，另一液相路经过换热器5后一部分进入再生塔6，另一部分依次经过过滤器13除杂、空冷器14以及第二贫液冷却器15降温后经过增压泵16增压进入吸收塔1完成溶液循环；S130:再生塔6中的气相经压缩机12增压及第二贫液冷却器15部分进入再生塔6与富液物流换热进行净化，另一部再生塔6中的气相分经过酸气冷却器10进入酸气回流罐11进行酸气排出。利用压缩机12提供一定的机械功，提高再生塔6顶蒸汽的热能品质，作为再生塔6内富液再生的一股热源。因将回收的塔顶潜热用于系统本身，节省了塔顶冷凝器、冷却水和重沸器7加热蒸汽的用量，使得再生能耗明显降低。压缩机12消耗的能量是热泵系统中唯一由外界提供，但比再沸器直接加热消耗的热能小，一般只相当于常规工艺的20％-40％。
在本实施例中，所述另一路液相经过换热器5后一部分进入再生塔6上部，另一部依次分经过过滤器13除杂、空冷器14以及第二贫液冷却器15降温后进入吸收塔1完成溶液循环的方法中：两部分液相的分流比为0.2-0.4，CO2脱碳效果明显，低至44.82ppm。
在本实施例中，所述再生塔6中的气相经过压缩机12增压后经过第二贫液冷却器15进入再生塔6与富液物流换热进行净化的方法中：压缩机12前后端压差为40-60KPa，最优压差为50KPa。
塔顶气相的温度经压缩后的温度进一步提升，使得富液物流中的第一股富液物流换热后的温度远高于第二股富液物流，第一股富液物流成为主导作用，提高净化效果。
在本实施例中，所述再生塔6中设置有热泵，采用热泵精馏技术将再生塔6顶部蒸汽热量的温度进行提升，提高蒸馏时的温度。利用热泵精馏技术将再生塔6顶蒸汽热量转为更高品质的热源，并整合分流解吸工艺，建立热泵精馏-分流吸收解吸工艺。
在本实施例中，所述一路液相经过第一贫液冷却器8进入再生塔6，另一路液相经过换热器5后一部分进入再生塔6的方法中：一路液相在再生塔6的中部偏上进行进料，另一路液相在再生塔6的上部进行进料。
在本实施例中，所述再生塔6中的气相经过压缩机12增压后经过第二贫液冷却器15进入再生塔6与富液物流换热进行净化的方法中：再生塔6塔顶气相经压缩机12换热后冷凝液与换热后的贫液合流至贫液缓冲罐中循环使用。
在本实施例中，所述另一部分再生塔6中的气相经过酸气冷却器10进入酸气回流罐11进行酸气排出的方法中：对进入酸气回流罐11的酸气进行冷却，冷凝后的液体经过空冷器14、第二贫液冷却器15以及增压泵16增压后进入吸收塔1进行溶液循环，冷凝后的气体进行排放。其中，另一部分再生塔6中的气相先经过节流阀9后在进入酸气冷却器10。
本发明还提供了一种天然气深度脱碳中再生塔节能系统，包括：吸收塔1、闪蒸罐3、换热器5、过滤器13、再生塔6、重沸器7、酸气冷却器10、压缩机12、酸气回流罐11、空冷器14、第一贫液冷却器8以及第二贫液冷却器15以及增压泵16；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闪蒸罐3后分为两路；一路液相经过第一贫液冷却器8进入再生塔6，另一液相路经过换热器5后一部分进入再生塔6，另一部分经过过滤器13除杂、空冷器14以及第二贫液冷却器15降温后经过增压泵16增压进入吸收塔1完成溶液循环；再生塔6中的气相经过压缩机12增压后经过第二贫液冷却器15部分进入再生塔6与富液物流换热进行净化，另一部分再生塔中的气相经过酸气冷却器进入回流罐进行酸气排出；再生塔6底部中的液相经过重沸器7重沸后一部分进入换热器5，另一部分进入再生塔6底部做气提气。
实施例2
依据实施例1所提供的天然气深度脱碳中再生塔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12绝热效率：75％
膨胀机组膨胀端等熵效率：85％
原料气(20℃、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1-吸收塔1上部外输出去，一部分含贫富液经过节流阀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节流阀4。
贫富液流经节流阀4后分两路，第一路液相经过8-贫液冷却器(115.1℃、280KPa、10020kg/h)进入再生塔6中部；第二路液相经过贫富液换热器5(103.2℃、280KPa、40080kg/h)，一部分进入汽体再生塔6上部(97.14℃、150KPa、47820kg/h)，另一部分流经过滤器13去除杂质，经过空冷器14以及贫液冷却器降温后，由贫液增压泵16继续加压流入吸收塔1，完成溶液循环。
再生塔6中气相(97.14℃、150KPa、4140kg/h)经过压缩机12增压(129.9℃、200KPa、4140kg/h)，将压缩机械12做功转化成热能继续传递到再生塔6(113.1℃、170KPa、45960kg/h)，提升再生塔6温度，提高再生效果，减少重沸器7负荷。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6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，热泵精馏-分流解吸工艺节能29.938％。
综上所述，本发明提供了一种天然气深度脱碳中再生塔节能方法及系统，其中，天然气深度脱碳中再生塔节能方法包括：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闪蒸罐后分为两路；其中一路液相经过第一贫液冷却器进入再生塔，另一液相路经过换热器后一部分进入再生塔，另一部分经过过滤器除杂、空冷器以及第二贫液冷却器降温后经过增压泵增压进入吸收塔完成溶液循环；再生塔中的气相经压缩机增压及第二贫液冷却器后，一部分进入再生塔与富液物流换热进行净化，另一部分经过酸气冷却器进入回流罐进行酸气排出。利用压缩机提供一定的机械功，提高再生塔顶蒸汽的热能品质，作为再生塔内富液再生的一股热源。因将回收的塔顶潜热用于系统本身，节省了塔顶冷凝器、冷却水和重沸器加热蒸汽的用量，使得再生能耗明显降低。压缩机消耗的能量是热泵系统中唯一由外界提供，但比再沸器直接加热消耗的热能小，一般只相当于常规工艺的20％-40％。
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 (8)

1.一种天然气深度脱碳中再生塔节能方法，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闪蒸罐后分为两路；其中
一路液相经过第一贫液冷却器进入再生塔，另一液相路经过换热器后一部分进入再生塔，另一部分依次经过过滤器除杂、空冷器以及第二贫液冷却器降温后经过增压泵增压进入吸收塔完成溶液循环；
再生塔中的气相经压缩机增压及第二贫液冷却器后，一部分进入再生塔与富液物流换热进行净化，另一部分再生塔中的气相经过酸气冷却器进入回流罐进行酸气排出。
2.如权利要求1所述的天然气深度脱碳中再生塔节能方法，其特征在于，
所述另一路液相经过换热器后一部分进入再生塔上部，另一部分依次经过过滤器除杂、空冷器以及第二贫液冷却器降温后进入吸收塔完成溶液循环的方法中：
两部分液相的分流比为0.2-0.4。
3.如权利要求1所述的天然气深度脱碳中再生塔节能方法，其特征在于，
所述再生塔中的气相经过压缩机增压后经过第二贫液冷却器进入再生塔与富液物流换热进行净化的方法中：
压缩机前后端压差为40-60KPa。
4.如权利要求1所述的天然气深度脱碳中再生塔节能方法，其特征在于，
所述再生塔中设置有热泵，采用热泵精馏技术将再生塔顶部蒸汽热量的温度进行提升，提高蒸馏时的温度。
5.如权利要求1所述的天然气深度脱碳中再生塔节能方法，其特征在于，
所述一路液相经过第一贫液冷却器进入再生塔，另一路液相经过换热器后一部分进入再生塔的方法中：
一路液相在再生塔的中部偏上进行进料，另一路液相在再生塔的上部进行进料。
6.如权利要求5所述的天然气深度脱碳中再生塔节能方法，其特征在于，
所述再生塔中的气相经过压缩机增压后经过第二贫液冷却器进入再生塔与第一股富液物流换热进行净化的方法中：
再生塔塔顶气相经压缩机换热后冷凝液与换热后的贫液合流至贫液缓冲罐中循环使用。
7.如权利要求1所述的天然气深度脱碳中再生塔节能方法，其特征在于，
所述另一部分经过酸气冷却器进入回流罐进行酸气排出的方法中：
对进入回流罐的酸气进行冷却，冷凝后的液体经过空冷器、第二贫液冷却器以增压泵增压后进入吸收塔进行溶液循环，冷凝后的气体进行排放。
8.一种天然气深度脱碳中再生塔节能系统，其特征在于，包括：
吸收塔、闪蒸罐、换热器、过滤器、再生塔、重沸器、酸气冷却器、压缩机、空冷器、第一贫液冷却器、第二贫液冷却器以及增压泵；
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闪蒸罐后分为两路；其中
一路液相经过第一贫液冷却器进入再生塔，另一液相路经过换热器后一部分进入再生塔，另一部分经过过滤器除杂、空冷器以及第二贫液冷却器降温后经过增压泵增压进入吸收塔完成溶液循环；
再生塔中的气相经过压缩机增压及第二贫液冷却器后部分进入再生塔与富液物流换热进行净化，另一部分再生塔中的气相经过酸气冷却器进入回流罐进行酸气排出；
再生塔底部中的液相经过重沸器重沸后一部分进入换热器，另一部分进入再生塔底部做气提气。
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