CN112391216A - 一种三甘醇溶剂的再生装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种三甘醇溶剂的再生装置和方法，该装置包括依次连通的闪蒸罐、再生塔和贫富溶剂换热器；闪蒸罐设有原料入口和富溶剂出口，再生塔的上部设有换热设备，换热设备的入口与富溶剂出口连通，换热设备的出口与贫富溶剂换热器的第一介质入口连通，贫富溶剂换热器的第一介质出口与再生塔的入口连通，再生塔的塔底液出口与贫富溶剂换热器的第二介质入口连通。本公开的装置和方法使得闪蒸脱除天然气后的富三甘醇溶剂在换热设备中与再生塔上部含有水和轻烃的高温混合气进行换热。本公开通过以上方式对富三甘醇溶剂中解吸出来的温度较高的水、烃类气体中的热量进一步回收利用，从而降低了三甘醇再生过程中的热量损失和装置能耗。

Description

一种三甘醇溶剂的再生装置和方法
技术领域
本发明属于天然气净化领域，具体涉及一种三甘醇溶剂的再生装置和方法。
背景技术
天然气净化是天然气生产过程中的一个中间环节，目的是将从气田开采出的含硫天然气中H2S及H2O几乎全部脱除，并部分脱除CO2，使净化后的天然气气质满足国家标准《天然气》产品气的要求，并将天然气中脱除的含有H2S的酸性气体中的元素硫回收生产硫磺产品。
国家标准《天然气》规定，产品天然气的水露点在出厂压力条件下应低于下游输送过程中最低环境温度5℃。因此，天然气净化工程必须含有天然气脱水单元，目前国内外应用较广泛，技术较成熟的工艺主要为溶剂吸收法。溶剂吸收法是利用溶剂的良好吸水性能，通过在吸收塔内天然气与溶剂逆流接触进行气液传质以脱除天然气中的水分。工业生产中最常用的溶剂为三甘醇水溶液。
脱除了天然气中水分的富三甘醇溶剂再生时，需从50℃加热到较高温度(一般为200-220℃)，同时再生后的贫溶剂进入吸收塔之前需冷却至吸收塔操作温度，通常的节能措施是将再生塔底出口贫溶剂与入塔前富溶剂在换热器中进行热量交换，回收一部分能量，但该方法装置的能耗仍然较高。
发明内容
本公开的目的是提供一种三甘醇溶剂的再生装置和方法，该装置和方法能够实现再生塔内热量的进一步回收利用，降低生产能耗。
为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种三甘醇溶剂的再生装置，该装置包括依次连通的闪蒸罐、再生塔和贫富溶剂换热器；
所述闪蒸罐设有原料入口和富溶剂出口，所述再生塔的上部设有换热设备，所述换热设备的入口与所述富溶剂出口连通，所述换热设备的出口与所述贫富溶剂换热器的第一介质入口连通，所述贫富溶剂换热器的第一介质出口与所述再生塔的入口连通，所述再生塔的塔底液出口与所述贫富溶剂换热器的第二介质入口连通。
可选地，所述换热设备包括冷却盘管，所述冷却盘管的入口与所述富溶剂出口连通，所述冷却盘管的出口与所述第一介质入口连通；所述冷却盘管绕所述再生塔的轴向螺旋盘绕且所述冷却盘管的入口高于所述冷却盘管的出口。
可选地，所述冷却盘管的底端距所述再生塔的塔底面的距离为1200-2000mm。
可选地，该装置还包括尾气出口，所述闪蒸罐的气体出口和所述再生塔的塔顶气出口分别与所述尾气出口连通。
本公开第二方面提供一种采用本公开第一方面所述的装置进行三甘醇溶剂再生的方法，该方法包括如下步骤：
使富三甘醇溶剂原料进入闪蒸罐进行闪蒸，得到含有天然气的闪蒸罐尾气和脱除天然气的富三甘醇溶剂；
使所述脱除天然气的富三甘醇溶剂进入再生塔上部与含有水和轻烃的混合气体进行第一换热，得到第一富三甘醇溶剂；
使所述第一富三甘醇溶剂进入贫富溶剂换热器与贫三甘醇溶剂进行第二换热，得到第二富三甘醇溶剂；
使所述第二富三甘醇溶剂进入所述再生塔进行再生，从所述再生塔的顶部和底部分别得到所述混合气体和所述贫三甘醇溶剂；并使所述贫三甘醇溶剂进入所述贫富溶剂换热器进行所述第二换热。
可选地，所述闪蒸罐的闪蒸温度为38-45℃。
可选地，所述第一富三甘醇溶剂的温度为53-68℃；所述第二富三甘醇溶剂的温度为165-180℃。
可选地，该方法还包括：使所述混合气体经所述第一换热后从塔顶引出，并与所述闪蒸罐的闪蒸尾气一并排出装置。
本公开第三方面提供一种采用本公开第一方面所述的再生装置与吸收塔组合成的净化天然气的系统，所述系统包括吸收塔和本公开第一方面所述的装置，所述闪蒸罐的原料入口与所述吸收塔的富溶剂出口连通，所述贫富溶剂换热器的第二介质出口与所述吸收塔的贫溶剂入口连通。
本公开第四方面提供一种采用本公开第三方面所述的系统净化天然气的工艺。
本公开的装置和方法使得闪蒸脱除天然气后的富三甘醇溶剂在换热设备中与再生塔上部含有水和轻烃的高温混合气进行换热。本公开通过以上方式对富三甘醇溶剂中解吸出来的温度较高的水、烃类气体中的热量进一步回收利用，从而降低了三甘醇再生过程中的热量损失和装置能耗。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是本公开的三甘醇溶剂的再生装置的一种具体实施方式的工艺流程图。
图2是本公开的对比例中的三甘醇溶剂再生装置的工艺流程图。
附图标记说明
设备
1.闪蒸罐 2.再生塔
3.贫富溶剂换热器 4.换热设备(冷却盘管)
物流
a.脱除天然气的富三甘醇溶剂 b.第一富三甘醇溶剂
c.第二富三甘醇溶剂 d.贫三甘醇溶剂
e.贫三甘醇溶剂原料
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指装置在正常使用状态下的上和下，具体可参考图1的图面方向。“内、外”是指针对装置本身的轮廓而言的。
如图1所示，本公开第一方面提供一种三甘醇溶剂的再生装置，该装置包括依次连通的闪蒸罐1、再生塔2和贫富溶剂换热器3；闪蒸罐1设有原料入口和富溶剂出口，再生塔2的上部设有换热设备4，换热设备4的入口与富溶剂出口连通，换热设备4的出口与贫富溶剂换热器3的第一介质入口连通，贫富溶剂换热器3的第一介质出口与再生塔2的入口连通，再生塔2的塔底液出口与贫富溶剂换热器3的第二介质入口连通。
本公开使闪蒸脱除天然气后的富三甘醇溶剂a在换热设备4中与再生塔2上部含有水和轻烃的高温混合气进行换热。本公开通过以上方式对富三甘醇溶剂中解吸出来的温度较高的水、烃类气体中的热量进一步回收利用，从而降低了三甘醇再生过程中的热量损失和再生装置的能耗。
根据本公开，再生装置中的闪蒸罐1和贫富溶剂换热器3可以为本领域常规种类，本公开没有特别要求。在本公开的装置中，闪蒸脱除天然气后的富液与水和轻烃的混合气在再生塔2上部换热设备4中进行第一换热，以回收富三甘醇溶剂中解吸出来的温度较高的水、烃类混合气气中的热量。换热设备4可以为本领域常规种类，本申请没有特别要求，例如可以设置于再生塔2上部空间的间壁式换热设备，例如换热管。在本公开的一种具体实施方式中，换热设备4包括冷却盘管，冷却盘管的入口与富溶剂出口连通，冷却盘管的出口与第一介质入口连通；进一步地，冷却盘管绕再生塔2的轴向螺旋盘绕且冷却盘管的入口高于冷却盘管的出口，以进一步增大换热设备的换热面积和两端换热温差，取得更好的换热效果。在本公开的其他实施方式中，换热设备4可以为直管、U型管或蛇形管。
根据本公开，换热设备4在再生塔2内的安装位置没有特别要求，进一步地，为了提高换热设备4内的富溶剂与再生塔2上部的高温混合气的换热效果，一种实施方式中，冷却盘管的底端距再生塔2底面的距离可以为1200-2000mm，优选为1400-1600mm。
在本公开的一种具体实施方式中，为了收集闪蒸罐1及再生塔2的天然气尾气，该装置还包括尾气出口；进一步地，闪蒸罐1出口和再生塔2顶端气出口分别与尾气出口连通。
本公开的第二方面提供采用本公开的第一方面的装置进行三甘醇溶剂再生的方法，该方法包括如下步骤：
使富三甘醇溶剂原料进入闪蒸罐1闪蒸，得到含有天然气的闪蒸罐尾气和脱除天然气的富三甘醇溶剂a；
使脱除天然气的富三甘醇溶剂a进入再生塔2上部与含有水和轻烃的混合气体进行第一换热，得到第一富三甘醇溶剂b；
使第一富三甘醇溶剂b进入贫富溶剂换热器3与贫三甘醇溶剂d进行第二换热，得到第二富三甘醇溶剂c；
使第二富三甘醇溶剂c进入再生塔2进行再生，从再生塔2的顶部和底部分别得到混合气体和贫三甘醇溶剂d；并使贫三甘醇溶剂d进入贫富溶剂换热器3进行第二换热。
该方法不仅实现了三甘醇溶剂的再生，还通过对再生塔2上部水和轻烃的混合气中热量的进一步回收利用，降低了三甘醇再生过程中的热量损失和再生能耗。
在根据本公开的方法中，闪蒸罐1的操作条件可以在较大范围内变化，为了进一步提高进料富溶剂中天然气的脱除效果，优选地，闪蒸罐1的闪蒸温度可以为38-45℃，更优选为42-45℃。
在根据本公开的方法中，富三甘醇溶剂原料的进料温度没有特殊要求，可以为40-50℃，经与再生塔2内的高温混合气体进行第一换热后，得到的第一富三甘醇溶剂b的温度可以为53-68℃，优选为55-60℃，以充分回收该混合气中的热量。进一步地，第一富三甘醇溶剂b在贫富溶剂换热器3中与贫三甘醇溶剂d进行第二换热后得到的第二富三甘醇溶剂c的温度可以为165-175℃或170-180℃，该第二富三甘醇溶剂c进入再生塔2后可以经塔底再沸器加热至190-200℃
更进一步优选地，该方法还包括：使混合气体经第一换热后从塔顶引出，并与闪蒸罐1的闪蒸尾气一并排出装置。
本公开第三方面提供一种采用本公开第一方面的再生装置与吸收塔组合而成的净化天然气的系统，该系统包括吸收塔和本公开第一方面提供的再生装置，闪蒸罐1的原料入口与吸收塔的富溶剂出口连通，贫富溶剂换热器3的第二介质出口与吸收塔的贫溶剂入口连通。
该系统不仅能实现天然气净化过程中三甘醇溶剂完整的吸收和解吸循环，更重要的是能够对再生塔上部水和轻烃混合气热量的进一步回收利用，降低了系统能耗。
本公开第四方面提供一种采用本公开第三方面的系统净化天然气的工艺。
该工艺能够实现天然气的低能耗净化。
下面通过实施例来进一步说明本公开，但是本公开并不因此而受到任何限制。
实施例
采用如图1所示的装置，自上游装置来的富三甘醇溶剂原料进入闪蒸罐1，其闪蒸温度为43℃，在闪蒸罐1内将三甘醇溶剂中溶解的天然气闪蒸出来，闪蒸出的天然气尾气并入再生塔2顶端的气体出口管线，闪蒸后得到的脱除天然气的富三甘醇溶剂a被送至再生塔2上部的换热设备4(冷却盘管)，其温度为45℃，换热设备4(冷却盘管)距再生塔2底面距离为1500mm。脱除天然气的富三甘醇溶剂a第一次进入再生塔2。由换热设备4(冷却盘管)与再生塔顶水和轻烃的混合气体进行第一次换热升温，所得第一富三甘醇溶剂b的温度为58℃，将其送至贫富溶剂换热器3与来自再生塔2底部的贫三甘醇溶剂d进行第二次换热升温得到温度为175℃的第二富三甘醇溶剂c，由塔中部第二次进入再生塔2。该富溶剂进入再生塔后自上而下流经散堆填料，经塔底再沸器采用高压蒸汽加热至200℃后脱除富溶剂中的水和烃类，从富溶剂中解吸出的水和烃类气体自下而上流经再生塔2上部的换热设备4(冷却盘管)，与脱除天然气的富三甘醇溶剂a换热后由塔顶出装置送至尾气处理装置。再生后得到的贫三甘醇溶剂d为195℃，由塔底流出进入贫富溶剂换热器3与第一富三甘醇溶剂b换热后出装置再次利用。
本实施例中，通过计算后得到各物流性质如表1。
表1各物流性质表
物流编号 a b c d e
温度℃ 45 58 175 195 74
流量kg/h 3200 3200 3200 3100 3100
由表1可知，脱除天然气的富三甘醇溶剂a经换热设备4(冷却盘管)后温度由45℃被加热至58℃后，再经贫富溶剂换热器3换热后温度升至175℃进入再生塔2。在此种工况下，塔底再沸器的热负荷为147kw。再生后贫三甘醇溶剂d经贫富溶剂换热器3换热后温度为74℃，后续生产工况中冷却贫三甘醇溶剂原料e所需的热负荷为60kw。
对比例
采用如图2所示的三甘醇溶剂再生装置的工艺流程，其与实施例1的区别在于：闪蒸后脱除天然气的富三甘醇溶剂a与塔底部的贫三甘醇溶剂d进行一次换热后便进入再生塔2进行再生。在图2所示的流程中，各物流性质如表2。
表2各物流性质表
物流编号 a c d e
温度℃ 45 165 195 73
流量kg/h 3200 3200 3100 3100
由表2可知，脱除天然气后的富三甘醇溶剂a经贫富溶剂换热器3换热后温度升至165℃进入再生塔2。在此种工况下，塔底再沸器的热负荷为172kw。再生后贫三甘醇溶剂d经贫富溶剂换热器3换热后温度为73℃，后续生产工况中冷却贫三甘醇溶剂原料e所需的热负荷为58kw。
从实施例和对比例可以看出，采用本公开的装置和方法将再生塔上部解吸出来的温度较高的水和轻烃混合气对闪蒸脱除天然气后的富溶剂进行第一次换热，使得经过贫富溶剂换热器第二次换热后的第二富三甘醇溶剂温度较现有技术提高了10℃，塔底再沸器能耗降低了14.5％，三甘醇再生装置总能耗节省11.1％。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种三甘醇溶剂的再生装置，其特征在于，该装置包括依次连通的闪蒸罐、再生塔和贫富溶剂换热器；
所述闪蒸罐设有原料入口和富溶剂出口，所述再生塔的上部设有换热设备，所述换热设备的入口与所述富溶剂出口连通，所述换热设备的出口与所述贫富溶剂换热器的第一介质入口连通，所述贫富溶剂换热器的第一介质出口与所述再生塔的入口连通，所述再生塔的塔底液出口与所述贫富溶剂换热器的第二介质入口连通。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述换热设备包括冷却盘管，所述冷却盘管的入口与所述富溶剂出口连通，所述冷却盘管的出口与所述第一介质入口连通；所述冷却盘管绕所述再生塔的轴向螺旋盘绕且所述冷却盘管的入口高于所述冷却盘管的出口。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述冷却盘管的底端距所述再生塔的塔底面的距离为1200-2000mm。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，该装置还包括尾气出口，所述闪蒸罐的气体出口和所述再生塔的塔顶气出口分别与所述尾气出口连通。
5.一种三甘醇溶剂的再生方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
使富三甘醇溶剂原料进入闪蒸罐进行闪蒸，得到含有天然气的闪蒸罐尾气和脱除天然气的富三甘醇溶剂；
使所述脱除天然气的富三甘醇溶剂进入再生塔上部与含有水和轻烃的混合气体进行第一换热，得到第一富三甘醇溶剂；
使所述第一富三甘醇溶剂进入贫富溶剂换热器与贫三甘醇溶剂进行第二换热，得到第二富三甘醇溶剂；
使所述第二富三甘醇溶剂进入所述再生塔进行再生，从所述再生塔的顶部和底部分别得到所述混合气体和所述贫三甘醇溶剂；并使所述贫三甘醇溶剂进入所述贫富溶剂换热器进行所述第二换热。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述闪蒸罐的闪蒸温度为38-45℃。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一富三甘醇溶剂的温度为53-68℃；所述第二富三甘醇溶剂的温度为165-180℃。
8.根据权利要求5或6所述的方法，其中，该方法还包括：使所述混合气体经所述第一换热后从塔顶引出，并与所述闪蒸罐的闪蒸尾气一并排出装置。
9.一种净化天然气的系统，其特征在于，所述系统包括吸收塔和权利要求1～4中任意一项所述的装置，所述闪蒸罐的原料入口与所述吸收塔的富溶剂出口连通，所述贫富溶剂换热器的第二介质出口与所述吸收塔的贫溶剂入口连通。
10.采用权利要求9所述的系统净化天然气的工艺。
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