CN112646621A

CN112646621A - 一种气体脱水装置的闭环再生系统

Info

Publication number: CN112646621A
Application number: CN201910961770.5A
Authority: CN
Inventors: 胡月华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-10-11
Filing date: 2019-10-11
Publication date: 2021-04-13

Abstract

本发明公开了一种气体脱水装置的闭环再生系统，其中脱水装置中的水饱和干燥剂以前用于天然气脱水，在使用液化石油气（LPG）的闭环工艺中进行再生。液化石油气从储罐中泵出，蒸发和过热。过热的液化石油气进入脱水装置，使热气体通过干燥剂，从而使干燥剂再生。来自脱水装置的架空气流进入冷凝器，在冷凝器中，来自脱水装置的热气温度下降，形成含有液化石油气、水和不可冷凝气体的流体流。流体流进入三相分离器，用于将流体流分离成气体流、水流和含有液化石油气的液体流，然后将其返回储槽，以便在闭环过程中重复使用。

Description

一种气体脱水装置的闭环再生系统

技术领域

本发明涉及使用含有固体干燥剂的吸附床的天然气脱水装置领域。其中包括分子筛、氧化铝和硅胶，并进一步涉及在这种天然气脱水装置中再生吸附床的系统和方法。

背景技术

在常规天然气处理中，天然气经过酸气脱除装置（AGRU）和露点控制，通常通过将天然气通过容器系统或称为脱水装置的装置进行脱水，该脱水装置包含由颗粒材料构成的吸附床，在本文中也称为固体干燥剂、分子筛或分子筛。该系统包括至少两个容器，其中一个容器包含处于再生模式的饱和摩尔筛，而另一个或多个容器以脱水模式操作。在脱水模式下，水和其他污染物被吸附到摩尔筛材料上；在再生模式下，它们被摩尔筛解吸。通常，再生开始于通过热干燥的天然气，即经过饱和摩尔筛脱水的天然气。这需要一台大型压缩机将热干天然气送回脱水装置或AGRU上游的位置。

天然气脱水通常是通过分子筛吸附剂上的热气流来实现的。气体中的水优先被分子筛吸附。在任何液化天然气（LNG）装置中，使用分子筛脱水法去除气体中的水分是一个重要的工艺组件，以满足水分含量规范（低于0.1 ppmv）。天然气中可能含有硫化氢、硫醇、氧气、二氧化碳、羰基硫化物等被分子筛部分共吸附的污染物。在高压再生过程中，系统设计问题，如碳氢化合物和水回流，会导致水解吸不良（摩尔筛内残留水含量高）和腐蚀。这可能导致早期水分突破和与频繁更换分子筛和低脱水器可用性相关的经济损失。

如果摩尔筛床在高温和低压下再生，则再生气体可能是干气、液化天然气蒸发气或任何其他合适的干气的滑流。如果再生是在高压和大容器直径下进行的，那么容器厚度和材料的选择将在再生系统上产生额外的热负荷。

再生气体中含有氧等污染物，在高再生温度下与氢、硫化氢或碳氢化合物（例如丙烷）发生反应，从而形成不需要的副产物，如硫、硫二氧化物、水和二氧化碳。这些副产品可能在下游装置或燃油系统中堆积，导致污染和不合格产品等问题。此外，由于存在污染物，导致脱水装置的性能达不到最佳状态，因此无法实现分子筛的完全再生。这也可能伴随着对分子筛造成的损坏，导致使用寿命缩短。一种已知的溶液是使用额外的吸附剂进一步净化再生气体。然而，这样的方案是昂贵的，不会总是导致再生气体的完全污染物去除。

在天然气脱水装置中，需要一种更有效、更可靠、成本更低的方法和系统来再生饱和摩尔筛。

发明内容

在一个方面，提供了一种用于在天然气原料流脱水过程中使用的含有水饱和摩尔筛的气体脱水装置中再生水饱和摩尔筛的系统。该系统包括用于存储液态丙烷或丁烷（也称为液化石油气）的储罐；用于从储罐中泵送液化石油气的泵；至少两个串联的热交换器，用于接收和转换液化石油气为热（过热）丙烷或丁烷气；气体脱水装置中的再生气体入口，含有待再生的水饱和摩尔筛，用于接收热丙烷或丁烷气，使热丙烷或丁烷气体通过水饱和摩尔筛，从而再生水饱和摩尔筛；与气体脱水装置中的再生气体出口连通的冷凝器，用于接收来自气体脱水装置的含有热丙烷或丁烷气体的架空气流，并降低温度以形成含有液化石油气、水和不可冷凝气体的液流；与冷凝器连通的三相分离器，用于将流体流分离成气体流、水流和包含液化石油气的液体流；以及与三相分离器连通的线路，用于将液化石油气返回储槽。

附图说明

本发明的附图不受权利要求书范围的限制。图中所示的元素不一定要按比例缩放。参考数字表示类似或对应的元素，但不一定相同。

图1-4是根据示例性实施例说明用于再生脱水装置容器的系统的示意图。

具体实施方式

在一个实施例中，参照图1，现在将描述用于天然气进料流脱水过程中的气体脱水装置中的系统100及其用于再生水饱和摩尔筛的操作。如图所示，系统100包括一条管线1，用于将天然气从天然气源（未显示）输送至天然气脱水装置，该装置包括至少两个吸附床，包括容器2和容器6。容器2显示为脱水模式，这样含有天然气的水分进入容器顶部，脱水天然气从容器底部排出。脱水气体收集在管线7中，可在过滤器8中过滤。过滤后的脱水天然气可通过56号线进一步输送至天然气处理厂。

容器6显示为再生模式。容器6含有水饱和干燥剂。容器6底部有再生气体入口6a，顶部有再生气体出口6b。在未显示的实施例中，顶部和底部可以颠倒，以使再生气体入口6a位于容器6的顶部，并且再生气体出口6b位于容器6的底部。

众所周知，通过天然气脱水装置容器2和6的流向取决于在任何给定时间进行的循环模式。例如，在吸收模式下，也被称为脱水模式，水流可以从上到下流动。在降压模式下，流量也将从上到下引导。同样，在预热模式中，流量将从上到下引导。在加热模式下，也被称为再生模式，流量将从下至上。在冷却模式下，流量也会从下到上。在排水模式下，水流将自上而下。最后，在加压模式下，在准备吸收模式时，流量将从上到下引导。在另一个实施例中，这些方向中的每一个都可以反转。

或者，可以在切换阀16的上游添加加热器55，以预热容器6（再生模式），直到床出口温度高于液化石油气的露点温度5℃。另一种选择是使用阀门56在下游方向使用过热的液化石油气，代替使用热天然气管线9和加热器55预热容器6（再生模式）和床层。一旦床层温度达到所需值，床层再生将切换到向上流动方向。

任选地，额外的血管（未显示）可以作为本领域的普通技术人员理解的在吸附和再生模式下存在。

储罐32包含液态丙烷或丁烷，在本文中也被称为液化石油气或液化石油气。来自储罐32的液化石油气由泵34从储罐32通过管道泵送至加热器30。在一个实施例中，加热器30可以是串联的两个热交换器。可以选择在泵34和加热器30之间包括流量控制器31。加热器30接收并将液化石油气转换为热丙烷气或丁烷气。“热丙烷气或丁烷气”是指丙烷或丁烷气过热，即明显高于其露点温度。热丙烷气或丁烷气通过管线26进入再生气体入口6a，进入容器6，在容器6中，热气体通过水饱和干燥剂，从而再生饱和干燥剂。

当离开容器6的再生气体出口6b时，包括丙烷或丁烷气体在内的具有湿气的架空气流通过管路21进入冷凝器19。在冷凝器19中，顶部气流的温度下降，形成含有液化石油气和水的流体流。

流体流离开冷凝器19，进入三相分离器20，用于将流体流分离成气体流、水流和包括液化石油气的液体流。气流通过管路37从分离器20流出。压力控制器38用于降低蒸汽压力，在蒸汽压力被循环回低压原料气流。水流通过管路62从分离器20流出。包括液化石油气在内的液体流通过管路61离开分离器20。在一个实施例中，管线61将液化石油气返回至储罐32。在一个实施例中，管路37中的气流返回管路1到管路39中的进料流。

如果系统中的液化石油气可能损失，流量控制器打开管线51中的控制阀52以提供补充液化石油气。例如，补充液化石油气（未显示）的来源可以是脱丙烷塔顶流或脱丁烷塔顶流。管路61中的控制阀50由分离器20上的液位控制器控制。

如果产生过量的液化石油气，管线53将使用流量控制阀57和管线58将额外的液化石油气引导至脱丙烷塔或脱丁烷塔系统（未显示）。

饱和干燥剂再生后，容器6非常热，应在进一步使用前冷却。在一个实施例中，为了冷却容器6，关闭切换阀27并打开切换阀28，可以使用管线29将来自储罐32的冷却液化石油气引入容器6的下开口6a，以便液化石油气在容器6中蒸发。在初始冷却循环期间，部分液态液化石油气将转化为蒸汽，从再生气体出口6b流出再生床6。如前所述，蒸发的丙烷或丁烷将通过管线21进入冷凝器19。再生床6充满液化石油气，直到液位传感器17指示容器6何时充满，从而确认再生容器6冷却。

充满液化石油气的再生容器6的排放需要关闭开关阀22和28。打开开关阀25，使用管线23将再生容器6中的液化石油气排出，以将液化石油气液体输送至冷凝器19。液位指示器18指示容器6何时排空液化石油气。液位指示器17指示容器6内的液化石油气液位何时被视为满。

再生容器6使用来自管路9的旁路进口气体加压；控制阀15打开，对再生容器6加压。打开切换阀16和25，关闭切换阀22。当使用控制阀15平衡再生容器的压力时，当流量指示器24指示无液体流量时，阀25和16关闭。可任选地包括流量控制器14。然后，再生容器6准备好用于吸附模式，以去除气流中的水。

在一个实施例中，参考图2，可选的蒸馏塔44位于三相分离器20和储罐32之间。在本实施例中，管线61将液化石油气输送至蒸馏塔44。再沸器45可与蒸馏塔44一起使用。蒸汽通过架空线路59排出，并在冷凝器60中冷却。从冷凝器60流出的液体可以在分离器41中分离成轻烃气流（流向管路54）和水流42。压力控制器40可包括在管路54中。液态烃可通过泵43泵送至蒸馏塔44。重流47从蒸馏塔44的底部移除。含有丙烷或丁烷的流46在交叉热交换器48中冷却，液体流通过管路49到达冷却器35。然后，液态丙烷或丁烷返回到液化石油气储罐32。由于系统可能会损失液化石油气，流量指示器33使用管路51打开控制阀52以补充液化石油气。管路61中的控制阀50由分离器20上的液位控制器控制。

在一个实施例中，参考图3，一个可选的脱水装置（也称为66/67）位于三相分离器20和液化石油气储罐32之间。可选的脱水装置包括多个吸附床，其中包含容器66和67。可选脱水装置进一步去除热丙烷或丁烷气中的溶解水。图3显示脱水模式下的容器66和再生模式下的容器67。如图所示，包括阀门70的管线将热丙烷或丁烷气从管线26引至脱水装置67，管线将气体从脱水装置67引至冷凝器19上游的位置。管线13用于在加热循环后向上流动方向蒸发液态液化石油气以冷却床67。管线51可用于将补给液化石油气从杜丁烷塔（未显示）输送至容器66。来自容器66的液化石油气被输送至储罐32。切换阀68和69用于将丙烷或丁烷流引导至容器66/67。阀门71可用于将丙烷或丁烷的侧流转移至冷凝器19上游管线21中的位置。阀72可设置在控制阀52的下游和容器66的上游。阀73可设置在阀72的下游，用于控制液体流（包括从分离器20到容器66的液化石油气）的流量。阀门74可安装在容器66和储罐32之间。在另一个实施例中，这些方向中的每一个都可以反转。

在一个实施例中，参考图4，可选的固体氢氧化钾处理单元64位于三相分离器20和储槽32之间。固体氢氧化钾处理装置64接收来自三相分离器20的含有液化石油气的液流，并从液流中除去硫化氢、羰基硫化物或硫醇。可从固体氢氧化钾处理装置64中移除废氢氧化钾流63，并将其送至废物贮存室（未显示）进行适当处理。来自固体氢氧化钾处理装置64的物流61可在可选的聚结器65中处理，以去除包括氢氧化钾、硫化钾和硫化钾在内的处理器废物携带物。

本文公开了闭环再生系统和方法的各种实施例。本文所公开的实施例旨在用于新的天然气厂或现有天然气厂的改造，特别是那些再生系统不充分的装置，其中涉及再生气体流速和污染问题。本文公开的实施例为再生过程的加热步骤提供了优点，并且利用现有的再生设施进行抛光和冷却步骤。

本文所公开的闭环再生系统和方法通过使用单独的再生介质（如液化石油气）来减少传统系统的水回流、再生气体流量不足和污染物问题。再生介质可以蒸发（过热）再生，然后冷凝、处理以去除分子筛床上解吸的水和硫化氢等化合物，然后再回收。处理过程包括一个固体床KOH处理器和相关的聚结器、汽提塔和一个小的液体分子筛脱水器作为防潮床的组合。根据现有的液化石油气（丙烷、丁烷或两者的混合物）和设施基础设施，可以取消这些处理步骤中的一个或多个。再生介质不与工艺气体混合，使吸附和再生系统保持独立。这可以使分子筛再生得更好，完全去除气流中的污染物，并提高吸附效率。

与传统系统相比，目前的闭环再生系统和方法的优点包括但不限于以下几点。低压再生可获得更高的体积气流量，并通过分子筛床实现更好的传热和气体分布，从而降低残余水含量。再生过程中分子筛床内的水回流减少。使用液化石油气蒸汽的缓慢倾斜更容易实现，因为过热热油流量比燃烧式加热器更容易控制。液化石油气蒸发冷却分子筛床的速度较快。无需压缩机来流动再生介质，因为泵可作为主要动力驱动装置，以确保再生始终可以执行。没有全流循环流返回到脱水装置或AGRU上游的位置，这导致胺接触器、脱水器和相关设备的设备尺寸较小。可实现无硫无氧再生，提高脱水机性能，延长使用寿命。由于再生介质更清洁，闭环再生过程更可靠，并且满足脱水器产品气中更严格的0.1ppm最大含水量规范。再生汽提塔的操作参数可以根据污染（水、轻烃和重烃、不需要的硫种类、不可冷凝）的变化进行调整，以提供最佳的再生介质，从而降低总体成本。闭环再生系统和方法消除了分子筛床置换过程中硫化氢气体的释放，减少了整体循环和置换时间。因为它不需要用水淹没床层，随后连接到火炬系统，以排放硫化氢气体。闭环再生工艺比现有技术更安全，因为它不会使工厂人员暴露在硫化氢中，没有水的使用，产生的废物更少（如果使用KOH处理器，则不包括废物KOH）。在酸气再生过程中，循环隔离阀对硫化氢的暴露较少。由于与天然气相比，液化石油气作为载气的热含量更高（高10-20%），因此采用液化石油气的闭环再生系统和方法缩短了再生加热时间并增加了待机时间。液化石油气再生减少了脱水床内的窜槽，因为液化石油气再生压力较低，使得脱水床内的流体流动分布更好。在使用液化石油气的闭环再生系统和方法中，由于再生是在闭环系统中进行的，因此可以在不影响装置进料能力的情况下提高液化石油气的流量。这有助于缩短再生时间。

Claims

1.一种用于再生天然气进料流脱水工艺中含有饱和摩尔筛的气体脱水装置的闭环再生系统，包括：a.用于存储液态丙烷或丁烷的储罐；b.用于从储罐中泵送液态丙烷或丁烷的泵；c.至少两个串联的热交换器，用于接收液态丙烷或丁烷，并将液态丙烷或丁烷转化为热丙烷气或丁烷气；d.含有待再生饱和摩尔筛的气体脱水装置中的再生气体入口，用于接收热丙烷或丁烷气体，以便热丙烷气体或丁烷气体通过饱和摩尔筛，从而再生摩尔筛；e.与气体脱水装置中的再生气体出口连通的冷凝器，用于接收来自气体脱水装置的含有热丙烷气体或丁烷气体的架空气流，并降低温度以形成含有液态丙烷或丁烷的液流，含水和不凝性气体；f.与冷凝器连通的三相分离器，用于将流体流分离为气流、水流和包含液态丙烷或丁烷的液体流；g.与三相分离器连接的线路，用于将液态丙烷或丁烷返回储罐。