CN114231327A - 一种天然气加热再生一体化脱水装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天然气加热再生一体化脱水装置及方法，所述装置包括入口过滤器(1)，第一脱水塔(2)和第二脱水塔(6)，出口过滤器(3)，循环压缩机(4)，气液分离器(5)，冷却器(7)，其中第一脱水塔(2)和第二脱水塔(6)切换进行吸附和再生。本发明的装置将加热器与干燥塔内置式设计，塔进出口采用滤芯形式，可任意拆装更换，其结构满足较大的过流面积，该装置无需额外仪表风空压系统，入口过滤后气体即可满足仪表风气源条件，无能耗，气质干净。

Description

一种天然气加热再生一体化脱水装置及方法

技术领域

本发明提供了一种天然气加热再生一体化脱水装置及方法，将加热器与干燥塔内置式设计，减少管路阀门及热量损失，应用于天然气脱水使用。

背景技术

根据当进入储气装置的天然气含水量超过GB18074-2000《车用压缩天然气》规定时，站内应配置天然气脱水装置，脱水工艺宜采用固体吸附法，脱水设备应按两套并联使用，其中一套系统在运行，另一套系统进行再生，交替运行周期宜为6～8h。

传统的脱水装置通常由前后置过滤器、吸附塔、再生塔、循环压缩机、电加热器、气液分离器组成，通常再生塔和电加热器为分体设计，天然气经过电加热器及管路阀门后再进入再生塔对分子筛进行加热再生。当脱水装置为全自动装置时，阀门由仪表风控制，仪表风气源由仪表风压缩机系统提供，且仪表风压缩系统一般为非防爆设计，需设置在非防爆区，通过管道引至脱水装置。

CN112175686A公开了一种天然气分子筛脱水塔吸附和再生系统及方法，由至少两个分子筛脱水塔、多个程控阀和控制器组成吸附和再生系统，分子筛脱水塔的上端设置有吸附管线进口和再生管线出口，分子筛脱水塔的下端设置有吸附管线出口和再生管线进口；吸附管线进口、再生管线出口、吸附管线出口和再生管线进口上均连接有程控阀；再生管线进口通过程控阀连接有再生气加热冷吹机构；控制器与多个程控阀及再生气加热冷吹机构电信号连接；分子筛脱水塔之间并联，一个分子筛脱水塔处于再生状态，其余分子筛脱水塔处于正常吸附状态。通过控制器远程精确控制各塔流程切换，有效减少了人工环节，提高了工作效率。

CN103071475A公开了一种天然气工业对天然气深度脱水的天然气吸附剂再生节能工艺及装置。它可克服吸附剂再生时能耗大、加热时间长的问题。其技术方案是：采用两塔流程，一塔天然气脱水，另一塔吸附剂再生，然后切换操作；天然气脱水时压缩天然气先经前过滤分离器分离后进入A脱水塔进行脱水得到干燥天然气，再经后过滤分离器分离后进入储气罐；吸附剂加热再生时节流降压后的再生气经换热器、加热器升温后进入B脱水塔对吸附剂进行再生，然后进入换热器降温，再经冷凝分离器分离后进入回收罐；吸附剂冷吹再生时节流降压后的再生气进入B脱水塔对吸附剂冷吹降温。该工艺实现了能量的互补利用，降低了吸附剂再生时的能耗，实现装置的节能运行。

CN109957429A公开了带热回收利用结构的天然气分子筛吸附脱水的系统及方法，包括由多个吸附塔组成的吸附塔群、过滤器、加热器、热回收换热器、空冷器、气液分离器和压缩机，在吸附塔群中，至少一个吸附塔充当脱水塔，至少一个吸附塔充当冷却再生塔，至少一个吸附塔充当热再生塔，至少一个吸附塔充当备用塔,经过开关阀和吸附塔的相互配合，实现脱水、冷再生和热再生的过程，无废气排放，避免天然气浪费或增加其他处理设备，提高装置的操作弹性和运行的可靠性，实现大规模的连续脱水操作，可广泛的应用于天然气的脱水。

CN205062014U公开了一种天然气脱水系统，包括：天然气脱水装置，其包括至少两个吸附塔，所述吸附塔中设置有干燥剂；每一个吸附塔的两端均联通有：脱水管路，其一端与待脱水天然气进口联通，其另一端与脱水完成天然气出口联通；再生管路，其为封闭式循环管路，且从吸附塔的顶端至底端依次串联有冷却器、气液分离器、天然气压缩机、和加热器；阀门，其控制所述吸附塔选择性地与所述脱水管路和再生管路其中之一连接。本实用新型通过工艺管路的特殊设计，通过阀门控制再生工艺流程，可同时实现开式和闭式再生，实现零排放，特别是可以适应进气压力的大范围波动，当进气压力在使用压力的20％～200％范围波动时，天然气脱水系统可正常工作。

发明内容

本发明提供一种天然气加热再生一体化脱水装置，将加热器与干燥塔内置式设计，塔进出口采用滤芯形式，可任意拆装更换，其结构满足较大的过流面积，内置电加热器，将气体温度加热至230℃左右，使分子筛完全再生。出口优选带有温度传感器，可以根据温度设置加热器启停，最大程度节省电耗。采用气动控制阀门，全自动控制，用5个气动控制阀门控制脱水装置的吸附与再生，可实现无人操作。本发明所述的脱水装置，采用等压再生方式，实现气体零排放功能，用高精度低压损设备保障最大流量。该装置设备尺寸小，占地面积小，可单独成撬或与其他装置组合成撬，满足公路运输的要求。

一种天然气加热再生一体化脱水装置，其包括入口过滤器，第一脱水塔和第二脱水塔，出口过滤器，循环压缩机，气液分离器，冷却器，其中第一脱水塔和第二脱水塔切换进行吸附和再生，

其中，入口过滤器设置于天然气进料管线上，天然气进料管线在入口过滤器之后经由第一三通阀分支为第一管线和第二管线，分别连接第一脱水塔和第二脱水塔的底部或下部开口，在第一管线和第二管线之间桥连第三管线，第三管线上设置第二三通阀，

第一脱水塔和第二脱水塔的顶部开口分别连接第四管线和第五管线，第四管线和第五管线经由第四三通阀汇聚成天然气输出管线，天然气输出管线上设有出口过滤器，

在第四管线和第五管线之间桥连有第六管线和第七管线，第六管线上设有第三三通阀，第三三通阀的第三端口(经由管线)连接循环压缩机的出口，第七管线上设有控制阀，

第二三通阀的第三端口引出第八管线连接于第三三通阀的第三端口，第八管线上依次设有冷却器、气液分离器和循环压缩机。

进一步地，从天然气进料管线(优选从入口过滤器顶部取气)上引出总调节气源管线，总调节气源管线上设有调压阀，总调节气源管线在调压阀之后分为第一调节气源管线和第二调节气源管线，或从天然气进料管线(优选从入口过滤器顶部取气)上分别引出第一调节气源管线和第二调节气源管线，第一调节气源管线和第二调节气源管线分别设有调压阀，

第一调节气源管线通过第一电磁阀给第一到第四三通阀供气来控制第一到第四三通阀的操作，第二调节气源管线通过第二电磁阀给控制阀供气来控制控制阀的操作。

进一步地，天然气进料管线上的入口过滤器的上游设有第一切断阀和在天然气输出管线上的出口过滤器的下游设有第二切断阀。

进一步地，当第一脱水塔处于吸附流程时，天然气进料管线经由第一三通阀与第一脱水塔的底部开口连通，第一脱水塔的顶部开口经由第四三通阀与出口过滤器的进口连通，冷却器经由第二三通阀与第二脱水塔的底部开口连通，循环压缩机出口经由第三三通阀与第二脱水塔的顶部开口连通；

当第一脱水塔处于再生流程时，天然气进料管线经由第一三通阀与第二脱水塔的底部开口连通，第二脱水塔的顶部开口经由第四三通阀与出口过滤器的进口连通，冷却器经由第二三通阀与第一脱水塔的底部开口连通，循环压缩机出口经由第三三通阀与第一脱水塔的顶部开口连通。

上述操作可通过第一电磁阀控制第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀和第四三通阀来实现。

本发明中，所有三通阀优选为气动三通球阀，控制阀优选为气动球阀。

在天然气进料管线上的入口过滤器的上游可设置第一压力变送器。

在第八管线上的循环压缩机的下游可设置第二压力变送器，用于检测压缩机压缩后气体的压力。

在调压阀的下游可设有第三压力变送器。

在冷却器的两侧的第八管线上可设有第一温度变送器和第二温度变送器。

在第一脱水塔和第二脱水塔的顶部开口处可设有第三温度变送器和第四温度变送器。

在天然气输出管线上的出口过滤器的下游可进一步设有露点检测仪。

控制阀为自动开关阀，两塔切换时全开，后期根据压力开启或关闭。再生时当温度升高导致再生气路压力升高时，阀根据循环压缩机下游的管道内天然气压力自动打开泄压，当压力泄放至设定压力后关闭，保证再生系统不因超压而引起安全阀起跳。当再生气路因温度降低压力降低至设定压力时，增压阀打开，脱水主管路中气体进入再生系统，保证再生气量充足，当压力超过设定压力时，关闭。

进一步地，所述第一脱水塔或第二脱水塔包括筒体(内部填装分子筛)和在该筒体的顶部设置的上封头和在该筒体的底部设置的下封头，位于筒体下部(例如筒体的下1/10高度到 1/6高度内)的天然气进出口，与天然气进出口连通的第一粗过滤器和位于第一粗过滤器外部的第一过滤器保护筒，第一粗过滤器沿径向或与筒体轴线垂直地伸入筒体内，

位于筒体上部的天然气口，与天然气口连通的第二粗过滤器和位于第二粗过滤器外部的第二过滤器保护筒(天然气口可开设在第二过滤器保护筒的上部或上封头的上部)，其中气相管口加热器伸入第二粗过滤器内，第二粗过滤器沿轴向伸入筒体内，

在上封头的上部设有分子筛进料口，下封头的下方设有分子筛卸料口。

在一个实施方案中，第二粗过滤器与气相管口加热器的法兰固定在一起。

在第二粗过滤器外部装有的第二过滤器保护筒，可防止分子筛与第二粗过滤器接触，同时方便第二粗过滤器抽出维修更换。

在一个实施方案中，第一过滤器保护筒穿过筒体壁并焊接在筒体壁上，第二过滤器保护筒是焊接在容器封头上的，过滤器保护筒为孔板型保护筒(例如有底圆筒结构)，用于阻隔分子筛与滤芯，保护滤芯同时便于滤芯更换。

工作时，气体从气相口进入，经过第一粗过滤器过滤后进入吸附塔分子筛吸附掉水分，使气体露点达到-60℃以下，经过第二过滤器保护筒进入第二粗过滤器，经过天然气口完成吸附。再生时，天然气经天然气口进入电加热器加热，加热后经第二粗过滤器、第二过滤器保护筒后进入分子筛，给分子筛加热再生，然后气体经过第一过滤器保护筒、第一粗过滤器，最后从天然气进出口出去，完成分子筛加热再生。

第一和第二粗过滤器的过滤精度可以为50-100目或60-90目，例如为80目，主要用于过滤掉分子筛粉尘。

为了便于放置加热器及维修，筒体的公称直径一般为0.5～1米，筒体的高度一般是1～2 米。筒体的直径由天然气入口气量和含水量计算出需要分子筛体积，从而确定其直径、高度以及壁厚。

第一过滤器尺寸根据过滤精度和过滤流量计算，直径约为筒体的1/3，长度约为筒体高度的1/4；第二过滤器的尺寸可由加热器尺寸决定，以能够容纳加热器为准。

本发明的装置为双塔结构，一吸附，一再生，天然气经过入口过滤器进入吸附塔吸附，再进入出口过滤器过滤掉粉尘，天然气露点达到-65℃以下后进入下游管道。再生时，天然气直接从主管路采气，进入循环压缩机，再进入再生塔，再生气冷却器即可完成分子筛再生。本装置设计的脱水装置可用于天然气脱水，整个系统循环为独立循环，对输气量无任何影响，无天然气损耗。同时将再生加热器内置于脱水塔中，减少管路及管路阀门，无热量损失，加快再生速度。

常规仪表风采用空气或氮气。采用该方式时，需要仪表风压缩机、干燥系统以及相关管路和控制系统。而本发明采用天然气作为仪表风气源，采用管路天然气稳压后使用，无需额外设置仪表风系统，减少设备投入及占地，无能耗，压力稳定，与该装置一体化设计，整个控制与设备一体控制。

本发明的天然气加热再生一体化脱水装置采用脱水塔与再生加热器一体式设计，加热器内置于脱水塔中，再生时，加热后气体直接进入脱水塔分子筛中，给分子筛直接加热，中间无管路，无切换阀门，减少阀门的同时，无热损耗。

本发明采用三通阀门，减少阀门数量及管路。

本发明脱水塔第一和第二粗过滤器优选采用套筒式结构，套筒包覆丝网，作为粉尘粗过滤，避免分子筛粉尘进入下游管网。套筒过滤结构便于拆卸，损坏时，直接从法兰处抽出更换即可。

作为优选，入口过滤器采用精过滤器滤芯，特殊的折皱结构，以最小的体积满足最大的过滤面积，保证过滤精度的同时使压力损失最小化，可以过滤气体中杂质及游离水，以提高脱水装置阀门的可靠性、延长其使用寿命。

作为优选，出口过滤器，采用精过滤器滤芯，特殊的折皱结构，以最小的体积满足最大的过滤面积，保证过滤精度的同时使压力损失最小化，可以过滤气体中由于分子筛粉化而出现的粉尘及气体中其他杂质。

脱水加热一体塔，采用双塔结构，塔进出口采用滤芯形式，可任意拆装更换，其结构满足较大的过流面积。吸附塔上设有专门的装料口和卸料口，可不拆管路即可更换分子筛。内置电加热器，将气体温度加热至230℃左右，使分子筛完全再生。出口带有温度传感器，可以根据温度设置加热器启停，最大程度节省电耗。

分子筛可采用钠A型4A分子筛，其内部网状微孔直径0.42～0.47纳米(nm)，对水分子等极性分子具有强烈的亲和力，可将天然气中的水蒸气牢牢吸附于微孔内的壁面上，从而将气体干燥。分子筛选用微孔面积大、抗压强度高、耐磨损型。

作为优选，循环压缩机选用双缸式平衡压缩机，振动小，无油润滑，将再生气体循环，实现再生系统零泄放。

作为优选，气液分离器内设置高效凝聚式过滤滤芯，既可有效过滤再生气携带的微液滴，又阻止粉尘进入后面的循环风机和阀门，延长其使用寿命，最大程度实水气分离，保证再生时间最短化。

作为优选，冷却器采用全风冷、板翅式结构。将再生气体降温至比环境温度高5～10℃，保障再生系统的平稳运行。其扇叶采用的是铝合金材料制成，其优点即使与异物撞击也不会产生火花，符合GB3836.1的防爆要求。

作为优选，气动控制阀门整套系统采用全自动控制，用5个气动控制阀门控制脱水装置的吸附与再生，可实现无人操作。

本发明进一步提供了一种利用上述装置进行天然气脱水的方法，该方法包括以下步骤：

使天然气经天然气进料管线进入入口过滤器过滤后经过第一三通阀进入第一脱水塔内，天然气中水分被塔内的分子筛吸附后成为干燥的成品气，经过第四三通阀后由出口过滤器过滤后由天然气输出管道输出，例如实现干燥功能露点≤-60℃后进入下游管道；

在第一脱水塔进行干燥的同时，在阀门的控制下，由第二脱水塔、循环压缩机、气液分离器、冷却器形成闭式再生回路，再生气通过控制阀进入第二脱水塔，两塔压力均衡后，控制阀关闭，再生气流经冷却器和气液分离器，由循环压缩机加压(例如升压至1±0.2barg左右，进一步1±0.1barg左右)，鼓动流至第二脱水塔，经过第二脱水塔内置加热器加热，温度迅速升高(最高至250℃，例如180-240℃，进一步例如200-230℃)，热量直接进入第二脱水塔分子筛，使塔内的分子筛温度不断升高，析出已被吸附的水分，经过第二三通阀由流动的高温干燥气体带走至冷却器冷却(例如温度急速降低至40±10℃，进一步40±5℃)，其中的水气凝结成水，经气液分离器分离，从排污阀中排出，再生气回到干燥系统总入口，如此循环往复一定时间，直至饱和吸水的分子筛被活化再生，再次具备吸附水分的能力；

两塔切换时，首先自动开启控制阀，使天然气从第一脱水塔进入第二脱水塔，使两塔压力均衡(避免压差过大，气体进入分子筛从而导致分子筛粉化)，使两塔压力均衡后(检测到循环压缩机下游天然气压力P2＝天然气进料管线处压力P1)，(由第一电磁阀)控制第一至第四三通阀转换至另一工作状态，其中第一三通阀和第四三通阀与第二脱水塔连通，第二和第三三通阀与第一脱水塔连通，实现吸附塔与再生塔切换工作。

在第二脱水塔进行吸附、第一脱水塔进行再生的情况下，操作正好相反，具体如下：

使天然气经天然气进料管线进入入口过滤器过滤后经过第一三通阀进入第二脱水塔内，天然气中水分被塔内的分子筛吸附后成为干燥的成品气，经过第四三通阀后由出口过滤器过滤后由天然气输出管道输出，例如实现干燥功能露点≤-60℃后进入下游管道；

在第二脱水塔进行干燥的同时，在阀门的控制下，由第一脱水塔、循环压缩机、气液分离器、冷却器形成闭式再生回路，再生气通过控制阀进入第一脱水塔，两塔压力均衡后，控制阀关闭，再生气流经冷却器和气液分离器，由循环压缩机加压(例如升压至1±0.2barg左右，进一步1±0.1barg左右)，鼓动流至第一脱水塔，经过第一脱水塔内置加热器加热，温度迅速升高(最高至250℃，例如180-240℃，进一步例如200-230℃)，热量直接进入第一脱水塔分子筛，使塔内的分子筛温度不断升高，析出已被吸附的水分，经过第二三通阀由流动的高温干燥气体带走至冷却器冷却(例如温度急速降低至40±10℃，进一步40±5℃)，其中的水气凝结成水，经气液分离器分离，从排污阀中排出，再生气回到干燥系统总入口，如此循环往复一定时间，直至饱和吸水的分子筛被活化再生，再次具备吸附水分的能力；

两塔切换时，首先自动开启控制阀，使天然气从第二脱水塔进入第一脱水塔，使两塔压力均衡(避免压差过大，气体进入分子筛从而导致分子筛粉化)，使两塔压力均衡后(检测到循环压缩机下游天然气压力P2＝天然气进料管线处压力P1)，(由第一电磁阀)控制第一至第四三通阀转换至另一工作状态，其中第一三通阀和第四三通阀与第一脱水塔连通，第二和第三三通阀与第二脱水塔连通，实现吸附塔与再生塔切换工作。

控制阀由第二电磁阀控制，第二电磁阀通电开启后，天然气经第二电磁阀进入控制阀的气动执行机构，控制阀门启闭。

在优选实施方案中，仪表风采用入口管道过滤后天然气，取自入口过滤器筒体。入口过滤器即作为入口管道气过滤，同时也作为仪表风气源缓冲罐使用。经过调压阀将压力调至 2～5barg，阀为自力式调压阀，天然气从入口过滤器顶部取气，经调压阀调节压力后，进入控制阀气动执行机构，具体调节压力根据管道来气压力调节。调节后气源通过第一次电磁阀给第一至第四三通阀供气，通过第二电磁阀给控制阀供气。

该流程无需额外仪表风空压系统(该系统包含缓冲罐、空压机和干燥器)，入口过滤后气体即可满足仪表风气源条件，无能耗，气质干净。

本发明的优点

将加热器与干燥塔内置式设计，塔进出口采用滤芯形式，可任意拆装更换，其结构满足较大的过流面积，内置电加热器，将气体温度加热至230℃左右，使分子筛完全再生。出口优选带有温度传感器，可以根据温度设置加热器启停，最大程度节省电耗。采用气动控制阀门，全自动控制，用5个气动控制阀门控制脱水装置的吸附与再生，可实现无人操作。本发明所述的脱水装置，采用等压再生方式，实现气体零排放功能，用高精度低压损设备保障最大流量。该装置设备尺寸小，占地面积小，可单独成撬或与其他装置组合成撬，满足公路运输的要求。本发明的脱水装置，采用等压再生方式，实现气体零排放功能，用高精度低压损设备保障最大流量。该装置设备尺寸小，占地面积小，可单独成撬或与其他装置组合成撬，满足公路运输的要求。

同时本发明采用三通阀门，将常规的8个两通阀门，变为4个三通阀门，同时减少了相应的管路，使结构变得更为紧凑，便于成撬设计及运输。在控制阀门仪表气源上，采用天然气作为仪表气源，减少了常规的仪表风空压机及干燥系统，降低设备成本的同时，也减少了设备占地尺寸。

附图说明

图1是本发明所述天然气加热再生一体化脱水装置示意图；

图2是本发明的脱水塔的结构示意图。

其中，1—入口过滤器；2—第一脱水塔；3—出口过滤器；4—循环压缩机；5—气液分离器；6—第二脱水塔；7—空冷器；V1～V4—第一到第四三通阀；V5—控制阀；V6—调压阀； V7—第一电磁阀；V8—第二电磁阀；P1—第一压力变送器；P2—第二压力变送器；T1～T4—第一至第四温度变送器；A1—露点检测仪；

L1—天然气进料管线；L2—第一管线；L3—第二管线；L4—第三管线；L5—第四管线； L6—第五管线；L7—天然气输出管线；L8—第六管线；L9—第七管线；L10—第八管线；L11 —总调节气源管线；L12—第一调节气源管线；L13—第二调节气源管线；

101—天然气进出口；102—第一粗过滤器；103—第一过滤器保护筒；104—筒体；105—第二过滤器保护筒；106—第二粗过滤器；107—上封头；108—天然气口；109—气相管口加热器；110—分子筛进料口；111—分子筛卸料口；112—下封头。

具体实施方式

以下结合附图来进一步说明本发明。

如图1所示，本发明提供了一种加热再生一体化脱水装置，其包括入口过滤器1，第一脱水塔2和第二脱水塔6，出口过滤器3，循环压缩机4，气液分离器5，冷却器7，其中第一脱水塔2和第二脱水塔6切换进行吸附和再生，

其中，入口过滤器1设置于天然气进料管线L1上，天然气进料管线L1在入口过滤器1 之后经由第一三通阀V1分支为第一管线L2和第二管线L3，分别连接第一脱水塔2和第二脱水塔6的底部或下部开口，在第一管线L2和第二管线L3之间桥连第三管线L4，第三管线L4上设置第二三通阀V2，

第一脱水塔2和第二脱水塔6的顶部开口分别连接第四管线L5和第五管线L6，第四管线L5和第五管线L6经由第四三通阀V4汇聚成天然气输出管线L7，天然气输出管线L7上设有出口过滤器3，

在第四管线L5和第五管线L6之间桥连有第六管线L8和第七管线L9，第六管线L8上设有第三三通阀V3，第三三通阀V3的第三端口(经由管线)连接循环压缩机4的出口，第七管线L9上设有控制阀V5，

第二三通阀V2的第三端口引出第八管线L10连接于第三三通阀V3的第三端口，第八管线L10上依次设有冷却器7、气液分离器5和循环压缩机4，

从天然气进料管线L1上引出(优选从入口过滤器1顶部引出)总调节气源管线L11，总调节气源管线L11上设有调压阀V6，总调节气源管线L11在调压阀V6之后分为第一调节气源管线L12和第二调节气源管线L13，第一调节气源管线L12通过第一电磁阀V7给第一到第四三通阀V1～V4供气来控制第一到第四三通阀的操作，第二调节气源管线L13通过第二电磁阀V8给控制阀V5供气来控制控制阀V5的操作。

天然气进料管线L1上的入口过滤器1的上游可设有第一切断阀V0和在天然气输出管线 L7上的出口过滤器3的下游可设有第二切断阀V9。

当第一脱水塔2处于吸附流程时，天然气进料管线L1经由第一三通阀V1与第一脱水塔 2的底部开口连通，第一脱水塔2的顶部开口经由第四三通阀V4与出口过滤器3的进口连通，冷却器7经由第二三通阀V2与第二脱水塔6的底部开口连通，压缩机4出口经由第三三通阀V3与第二脱水塔6的顶部开口连通；

当第一脱水塔2处于再生流程时，天然气进料管线L1经由第一三通阀V1与第二脱水塔 6的底部开口连通，第二脱水塔6的顶部开口经由第四三通阀V4与出口过滤器3的进口连通，冷却器7经由第二三通阀V2与第一脱水塔2的底部开口连通，压缩机4出口经由第三三通阀V3与第一脱水塔2的顶部开口连通。

上述操作可通过第一电磁阀V7控制第一三通阀V1、第二三通阀V2、第三三通阀V3和第四三通阀V4来实现。

在天然气进料管线L1上的入口过滤器1的上游可设置第一压力变送器P1。

在第八管线L10上的循环压缩机的下游可设置第二压力变送器P2，用于检测压缩机压缩后气体的压力。

在调压阀V6的下游可设有第三压力变送器P3。

在冷却器7的两侧的第八管线上可设有第一温度变送器T1和第二温度变送器T2。

在第一脱水塔2和第二脱水塔6的顶部开口处可设有第三温度变送器T3和第四温度变送器T4。

在天然气输出管线L7上的出口过滤器3的下游可进一步设有露点检测仪A1。

控制阀V5为自动开关阀，两塔切换时全开，后期根据压力开启或关闭。再生时当温度升高导致再生气路压力升高时，阀V5根据循环压缩机下游的管道内天然气压力(P2)自动打开泄压，当压力泄放至设定压力后关闭V5，保证再生系统不因超压而引起安全阀起跳。当再生气路因温度降低压力降低至设定压力时，增压阀V5打开，脱水主管路中气体进入再生系统，保证再生气量充足，当压力P2超过设定压力时，V5关闭。

参见图2，所述第一脱水塔或第二脱水塔包括筒体104和在该筒体的顶部设置的上封头 107和在该筒体的底部设置的下封头112，位于筒体104下部(例如筒体104的下1/10高度到1/6高度内)的天然气进出口101，与天然气进出口101连通的第一粗过滤器102和位于第一粗过滤器102外部的第一过滤器保护筒103，第一粗过滤器102沿径向伸入筒体104内，

位于筒体104上部的天然气口108，与天然气口108连通的第二粗过滤器106和位于第二粗过滤器106外部的第二过滤器保护筒105(天然气口108可开设在第二过滤器保护筒105 的上部或上封头的上部)，其中气相管口加热器109伸入第二粗过滤器106内，第二粗过滤器 106沿轴向伸入筒体104内，

在上封头的上部设有分子筛进料口110，下封头的下方设有分子筛卸料口111。

在一个实施方案中，第二粗过滤器106与气相管口加热器109的法兰固定在一起。天然气进出口101可开设在与第一粗过滤器102的法兰固定的一个法兰上，第一过滤器保护筒103 可套设于第一粗过滤器102外部并固定于第一过滤器102的法兰上。

在第二粗过滤器106外部装有第二过滤器保护筒105，可防止分子筛与第二粗过滤器106 接触，同时方便第二粗过滤器106抽出维修更换。

在一个实施方案中，第二过滤器保护筒是焊接在容器封头上的，第一过滤器保护筒可焊接在筒体104下部的壁上，二者为孔板型保护筒，用于阻隔分子筛与滤芯，保护滤芯同时便于滤芯更换。

工作时，气体从101气相口进入，经过第一粗过滤器102过滤后进入吸附塔分子筛吸附掉水分，使气体露点达到-60℃以下，经过第二过滤器保护筒105进入第二粗过滤器106，经过天然气口108完成吸附。再生时，天然气经天然气口108进入电加热器109加热，加热后经第二粗过滤器106、第二过滤器保护筒105后进入分子筛，给分子筛加热再生，然后气体经过第一过滤器保护筒103、第一粗过滤器102，最后从天然气进出口101出去，完成分子筛加热再生。

第一和第二粗过滤器的过滤精度可以为50-100目，例如为80目，主要过滤掉分子筛粉尘。

为了便于放置加热器及维修，筒体104的公称直径一般为0.5～1米，筒体104的高度一般是1～2米。筒体104的直径由天然气入口气量和含水量计算出需要分子筛体积，从而确定其直径、高度以及壁厚。

第一过滤器尺寸根据过滤精度和过滤流量计算，直径约为筒体的1/3，长度约为筒体高度的1/4；第二过滤器的尺寸可由加热器尺寸决定，以能够容纳加热器为准。

该装置为双塔结构，一塔吸附，一塔再生，切换时间可根据各个场站气质情况设置，再生塔出口设有温度变送器，再生时间根据时间和温度双作用控制，缩短再生时间，避免因为时间设置而引起的再生能耗。

采用双吸附塔并联工作方式。当一塔工作—即脱去气体中的水分时，另一塔活化再生，保证连续供气，供气系统不出现压力波动。脱水装置所有部件均集中安装在同一撬体上，用管线、阀门、电缆等联成整体，方便运输、安装及操作、控制。

本发明进一步提供了一种利用上述装置进行天然气脱水的方法，该方法包括以下步骤：

使天然气经天然气进料管线进入入口过滤器1过滤后经过第一三通阀V1进入第一脱水塔 2内，天然气中水分被塔内的分子筛吸附后成为干燥的成品气，经过第四三通阀V4后由出口过滤器3过滤后由天然气输出管道输出，例如实现干燥功能露点≤-60℃后进入下游管道；

在第一脱水塔2进行干燥的同时，在阀门的控制下，由第二脱水塔6、循环压缩机4、气液分离器5、冷却器7形成闭式再生回路，再生气通过控制阀V5进入第二脱水塔6，两塔压力均衡后，控制阀V5关闭，再生气流经冷却器7和气液分离器5，由循环压缩机加压(例如升压至1±0.2barg左右)，鼓动流至第二脱水塔6，经过第二脱水塔6内置加热器加热，温度迅速升高(最高至250℃，例如180-240℃，进一步例如200-230℃)，热量直接进入第二脱水塔6分子筛，使塔内的分子筛温度不断升高，析出已被吸附的水分，经过第二三通阀V2 由流动的高温干燥气体带走至冷却器7冷却(例如温度急速降低至40±10℃，进一步40±5℃)，其中的水气凝结成水，经气液分离器分离，从排污阀中排出，再生气回到干燥系统总入口，如此循环往复一定时间，直至饱和吸水的分子筛被活化再生，再次具备吸附水分的能力；

两塔切换时，首先自动开启控制阀V5，使天然气从第一脱水塔2进入第二脱水塔6，使两塔压力均衡(避免压差过大，气体进入分子筛从而导致分子筛粉化)，使两塔压力均衡后(检测到循环压缩机下游天然气压力P2＝天然气进料管线处压力P1)，(由第一电磁阀V7)控制第一至第四三通阀V1-V4转换至另一工作状态，其中第一三通阀和第四三通阀V1、V4与第二脱水塔6连通，第二和第三三通阀V2、V3与第一脱水塔2连通，实现吸附塔与再生塔切换工作。

控制阀V5由第二电磁阀V8控制，第二电磁阀V8通电开启后，天然气经第二电磁阀V8 进入控制阀V5的气动执行机构，控制阀门V5启闭。

作为优选，仪表风采用入口管道过滤后天然气，取自入口过滤器筒体。入口过滤器1即作为入口管道气过滤，同时也作为仪表风气源缓冲罐使用。经过调压阀V6将压力调至 2～5barg，阀V6为自力式调压阀，天然气从入口过滤器顶部取气，经调压阀V6调节压力后，进入控制阀气动执行机构，具体调节压力根据管道来气压力调节。调节后气源通过第一次电磁阀V7给第一至第四三通阀V1～V4供气，通过第二电磁阀V8给控制阀V5供气。

该流程无需额外仪表风空压系统(该系统包含缓冲罐、空压机和干燥器)，入口过滤后气体即可满足仪表风气源条件，无能耗，气质干净。

以上描述了本发明的优选实施方案，但应该理解的是，以上的描述仅用于例示的目的，不构成对本发明的任何限制。在不偏离本发明主旨和范围的情况下，可以对本发明做出许多修改或等效替换，这些修改和等效替换均应被纳入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种天然气加热再生一体化脱水装置，其特征在于，其包括入口过滤器(1)，第一脱水塔(2)和第二脱水塔(6)，出口过滤器(3)，循环压缩机(4)，气液分离器(5)，冷却器(7)，其中第一脱水塔(2)和第二脱水塔(6)切换进行吸附和再生，

其中，入口过滤器(1)设置于天然气进料管线(L1)上，天然气进料管线(L1)在入口过滤器(1)之后经由第一三通阀(V1)分支为第一管线(L2)和第二管线(L3)，分别连接第一脱水塔(2)和第二脱水塔(6)的底部或下部开口，在第一管线和第二管线之间桥连第三管线(L4)，第三管线(L4)上设置第二三通阀(V2)，

第一脱水塔(2)和第二脱水塔(6)的顶部开口分别连接第四管线(L5)和第五管线(L6)，第四管线(L5)和第五管线(L6)经由第四三通阀(V4)汇聚成天然气输出管线(L7)，天然气输出管线(L7)上设有出口过滤器(3)，

在第四管线(L5)和第五管线(L6)之间桥连有第六管线(L8)和第七管线(L9)，第六管线(L8)上设有第三三通阀(V3)，第三三通阀(V3)的第三端口经由管线连接循环压缩机(4)的出口，第七管线(L9)上设有控制阀(V5)，

第二三通阀(V2)的第三端口引出第八管线(L10)连接于第三三通阀(V3)的第三端口，第八管线(L10)上依次设有冷却器(7)、气液分离器(5)和循环压缩机(4)。

2.根据权利要求1所述的天然气加热再生一体化脱水装置，其特征在于：

从天然气进料管线(L1)上引出总调节气源管线(L11)，总调节气源管线(L11)上设有调压阀(V6)，总调节气源管线(L11)在调压阀(V6)之后分为第一调节气源管线(L12)和第二调节气源管线(L13)，或者，从天然气进料管线上分别引出第一调节气源管线(L12)和第二调节气源管线(L13)，第一调节气源管线和第二调节气源管线分别设有调压阀(V6)，

第一调节气源管线(L12)通过第一电磁阀(V7)给第一到第四三通阀(V1～V4)供气来控制第一到第四三通阀(V1～V4)的操作，第二调节气源管线(L13)通过第二电磁阀(V8)给控制阀(V5)供气来控制控制阀(V5)的操作。

3.根据权利要求1或2所述的天然气加热再生一体化脱水装置，其特征在于：天然气进料管线(L1)上的入口过滤器(1)的上游设有第一切断阀(V0)和在天然气输出管线(L7)上的出口过滤器(3)的下游设有第二切断阀(V9)。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的天然气加热再生一体化脱水装置，其特征在于：当第一脱水塔(2)处于吸附流程时，天然气进料管线(L1)经由第一三通阀(V1)与第一脱水塔(2)的底部开口连通，第一脱水塔(2)的顶部开口经由第四三通阀(V4)和出口过滤器(3)的进口连通，冷却器(7)经由第二三通阀(V2)与第二脱水塔(6)的底部开口连通，压缩机(4)出口经由第三三通阀(V3)和第二脱水塔(6)的顶部开口连通；

当第一脱水塔(2)处于再生流程时，天然气进料管线(L1)经由第一三通阀(V1)与第二脱水塔(6)的底部开口连通，第二脱水塔(6)的顶部开口经由第四三通阀(V4)与出口过滤器(3)的进口连通，冷却器(7)经由第二三通阀(V2)与第一脱水塔(2)的底部开口连通，压缩机(4)出口经由第三三通阀(V3)与第一脱水塔(2)的顶部开口连通。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的天然气加热再生一体化脱水装置，其特征在于：在天然气进料管线(L1)上的入口过滤器(1)的上游设置第一压力变送器(P1)；和/或

在第八管线(L10)上的循环压缩机的下游设置第二压力变送器(P2)，用于检测压缩机压缩后气体的压力；和/或

在调压阀(V6)的下游设有第三压力变送器(P3)。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的天然气加热再生一体化脱水装置，其特征在于：

在冷却器(7)的两侧的第八管线上设有第一温度变送器(T1)和第二温度变送器(T2)；和/或

在第一脱水塔(2)和第二脱水塔(6)的顶部开口处设有第三温度变送器(T3)和第四温度变送器(T4)。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的天然气加热再生一体化脱水装置，其特征在于：

在天然气输出管线(L7)上的出口过滤器(3)的下游进一步设有露点检测仪(A1)。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的天然气加热再生一体化脱水装置，其特征在于：所有三通阀为气动三通球阀，控制阀为气动球阀。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的天然气加热再生一体化脱水装置，其特征在于：所述第一脱水塔(2)和/或第二脱水塔(6)包括筒体(104)和在该筒体的顶部设置的上封头(107)和在该筒体的底部设置的下封头(112)，位于筒体(104)下部的天然气进出口(101)，与天然气进出口(101)连通的第一粗过滤器(102)和位于第一粗过滤器(102)外部的第一过滤器保护筒(103)，

位于筒体(104)上部的天然气口(108)，与天然气口(108)连通的第二粗过滤器(106)和位于第二粗过滤器(106)外部的第二过滤器保护筒(105)，其中气相管口加热器(109)伸入第二粗过滤器(106)内，

第一粗过滤器(102)沿径向或与筒体轴线垂直地伸入筒体(104)内，第二粗过滤器(106)沿轴向伸入筒体(104)内，

在上封头的上部设有分子筛进料口(110)，下封头的下方设有分子筛卸料口(111)。

10.一种利用权利要求1-9中任一项所述的天然气加热再生一体化脱水装置进行天然气脱水的方法，该方法包括以下步骤：

使天然气经天然气进料管线进入入口过滤器过滤后经过第一三通阀进入第一脱水塔内，天然气中水分被塔内的分子筛吸附后成为干燥的成品气，经过第四三通阀后由出口过滤器过滤后由天然气输出管道输出，例如实现干燥功能露点≤-60℃后进入下游管道；

在第一脱水塔进行干燥的同时，在阀门的控制下，由第二脱水塔、循环压缩机、气液分离器、冷却器形成闭式再生回路，再生气通过控制阀进入第二脱水塔，两塔压力均衡后，控制阀关闭，再生气流经冷却器和气液分离器，由循环压缩机加压(例如升压至1±0.2barg左右，进一步1±0.1barg左右)，鼓动流至第二脱水塔，经过第二脱水塔内置加热器加热，温度迅速升高(最高至250℃，例如180-240℃，进一步例如200-230℃)，热量直接进入第二脱水塔分子筛，使塔内的分子筛温度不断升高，析出已被吸附的水分，经过第二三通阀由流动的高温干燥气体带走至冷却器冷却(例如温度急速降低至40±10℃，进一步40±5℃)，其中的水气凝结成水，经气液分离器分离，从排污阀中排出，再生气回到干燥系统总入口，如此循环往复一定时间，直至饱和吸水的分子筛被活化再生，再次具备吸附水分的能力；

两塔切换时，首先自动开启控制阀，使天然气从第一脱水塔进入第二脱水塔，使两塔压力均衡，使两塔压力均衡后，控制第一至第四三通阀转换至另一工作状态，其中第一三通阀和第四三通阀与第二脱水塔连通，第二三通和第三三通阀与第一脱水塔连通，实现吸附塔与再生塔切换工作。

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