CN117165346A - 一种天然气脱水脱汞方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种天然气脱水脱汞方法，该方法包括步骤：将原料气分为两部分输送至分子筛干燥塔组，第一部分原料气进行脱水脱汞。第二部分原料气进入分子筛干燥塔C进行脱水、加热，再进入分子筛干燥塔B进行热再生，输出的热干气进入再生气冷却器，随后分离的再生气与原料气汇合。分子筛干燥塔B再生完成后，使分子筛干燥塔B转换为冷吹状态，使分子筛干燥塔C转换为再生状态。第二部分原料气进行冷吹、加热，加热后的原料气进入分子筛干燥塔C进行热再生，输出的再生气换热降温至常温，随后进入再生分离器进行气液分离，分离后的再生气与原料气汇合。本申请解决了天然气脱水脱汞流程中脱水和脱汞存在效果不理想的问题。
Description
技术领域
本申请属于天然气脱水脱汞技术领域，具体涉及一种天然气脱水脱汞方法。
背景技术
随着天然气工业的迅速发展，天然气深冷工艺应用越来越广泛。天然气深冷工艺的天然气脱水脱汞流程主要是对气田采出气中的水和重金属元素汞等进行脱除。目前，原料气脱水脱汞流程中脱水和脱汞效果不理想，进入下游产品后仍然存在少量的水和汞，在深冷装置中，水会在降温过程中析出结冰并堵塞设备和管道，汞会腐蚀深冷装置中的设备。并且原料气脱水脱汞流程中分子筛干燥塔再生后冷吹环节是采用额外的设备，这样不仅提高了系统能耗，而且使现场操作复杂，同时也降低了原料气脱水脱汞效率。
发明内容
本申请通过提供一种天然气脱水脱汞方法，解决了现有技术中天然气脱水脱汞流程中脱水和脱汞存在效果不理想的问题。本申请能够对天然气进行深度脱水脱汞，进而满足后续低温流程的需求。
为了实现上述目的，本发明提供了一种天然气脱水脱汞方法，包括以下步骤：
将原料气脱酸橇输出的原料气分为两部分输送至分子筛干燥塔组，其中，分子筛干燥塔组包括分子筛干燥塔A、分子筛干燥塔B和分子筛干燥塔C，分子筛干燥塔A为原料气吸附状态，分子筛干燥塔B为原料气再生状态，分子筛干燥塔C为再生气干燥状态；
第一部分原料气进入分子筛干燥塔A进行脱水，脱水后的原料气进入粉尘过滤器过滤粉尘，然后再进入脱汞塔脱汞，最后原料气经碳粉过滤器过滤后进入低温分离橇的重烃洗涤塔；
第二部分原料气作为再生气进入分子筛干燥塔C进行脱水，脱水后的再生气进入再生气电加热器加热，然后再进入分子筛干燥塔B进行热再生，分子筛干燥塔组的再生气出口输出的热干气进入再生气冷却器换热降温至常温，随后进入再生分离器进行气液分离，分离后的再生气与原料气汇合；
分子筛干燥塔B再生完成后，切换阀门使分子筛干燥塔B转换为冷吹状态，使分子筛干燥塔C转换为再生状态；
第二部分原料气进入分子筛干燥塔B进行冷吹，随后原料气进入再生气电加热器加热，加热后的原料气作为再生气进入分子筛干燥塔C进行热再生，分子筛干燥塔C输出的再生气进入再生气冷却器换热降温至常温，随后进入再生分离器进行气液分离，分离后的再生气与原料气汇合。
在一种可能的实现方式中，经碳粉过滤器过滤后的原料气通过水露点在线监测装置检测水含量、以及通过冷原子吸收测汞仪检测汞含量，若水含量或/和汞含量不达标，将原料气再次输送至分子筛干燥塔组进行处理。
在一种可能的实现方式中，通过流量调节阀调节进入分子筛干燥塔A的原料气的流量、以及进入分子筛干燥塔C的再生气的流量，使再生气与原料气间存在设定的压差。
在一种可能的实现方式中，分子筛干燥塔C热再生完成后，关闭再生气电加热器，第二部分原料气进入分子筛干燥塔B进行冷吹或者脱水，随后原料气进入再生气电加热器，使再生气电加热器的炉膛温度逐步吹降至正常温度，然后原料气进入分子筛干燥塔C对其进行冷吹；
在这过程中分子筛干燥塔C输出的原料气持续进入再生气冷却器换热降温至常温，随后进入再生分离器进行气液分离，分离后的再生气与原料气汇合。
在一种可能的实现方式中，分子筛干燥塔C冷吹完成并恢复正常的吸附脱水能力后，切换阀门使分子筛干燥塔A为原料气再生状态，分子筛干燥塔B为再生气干燥状态，分子筛干燥塔C为原料气吸附状态。
本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明申请提供了一种天然气脱水脱汞方法，再生分离器分离出的污液排至污水收集橇统一处理。原料气进入吸附状态的分子筛干燥塔A深度脱水至1ppm以下，然后进入粉尘过滤器过滤粉尘后再进入脱汞塔脱汞，脱汞塔内装载硫活性炭。经脱汞塔脱汞后可以满足后续低温流程的需求。原料气作为再生气进入再生气电加热器加热至280℃，粉尘过滤器能够滤掉粉尘颗粒，确保干净的气体进入脱汞塔。吸水饱和后的分子筛床层，利用部分原料气进行复热再生，再生后的干气经脱汞、过滤后去后续的低温分离橇。分子筛干燥塔组和脱汞塔采用效率较高的分子筛填料和脱汞塔填料，可以缩短工艺流程，有效减少设备数量，提高了处理气量和装置效率，同时降低了投资成本和运营成本。本发明提供的天然气脱水脱汞橇对原料气进行深度脱水和脱汞，能够防止天然气因含水量过大导致后续流程发生冻堵、以及由于含汞对后续流程中设备造成腐蚀的问题。本发明的再生气最终用于循环生产，因此提高了产品率，并能够对再生气先脱水后加热，进而节约了能耗。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对申请描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的天然气脱水脱汞方法的原理示意图。
图2为本发明提供的天然气脱水脱汞橇的结构示意图。
附图标记：1-橇块；2-分子筛干燥塔组；21-分子筛干燥塔A；22-分子筛干燥塔B；23-分子筛干燥塔C；3-粉尘过滤器；4-脱汞塔；5-碳粉过滤器；6-水露点在线监测装置；7-再生气电加热器；8-再生气冷却器；9-再生分离器；10-原料气输送管；11-重烃洗涤塔；12-流量调节阀；13-攀爬梯；14-冷原子吸收测汞仪。
具体实施方式
下面将结合本发明申请中的附图，对本发明申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
如图1和图2所示，本发明申请提供的天然气脱水脱汞方法，该方法采用了天然气脱水脱汞橇，该天然气脱水脱汞橇包括橇块1、以及安装于橇块1上的分子筛干燥塔组2、粉尘过滤器3、脱汞塔4、碳粉过滤器5、再生气电加热器7、再生气冷却器8、再生分离器9、以及低温分离橇的重烃洗涤塔11。
分子筛干燥塔组2包括分子筛干燥塔A21、分子筛干燥塔B22、以及分子筛干燥塔C23。分子筛干燥塔A21、分子筛干燥塔B22、以及分子筛干燥塔C23三个干燥塔并联设置，天然气脱水脱汞橇能够将分子筛干燥塔A21、分子筛干燥塔B22、以及分子筛干燥塔C23之间进行切换，从而实现其不同的工作状态。本申请以分子筛干燥塔A21为原料气吸附状态、分子筛干燥塔B22为原料气再生状态、以及分子筛干燥塔C23为再生气干燥状态描述脱水脱汞橇的系统结构。
原料气输送管10的入口连接于原料气脱酸橇的净化气体出口。原料气输送管10的第一出口连接于分子筛干燥塔A21的原料气入口，分子筛干燥塔组2的干燥气体出口连接于粉尘过滤器3的入口，粉尘过滤器3的出口连接于脱汞塔4的入口，脱汞塔4的出口连接于碳粉过滤器5的入口，碳粉过滤器5的出口连接于低温分离橇的重烃洗涤塔11。碳粉过滤器5为二级碳粉过滤器5。
原料气输送管10的第二出口连接于分子筛干燥塔C23的再生冷却气入口，分子筛干燥塔C23的干燥气体出口连接于再生气电加热器7的冷气入口，再生气电加热器7的热气出口连接于分子筛干燥塔B22的再生气入口，分子筛干燥塔B22的再生气出口连接于再生气冷却器8的入口，再生气冷却器8的出口连接于再生分离器9的入口，再生分离器9的出口连接于分子筛干燥塔组2的原料气入口。
原料气输送管10的第三出口连接于分子筛干燥塔B22的冷吹气入口，分子筛干燥塔B22的冷吹气出口连接于再生气电加热器7的冷气入口，再生气电加热器7的热气出口连接于分子筛干燥塔C23的再生气入口，分子筛干燥塔C23的再生气出口连接于再生气冷却器8的入口。
分子筛干燥塔组2、粉尘过滤器3、脱汞塔4、碳粉过滤器5和再生分离器9的放空口连接于放空总汇管，进而将设备内的气体排出。
本申请中，再生气冷却器8的冷源入口连接于循环水至汇管的出口，再生气冷却器8的冷源出口连接于循环水回汇管的出口。本申请通过循环水进行换热，因此避免了现有技术中通过空冷换热存在能耗增大、以及热量无法回收利用的问题。
本申请中，橇块1为双层结构，橇块1的一侧设置有攀爬梯13。橇块1为双层结构布置，因此结构紧凑，减少了占地面积，缩短了建设周期，降低了工程投资，并完全实现装置橇装化，分层布置还方便安装和现场操作，进而有效减少现场工作量。
如图1至图2所示，该天然气脱水脱汞方法包括以下步骤：
将原料气脱酸橇输出的原料气分为两部分输送至分子筛干燥塔组2，其中，分子筛干燥塔组2包括分子筛干燥塔A21、分子筛干燥塔B22和分子筛干燥塔C23，分子筛干燥塔A21为原料气吸附状态，分子筛干燥塔B22为原料气再生状态，分子筛干燥塔C23为再生气干燥状态。
第一部分原料气进入分子筛干燥塔A21进行脱水，脱水后的原料气进入粉尘过滤器3过滤粉尘，然后再进入脱汞塔4脱汞，最后原料气经碳粉过滤器5过滤后进入低温分离橇的重烃洗涤塔11。
第二部分原料气作为再生气进入分子筛干燥塔C23进行脱水，脱水后的再生气进入再生气电加热器7加热，然后再进入分子筛干燥塔B22进行热再生，分子筛干燥塔B22的再生气出口输出的热干气进入再生气冷却器8换热降温至常温，随后进入再生分离器9进行气液分离，分离后的再生气与原料气脱酸橇输出的原料气汇合。
需要说明的是，再生分离器9分离出的污液排至污水收集橇统一处理。原料气进入吸附状态的分子筛干燥塔A21深度脱水至1ppm以下，然后进入粉尘过滤器3过滤粉尘后再进入脱汞塔4脱汞，脱汞塔4内装载硫活性炭。经脱汞塔4脱汞后，汞含量≤0.01μg/Nm3，因此可以满足后续低温流程的需求。原料气作为再生气进入再生气电加热器7加热至280℃，粉尘过滤器3能够滤掉粉尘颗粒，确保干净的气体进入脱汞塔4。吸水饱和后的分子筛床层，利用部分原料气进行复热再生，再生后的干气经脱汞、过滤后去后续的低温分离橇。分子筛干燥塔组2和脱汞塔4采用效率较高的分子筛填料和脱汞塔4填料，可以缩短工艺流程，有效减少设备数量，提高了处理气量和装置效率，同时降低了投资成本和运营成本。本申请的脱汞橇通过气水分离，能够分出游离状态的水，并能够过滤杂质和重烃凝液。本发明提供的天然气脱水脱汞橇对原料气进行深度脱水和脱汞，能够防止天然气因含水量过大导致后续流程发生冻堵、以及由于含汞对后续流程中设备造成腐蚀的问题。本发明的再生气最终用于循环生产，因此提高了产品率，并能够对再生气先脱水后加热，进而节约了能耗。
本申请中，经碳粉过滤器5过滤后的原料气通过水露点在线监测装置6检测水含量、以及通过冷原子吸收测汞仪14检测汞含量，若水含量或/和汞含量不达标，将原料气再次输送至分子筛干燥塔组2进行处理。
需要说明的是，通过设置在线监测装置确保进入下游深冷环节的净化气体水含量和汞含量在合格的范围内。
本申请中，通过流量调节阀12调节进入分子筛干燥塔A21的原料气的流量、以及进入分子筛干燥塔C23的再生气的流量，使再生气与原料气间存在设定的压差。
需要说明的是，在天然气脱水脱汞橇流程中的部分阀前流体作为再生和冷吹气气源，其他部分流体直接经调节阀后进入吸附状态的分子筛干燥塔A21。
原料气输送管10上设置有流量调节阀12。流量调节阀12可采用三通流量调节阀12，进而准确调节进入分子筛干燥塔A21的原料气的流量和进入分子筛干燥塔C23的再生气的流量。再生气的压力比原料气的压力大0.03～0.055KPa，再生气的压力较大，进而保证再生过程的顺利进行。控制流量调节阀12调节气体压力时的速度，防止分子筛干燥塔内的颗粒因压力过大而损坏。
本申请中，分子筛干燥塔B22再生完成后，切换阀门使分子筛干燥塔B22转换为冷吹状态，使分子筛干燥塔C23转换为再生状态。
第二部分原料气进入分子筛干燥塔B22进行冷吹，随后原料气进入再生气电加热器7加热，加热后的原料气作为再生气进入分子筛干燥塔C23进行热再生，分子筛干燥塔C23输出的再生气进入再生气冷却器8换热降温至常温，随后进入再生分离器9进行气液分离，分离后的再生气与原料气脱酸橇输出的原料气汇合。
需要说明的是，分子筛干燥塔B22再生完成后，再生出口温度≥240℃。分子筛干燥塔B22冷吹完成后，冷吹出口温度≤40℃。原料气进入分子筛干燥塔B22进行冷吹的同时还能实现分子筛干燥塔C23的再生，因此本发明的方法设置巧妙，产品率高。
本申请中，分子筛干燥塔C23热再生完成后，关闭再生气电加热器7。
第二部分原料气进入分子筛干燥塔B22进行冷吹或者脱水，随后原料气进入再生气电加热器7，使再生气电加热器7的炉膛温度逐步吹降至正常温度，然后原料气进入分子筛干燥塔C23对其进行冷吹。
在这过程中分子筛干燥塔C23输出的原料气持续进入再生气冷却器8换热降温至常温，随后进入再生分离器9进行气液分离，分离后的再生气与原料气脱酸橇输出的原料气汇合。
需要说明的是，分子筛干燥塔C23热再生完成后，分子筛干燥塔B22的冷吹过程可能完成也可能没有完成，因此第二部分原料气持续进入分子筛干燥塔B22后，如果分子筛干燥塔B22处于冷吹状态，则第二部分原料气继续对分子筛干燥塔B22进行冷吹，如果分子筛干燥塔B22完成冷吹，则对该部分原料气进行脱水。再生气电加热器7关闭后，从分子筛干燥塔B22输出的原料气先对再生气电加热器7降温，升温后的原料气进入分子筛干燥塔C23对其进行冷吹，在这过程中再生气电加热器7的炉膛温度逐步吹降至正常温度，分子筛干燥塔C23输出的原料气持续进入再生气冷却器8及后续流程。分子筛干燥塔C23冷吹时，利用分子筛干燥塔B22为分子筛干燥塔C23的原料气进行脱水，以恢复分子筛干燥塔C23正常的吸附脱水能力。
本申请中，分子筛干燥塔C23冷吹完成并恢复正常的吸附脱水能力后，切换阀门使分子筛干燥塔A21为原料气再生状态，分子筛干燥塔B22为再生气干燥状态，分子筛干燥塔C23为原料气吸附状态，即可进行下一轮的脱水脱汞。分子筛干燥塔组2再次完成上述流程后切换阀门使分子筛干燥塔A21为再生气干燥状态，分子筛干燥塔B22为原料气吸附状态，分子筛干燥塔C23为原料气再生状态，此轮结束后分子筛干燥塔A21、分子筛干燥塔B22、以及分子筛干燥塔C23各完成一次再生气干燥流程、原料气吸附流程、以及原料气再生流程。
本发明相对现有技术增加了冷吹环节，采用冷吹工艺时，不用开启电加热器，利用原料气进行冷吹，进而充分降低能耗，且从分子筛干燥塔组2顶部出来的再生气降温时所需要的能耗也进一步降低。
本申请中分子筛干燥塔组2各进出口流程阀门为电动阀门，各电动阀门的开关顺序和间隔时间，由DCS系统供货商根据设计单位的要求进行设置，具体控制方式为现有技术，本申请不再对此进行赘述。
本申请中，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性申请的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将申请看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (5)
1.一种天然气脱水脱汞方法，其特征在于：包括以下步骤：
将原料气脱酸橇输出的原料气分为两部分输送至分子筛干燥塔组（2），其中，分子筛干燥塔组（2）包括分子筛干燥塔A（21）、分子筛干燥塔B（22）和分子筛干燥塔C（23），分子筛干燥塔A（21）为原料气吸附状态，分子筛干燥塔B（22）为原料气再生状态，分子筛干燥塔C（23）为再生气干燥状态；
第一部分原料气进入分子筛干燥塔A（21）进行脱水，脱水后的原料气进入粉尘过滤器（3）过滤粉尘，然后再进入脱汞塔（4）脱汞，最后原料气经碳粉过滤器（5）过滤后进入低温分离橇的重烃洗涤塔（11）；
第二部分原料气作为再生气进入分子筛干燥塔C（23）进行脱水，脱水后的再生气进入再生气电加热器（7）加热，然后再进入分子筛干燥塔B（22）进行热再生，分子筛干燥塔B（22）的再生气出口输出的热干气进入再生气冷却器（8）换热降温至常温，随后进入再生分离器（9）进行气液分离，分离后的再生气与原料气脱酸橇输出的原料气汇合；
分子筛干燥塔B（22）再生完成后，切换阀门使分子筛干燥塔B（22）转换为冷吹状态，使分子筛干燥塔C（23）转换为再生状态；
第二部分原料气进入分子筛干燥塔B（22）进行冷吹，随后原料气进入再生气电加热器（7）加热，加热后的原料气作为再生气进入分子筛干燥塔C（23）进行热再生，分子筛干燥塔C（23）输出的再生气进入再生气冷却器（8）换热降温至常温，随后进入再生分离器（9）进行气液分离，分离后的再生气与原料气脱酸橇输出的原料气汇合。
2.根据权利要求1所述的天然气脱水脱汞方法，其特征在于：经碳粉过滤器（5）过滤后的原料气通过水露点在线监测装置（6）检测水含量、以及通过冷原子吸收测汞仪（14）检测汞含量，若水含量或/和汞含量不达标，将原料气再次输送至分子筛干燥塔组（2）进行处理。
3.根据权利要求1所述的天然气脱水脱汞方法，其特征在于：通过流量调节阀（12）调节进入分子筛干燥塔A（21）的原料气的流量、以及进入分子筛干燥塔C（23）的再生气的流量，使再生气与原料气间存在设定的压差。
4.根据权利要求1所述的天然气脱水脱汞方法，其特征在于：分子筛干燥塔C（23）热再生完成后，关闭再生气电加热器（7）；
第二部分原料气进入分子筛干燥塔B（22）进行冷吹或者脱水，随后原料气进入再生气电加热器（7），使再生气电加热器（7）的炉膛温度逐步吹降至正常温度，然后原料气进入分子筛干燥塔C（23）对其进行冷吹；
在这过程中分子筛干燥塔C（23）输出的原料气持续进入再生气冷却器（8）换热降温至常温，随后进入再生分离器（9）进行气液分离，分离后的再生气与原料气脱酸橇输出的原料气汇合。
5.根据权利要求4所述的天然气脱水脱汞方法，其特征在于：分子筛干燥塔C（23）冷吹完成并恢复正常的吸附脱水能力后，切换阀门使分子筛干燥塔A（21）为原料气再生状态，分子筛干燥塔B（22）为再生气干燥状态，分子筛干燥塔C（23）为原料气吸附状态。
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