CN201634651U - 一种天然气液化脱碳脱水装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种天然气液化脱碳脱水装置，其中，包括第一吸附塔、第二吸附塔、工艺气体进气端、工艺气体出气端、加热器、冷却器及控制器，另外，还包括：一第三吸附塔，所述第三吸附塔连接于所述工艺气体进气端及所述工艺气体出气端之间；一再生气体进气端，于所述第一吸附塔、所述第二吸附塔及所述第三吸附塔与所述工艺气体进气端相连的端口，所述再生气体进气端分别与所述第一吸附塔、所述第二吸附塔及所述第三吸附塔连接；所述加热器包括第一通气口及第二通气口，所述第一通气口及所述第二通气口均分别与所述第一吸附塔、所述第二吸附塔及所述第三吸附塔连接。该装置节约能源、再生气使用量少、提高了生产能力且系统可安全地全自动运行。

Description

一种天然气液化脱碳脱水装置

技术领域

本实用新型涉及一种天然气液化脱碳脱水装置。

背景技术

在天然气液化工艺中，原料气需要进行脱碳脱水处理，利用分子筛吸附脱碳脱水目前很常用，其原理是利用分子筛的吸附作用，使天然气中的水和二氧化碳附着在分子筛上，天然气则流过吸附容器，实现脱除天然气中水和二氧化碳的目的。

分子筛对水和二氧化碳的吸附有限制，当分子筛吸附饱和时，就无法再吸附水和二氧化碳，失去了吸附效果。这时需要对分子筛进行再生(也称为活化)处理，使附着在分子筛上的水分和二氧化碳脱离分子筛，并被带出吸附容器，这就是分子筛的再生过程。分子筛经过再生处理才能循环使用。

再生过程需要有再生气，再生气要求是洁净、干燥的气体，能将分子筛中的水和二氧化碳吹除掉。同时需要对再生气加热，温度达到200～300℃(具体温度由工艺情况确定)。而加热后的分子筛还需要吹冷到常温状态，这才算完成了再生过程，具备吸附能力。

目前的分子筛脱碳脱水装置中，使用吸附塔、吸附剂(主要是各种型号的分子筛或其他吸水剂)、程控阀、加热器(用于加热再生气)等设备，如图1所示，其包括第一吸附塔1、第二吸附塔2、工艺气体进气端、工艺气体出气端、加热器13、冷却器14及控制器，所述加热器13及所述冷却器14均分别与所述第一吸附塔1及所述第二吸附塔2连接，所述第一吸附塔1及第二吸附塔2并列连接于所述工艺气体进气端及所述工艺气体出气端之间，所述控制器通过多个程控阀控制所述第一吸附塔1、所述第二吸附塔2、所述加热器13以及所述冷却器14。

其中，工艺气体经过程控阀4、第一吸附塔1和程控阀10，被净化后流出。从净化后的工艺气体中引出部分气体作为再生气使用。通过程控阀13调节再生气流量，再生气通过加热器3被加热，然后通过程控阀9流入第二吸附塔2对其中的吸附剂进行再生，然后通过程控阀7流入冷却器14，被冷却后放空或用于别的用途。第二吸附塔2加热完毕后，关闭加热器3，再生气对第二吸附塔2进行吹冷，吹冷完后再生过程结束，第一吸附塔1和第二吸附塔2可以进行切换。程控阀12用于两个吸附塔之间压力的平衡。

上述现有技术的装置虽然可以完成吸附剂的再生，然而存在以下缺陷：

1、被再生的分子筛被吹冷的过程中，热量完全被带走，没有任何回收，因而浪费了能源，同时增加了加热器的负荷。

2、再生过程中的加热和吹冷不是同时进行的，吹冷和加热安装先后顺序进行，在工艺流程中，吸附过程一直是在进行的，则吹冷和加热时间之和与吸附时间一样，这实际是缩短了吹冷和加热的时间，因此，需要较大的热流量才能满足再生的要求，具体就需要较大的再生气量或较大功率的加热器。

3、由于需要较大的再生气量，而液化设备的放空气体气量较小，不能作为再生气体，因此，使用净化后的工艺气体作为再生气，进而消耗了工艺气体，相当于降低了生产能力。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提出一种天然气液化脱碳脱水装置，以克服现有技术的装置浪费能源的缺陷。

为实现上述目的，本实用新型提出一种天然气液化脱碳脱水装置，包括第一吸附塔、第二吸附塔、工艺气体进气端、工艺气体出气端、加热器、冷却器及控制器，所述第一吸附塔及第二吸附塔并列连接于所述工艺气体进气端及所述工艺气体出气端之间，所述加热器及所述冷却器均分别与所述第一吸附塔及所述第二吸附塔连接，所述控制器通过多个程控阀控制所述第一吸附塔、所述第二吸附塔、所述加热器以及所述冷却器，其中，还包括：一第三吸附塔，所述第三吸附塔连接于所述工艺气体进气端及所述工艺气体出气端之间；一再生气体进气端，于所述第一吸附塔、所述第二吸附塔及所述第三吸附塔与所述工艺气体进气端相连的端口，所述再生气体进气端分别与所述第一吸附塔、所述第二吸附塔及所述第三吸附塔连接；其中，所述加热器包括第一通气口及第二通气口，所述第一通气口及所述第二通气口均分别与所述第一吸附塔、所述第二吸附塔及所述第三吸附塔连接。

其中，所述第一吸附塔、所述第二吸附塔及所述第三吸附塔与所述工艺气体进气端之间分别具有第一程控阀、第二程控阀及第三程控阀；所述第一吸附塔、所述第二吸附塔及所述第三吸附塔与所述工艺气体出气端之间分别具有第四程控阀、第五程控阀及第六程控阀；所述第一吸附塔、所述第二吸附塔及所述第三吸附塔与所述再生气体进气端之间分别具有第七程控阀、第八程控阀及第九程控阀；所述第一吸附塔、所述第二吸附塔及所述第三吸附塔与所述再生气体出气端的之间分别具有第十程控阀、第十一程控阀及第十二程控阀；所述第一吸附塔、所述第二吸附塔及所述第三吸附塔与所述第一通气口之间分别具有第十三程控阀、第十四程控阀及第十五程控阀；以及所述第一吸附塔、所述第二吸附塔及所述第三吸附塔与所述第二通气口之间分别具有第十六程控阀、第十七程控阀及第十八程控阀。

其中，该装置还包括：一第一调节阀，设置于所述第一吸附塔及所述第二吸附塔之间；一第二调节阀，设置于所述第一吸附塔及所述第三吸附塔之间；以及一第三调节阀，设置于所述第二吸附塔及所述第三吸附塔之间。

其中，该装置还包括一风机，设置于所述再生气体进气端。

其中，该装置还包括一第十九程控阀，设置于所述风机的出气端。

其中，该装置还包括一手动阀，所述手动阀连接到风机出口处。

本实用新型的效果：

该装置吸附、再生效果良好；分子筛被吹冷后，热量回到加热器中，得到回收利用，节约了能源；并且，再生过程中的加热和吹冷同时进行，减少了再生气使用量，且再生气量可减少至50％，使用液化后的排空气体即可实现再生，再生能耗降低，且不必使用净化后的工艺气体作为再生气，提高了生产能力；另外，系统安全地全自动运行；

附图说明

图1为现有技术的天然气液化脱碳脱水装置的结构示意图；

图2为本实用新型的天然气液化脱碳脱水装置的结构示意图。

其中，附图标记：

100：第一吸附塔    200：第二吸附塔

300：第三吸附塔    400：加热器

500：冷却器        600：风机

101：第一程控阀    102：第二程控阀

103：第三程控阀    104：第四程控阀

105：第五程控阀    106：第六程控阀

107：第七程控阀    108：第八程控阀

109：第九程控阀    110：第十程控阀

111：第十一程控阀  112：第十二程控阀

113：第十三程控阀  114：第十四程控阀

115：第十五程控阀  116：第十六程控阀

117：第十七程控阀  118：第十八程控阀

119：第十九程控阀  120：手动阀

700：第一调节阀    800：第二调节阀

900：第三调节阀

具体实施方式

本实用新型提出一种天然气液化脱碳脱水装置，该装置采用了3个吸附塔，处于再生中的两个吸附塔串联，再生气首先经过需要吹冷的吸附塔，在该吸附塔被吹冷时，再生气温度也升高。然后再生气进入加热器被加热后进入需要加热的吸附塔。并且，从合成氨尾气中提出液化甲烷和液氩后，尾气中的其余气体(氮气、氢气)需要被放空，这股气体经过了-190℃的低温状态，露点很低，满足干净干燥的要求，于本实用新型中被用来作再生气体使用。

图2为本实用新型的天然气液化脱碳脱水装置的结构示意图，如图2所示，其与图1的现有技术相比，主要区别在于，还包括：一第三吸附塔，所述第三吸附塔连接于所述工艺气体进气端及所述工艺气体出气端之间；一再生气体进气端，于所述第一吸附塔、所述第二吸附塔及所述第三吸附塔与所述工艺气体进气端相连的端口，所述再生气体进气端分别与所述第一吸附塔、所述第二吸附塔及所述第三吸附塔连接；其中，加热器包括第一通气口及第二通气口，所述第一通气口及所述第二通气口均分别与所述第一吸附塔、所述第二吸附塔及所述第三吸附塔连接。

具体而言，如图2所示，该装置包括第一吸附塔100、一第二吸附塔200以及一第三吸附塔300，所述第一吸附塔100、所述第二吸附塔200以及所述第三吸附塔300并列连接于工艺气体进气端及工艺气体出气端之间；于所述第一吸附塔100、所述第二吸附塔200及所述第三吸附塔300与所述工艺气体进气端相连的端口c、d、e，所述再生气体进气端分别与所述第一吸附塔100、所述第二吸附塔200及所述第三吸附塔300连接；同样，于所述第一吸附塔100、所述第二吸附塔200及所述第三吸附塔300的端口c、d、e处，冷却器分别与所述第一吸附塔100、所述第二吸附塔200及所述第三吸附塔300连接；所述加热器400具有第一通气口a及第二通气口b，于所述第一吸附塔100、所述第二吸附塔200及所述第三吸附塔300与所述工艺气体出气端相连的端口f、g、h，所述第一通气口a分别与所述第一吸附塔100、所述第二吸附塔200及所述第三吸附塔300连接，并且所述第二通气口b分别与所述第一吸附塔100、所述第二吸附塔200及所述第三吸附塔300连接。

并且，所述第一吸附塔100、所述第二吸附塔200及所述第三吸附塔300与所述工艺气体进气端之间分别具有第一程控阀101、第二程控阀102及第三程控阀103；所述第一吸附塔100、所述第二吸附塔200及所述第三吸附塔300与所述工艺气体出气端之间分别具有第四程控阀104、第五程控阀105及第六程控阀106；所述第一吸附塔100、所述第二吸附塔200及所述第三吸附塔300与所述再生气体进气端之间分别具有第七程控阀107、第八程控阀108及第九程控阀109；所述第一吸附塔100、所述第二吸附塔200及所述第三吸附塔300与所述再生气体出气端的之间分别具有第十程控阀110、第十一程控阀111及第十二程控阀112；所述第一吸附塔100、所述第二吸附塔200及所述第三吸附塔300与所述第一通气口之间分别具有第十三程控阀113、第十四程控阀114及第十五程控阀115；以及所述第一吸附塔100、所述第二吸附塔200及所述第三吸附塔300与所述第二通气口之间分别具有第十六程控阀116、第十七程控阀117及第十八程控阀118。

并且，该装置还包括一第一调节阀700，设置于所述第一吸附塔100及所述第二吸附塔200之间；一第二调节阀800，设置于所述第一吸附塔100及所述第三吸附塔300之间；以及一第三调节阀900，设置于所述第二吸附塔200及所述第三吸附塔300之间。

并且，该装置还包括一风机(压缩机)600，设置于所述再生气体进气端。另外，一第十九程控阀119，设置于所述风机600的出气端。

并且，该装置还包括一手动阀120，所述手动阀120连接到风机600出口处。

并且，该装置通过控制器控制各程控阀的开启及关闭，以实现第一吸附塔、第二吸附塔及第三吸附塔进行吸附、加热及冷却的不同工作状态。并且，控制器控制所述加热器、所述冷却器及所述风机的开启及关闭等操作状态。

其中，第一程控阀101至第十八程控阀118用于控制工艺气体和再生气流动方向。确保工艺气体流过具备吸附能力的吸附塔，再生气依次流过需要吹冷和加热的吸附塔。

第一调节阀700、第二调节阀800及第三调节阀900用于控制第一吸附塔100、第二吸附塔200及第三吸附塔300内压力变化，平衡各吸附塔之间压力，当工艺气体和再生气压力不等时，吸附塔切换之前需要使塔内压力平衡，若工艺气体与再生气之间压力小于0.5MPa，则可以取消各个调节阀。

第十九程控阀119用于再生气安全放空。当第一吸附塔100、第二吸附塔200及第三吸附塔300处于压力平衡过程，通过开启第十九程控阀119放空再生气，确保整个系统安全。

手动阀120的开启可使本装置也可使用净化后的工艺气体做再生气。

电加热器400用于加热再生气。吸附剂需要在一定的温度下进行(一般高于250℃)，该温度由电加热器400加热再生气得到。

风机或压缩机在再生气压力不足时，可提高其压力，再将再生气体送入脱碳脱水系统。

通过本实用新型的上述天然气液化脱碳脱水装置，实现了吸附、冷却及加热的同步进行，具体过程如下：

本实用新型的装置利用控制器控制各程控阀、调节阀、加热器、冷却器，通过程序控制改变第一吸附塔100、第二吸附塔200及第三吸附塔300的状态，自动调整三个吸附塔进入吸附、加热或冷却状态，使整个系统能自动不间断运行。

于状态A，第一吸附塔100处于吸附状态，第二吸附塔200处于再生加热状态，第三吸附塔300处于再生吹冷状态，则第一程控阀101、第四程控阀104、第九程控阀109、第十五程控阀115、第十七程控阀117、第十一程控阀111开启，其余程控阀关闭，第一调节阀700、第二调节阀800、第三调节阀900关闭，加热器400开启。

此状态下，工艺气体通过第一程控阀101、第四程控阀104流过第一吸附塔100，处于吸附状态。

再生气体通过风机(压缩机)600增压后，通过第九程控阀109、第十五程控阀115流过第三吸附塔300。此时的再生气体为常温气体并不含水分，对第三吸附塔300有吹冷作用，将第三吸附塔300内的热量和水分带走。

再生气体流出第三吸附塔300后温度升高，再进入电加热器400被加热到高温状态，此时的再生气体具有加热第二吸附塔200的能力。

被电加热器400加热后的再生气体通过第十七程控阀117、第十一程控阀111流过第二吸附塔200，对其进行加热。流出第二吸附塔200的再生气温度有所降低，将热量留在塔第二吸附塔200内。

从第二吸附塔200流出的再生气体进入冷却器500被冷却到常温，然后放空。

在上述过程中，第一吸附塔100的吸附时间、第三吸附塔300的吹冷时间和第二吸附塔200的加热时间基本相同。吹冷和加热完成后，第三吸附塔300具有了吸附功能；第二吸附塔200加热完毕，需要被吹冷；第一吸附塔100吸100附即将饱和，需要进行再生加热。此时程控阀、调节阀、加热器通过程序控制自动调整状态，完成3个吸附塔的切换。

进入状态B，第三程控阀103、第六程控阀106、第八程控阀108、第十四程控阀114、第十六程控阀116、第十程控阀110开启，其余程控阀关闭，第三吸附塔300处于吸附状态，再生气体首先流入第二吸附塔200对其吹冷，再经过电加热器400加热，然后进入第一吸附塔100对其加热，最后被冷却器500冷却后排空。

进入状态C：第七程控阀107、第十三程控阀113、第十二程控阀112、第十八程控阀118、第二程控阀102、第五程控阀105开启，其余程控阀关闭，第二吸附塔200处于吸附状态，再生气体首先流入第一吸附塔100对其吹冷，再经过电加热器400加热，然后进入第三吸附塔300对其加热，最后被冷却器500冷却后排空。

依次类推，3个塔不断循环运行下去。

另外，对程控设备的程序控制以时间为基准。在系统初始时，程控设备处于程序设定的状态A，如第一程控阀101、第四程控阀104、第九程控阀109、第十五程控阀115、第十七程控阀117、第十一程控阀111开启，其余程控阀关闭，第一调节阀700、第二调节阀800及第三调节阀900关闭，加热器400开启，此时第一吸附塔100处于吸附状态，第二吸附塔200处于加热状态，第三吸附塔300处于吹冷状态。状态A维持时间H后，程控设备可由程序控制改变为状态B，如第三程控阀103、第六程控阀106、第八程控阀108、第十四程控阀114、第十六程控阀116、第十程控阀110开启，其余程控阀关闭，第三吸附塔300处于吸附状态，再生气体首先流入第二吸附塔200对其吹冷，再经过电加热器400加热，然后进入第一吸附塔100对其加热，最后被冷却器500冷却后排空。状态B维持一定时间后，控制器由程序控制改变为状态C。依此类推，通过控制器的控制使该系统自动不间断运行。

另外，根据实际需要，于状态A、B、C之间还可具有其他运行状态，如为适时将加热器降温冷却，于状态A后，进入状态D：第一程控阀101、第四程控阀104、第九程控阀109、第十五程控阀115、第十七程控阀117、第十一程控阀111开启，其余程控阀关闭，第一调节阀700、第二调节阀800及第三调节阀900关闭，加热器4关闭，此时第一吸附塔100处于吸附状态，第二吸附塔200处于吹冷状态，第三吸附塔300处于吹冷状态，加热器400处于吹冷状态。

本实用新型效果

1.吸附、再生效果良好；

2、分子筛被吹冷后，热量回到加热器中，得到回收利用，节约了能源；

3、该装置采用三吸附塔方案，处于再生中的两个吸附塔串联，再生气依次通过需要吹冷和加热的吸附塔。由于吹冷和加热由同一股再生气完成，所需要的再生气量减少50％，再生能耗降低；

4、由于再生气需要量减少，可使用液化设备放空气体做为再生气，不需要单独提供再生气，或消耗原料气作为再生气，提高了生产能力；

5、采用该装置，吹冷和加热可以同时进行，因而吹冷和加热的时间都可以与吸附时间一样，时间延长使得该装置可以使用较少的再生气和较小功率的加热器而满足再生要求；

6、程控阀、调节阀、加热器通过程序自动控制，使脱碳脱水系统实现吸附-再生自动切换，使系统安全地全自动运行。

当然，本实用新型还可有其他多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种天然气液化脱碳脱水装置，包括第一吸附塔、第二吸附塔、工艺气体进气端、工艺气体出气端、加热器、冷却器及控制器，所述加热器及所述冷却器均分别与所述第一吸附塔及所述第二吸附塔连接，所述第一吸附塔及第二吸附塔并列连接于所述工艺气体进气端及所述工艺气体出气端之间，所述控制器通过多个程控阀控制所述第一吸附塔、所述第二吸附塔、所述加热器以及所述冷却器，其特征在于，还包括：

一第三吸附塔，所述第三吸附塔连接于所述工艺气体进气端及所述工艺气体出气端之间；

一再生气体进气端，于所述第一吸附塔、所述第二吸附塔及所述第三吸附塔与所述工艺气体进气端相连的端口，所述再生气体进气端分别与所述第一吸附塔、所述第二吸附塔及所述第三吸附塔连接；

其中，所述加热器包括第一通气口及第二通气口，所述第一通气口及所述第二通气口均分别与所述第一吸附塔、所述第二吸附塔及所述第三吸附塔连接。

2.根据权利要求1所述的天然气液化脱碳脱水装置，其特征在于，

所述第一吸附塔、所述第二吸附塔及所述第三吸附塔与所述工艺气体进气端之间分别具有第一程控阀、第二程控阀及第三程控阀；

所述第一吸附塔、所述第二吸附塔及所述第三吸附塔与所述工艺气体出气端之间分别具有第四程控阀、第五程控阀及第六程控阀；

所述第一吸附塔、所述第二吸附塔及所述第三吸附塔与所述再生气体进气端之间分别具有第七程控阀、第八程控阀及第九程控阀；

所述第一吸附塔、所述第二吸附塔及所述第三吸附塔与所述再生气体出气端的之间分别具有第十程控阀、第十一程控阀及第十二程控阀；

所述第一吸附塔、所述第二吸附塔及所述第三吸附塔与所述第一通气口之间分别具有第十三程控阀、第十四程控阀及第十五程控阀；以及

所述第一吸附塔、所述第二吸附塔及所述第三吸附塔与所述第二通气口之间分别具有第十六程控阀、第十七程控阀及第十八程控阀。

3.根据权利要求2所述的天然气液化脱碳脱水装置，其特征在于，还包括：

一第一调节阀，设置于所述第一吸附塔及所述第二吸附塔之间；

一第二调节阀，设置于所述第一吸附塔及所述第三吸附塔之间；

一第三调节阀，设置于所述第二吸附塔及所述第三吸附塔之间。

4.根据权利要求2所述的天然气液化脱碳脱水装置，其特征在于，还包括一风机，设置于所述再生气体进气端。

5.根据权利要求4所述的天然气液化脱碳脱水装置，其特征在于，还包括一第十九程控阀，设置于所述风机的出气端。

6.根据权利要求2所述的天然气液化脱碳脱水装置，其特征在于，还包括：一手动阀，所述手动阀连接到风机出口处。

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