CN204824782U - 新型闭式多塔天然气分子筛脱水装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型闭式多塔天然气分子筛脱水装置，其特征在于，该脱水装置包括制冷机、气液分离器、四干燥塔、热交换器、再生气加热器、空冷器、若干控制阀和若干管路，本实用新型采用制冷机对原料天然气和再生气返流进行预冷，承担一定脱水负荷，装置脱水期间干燥塔的加热、冷却功率相对较小；再生气分离器和前置气液分离器合二为一，整个装置工艺流程更紧凑；再生气湿天然气经热交换器与再生气返流进行余热回收，有效提高再生气加热器的热效率；采用三塔同时进行吸附、一塔再生及冷却的切换程序，实现较大规模的处理能力，在系统低负荷或故障时，可切换为三塔或两塔脱水模式，增大了装置的连续运行能力，也提高装置的操作弹性和运行可靠性，可以广泛应用于天然气的脱水过程中。

Description

新型闭式多塔天然气分子筛脱水装置

技术领域

本实用新型涉及天然气净化技术领域，特别是关于一种新型闭式多塔天然气分子筛脱水装置。

背景技术

天然气的脱水方法包括低温法、溶剂吸收法、固体吸附法、化学反应法和膜分离法等。固体吸附法中以分子筛脱水的应用最广泛、技术最成熟可靠。分子筛脱水是一个物理吸附过程，通常采用分子筛、硅胶和活性氧化铝等作为吸附剂，在高压常温将天然气或合成气中的水分(H₂O)二氧化碳(CO₂)吸附，并在降压或升温的情况下将水分(H₂O)和二氧化碳(CO₂)从吸附剂中解析出来，同时吸附剂得到再生。分子筛脱水一般用于水露点要求控制较低的场合，其露点深度可达到-90℃，保证含水量在1ppm以下。

目前天然气工业用的脱水吸附器主要是固定床吸附塔，为保证装置的连续操作，至少需要两个吸附塔。分子筛脱水工艺一般分为两塔流程、三塔或多塔流程。在两塔流程中，一塔进行脱水操作，另一塔进行吸附剂的再生和冷却，然后切换操作。在三塔或多塔流程中，受进料条件等因素影响切换程序可以有多种选择，例如三塔流程可采用一塔吸附、一塔再生、另一塔冷却或二塔吸附、一塔再生及冷却的切换程序。上述现有技术中至少存在处理规模有限、操作弹性小、系统能耗高等缺陷。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种脱水效率高且工艺流程更紧凑的新型闭式多塔天然气分子筛脱水装置。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种新型闭式多塔天然气分子筛脱水装置，其特征在于，该脱水装置包括一制冷机、一气液分离器、四干燥塔、一热交换器、一再生气加热器、一空冷器、一流量传感器、一液位传感器、一温度传感器、若干控制阀和若干管路；自上游的预脱水天然气出口连接第一三通的进口，所述第一三通的第一出口连接第一管路，所述第一三通的第二出口连接所述制冷机的第一进口，所述制冷机的第一出口连接一流量控制阀的进口，所述流量控制阀的出口连接所述气液分离器的第一进口，所述流量传感器设置在所述第一管路用于采集所述第一管路的流量，所述流量控制阀根据所述流量传感器采集的流量调节其开度；所述气液分离器的气相出口连接第二管路，所述气液分离器的液相出口连接一液位控制阀的进口，所述液位控制阀的出口连接外界，所述液位传感器固定设置在所述气液分离器的壁面上用于采集所述气液分离器的液面高度，所述液位控制阀根据所述气液分离器内的液位高度调节其开度；每一所述干燥塔的顶部进口分别通过一程控阀并联连接到所述第二管路上，每一所述干燥塔的顶部进口还分别通过一程控阀并联连接到第三管路；每一所述干燥塔的底部出口分别通过一程控阀并联连接第四管路，所述第四管路的出口连接外界，进入外部的天然气处理装置，每一所述干燥塔的底部出口还分别通过一程控阀并联第五管路；所述第一管路的出口连接第二三通的进口，所述第二三通的第一出口连接一温度控制阀的进口，所述第二三通的第二出口连接所述热交换器的第一进口，所述热交换器的第一出口连接所述再生气加热器的进口，所述再生气加热器的出口连接第三三通的进口，所述第三三通的第一出口连接一温度控制阀的出口，所述第三三通的第二出口连接所述第五管路进口，所述温度传感器设置在所述第三三通的第二出口处，用于采集所述第三三通的第二出口处的温度值，所述温度控制阀和再生气加热器根据所述温度传感器采集的温度值控制各自的工作状态；所述热交换器的第二进口连接所述第三管路的出口，所述热交换器的第二出口通过第六管路连接所述空冷器的进口，所述空冷器的出口连接所述制冷机的第二进口，所述制冷机的第二出口连接所述气液分离器的第二进口。

进一步，四个所述干燥塔采用完全相同的分子筛干燥塔，每一所述干燥塔的分子筛装填量、相同位置的阀门数量、尺寸均相同。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型由于采用制冷机对原料天然气和再生气返流进行预冷，承担一定脱水负荷，装置脱水期间干燥塔的加热、冷却功率相对较小，脱水效率更高。2、本实用新型由于采用一气液分离器，再生气分离器和前置气液分离器合二为一，与现有技术中常规三塔分子筛脱水工艺流程相比，减少了一台气液分离器，装置工艺流程更紧凑。3、本实用新型再生气湿天然气经热交换器与再生气返流进行余热回收，有效提高再生气加热器的热效率。4、本实用新型由于设置有四个干燥塔，可以采用三干燥塔同时进行吸附、一干燥塔再生及冷却的切换程序，实现较大规模的处理能力；在系统低负荷或故障时，可以切换为三塔或两塔脱水模式，增大了装置的连续运行能力，也提高装置的操作弹性和运行可靠性。5、本实用新型的四个干燥塔采用完全相同的分子筛干燥塔，每一干燥塔的分子筛装填量、相同位置的阀门数量、尺寸均相同，具有对称性和互换性，易于产品标准化设计。本实用新型可以广泛应用于天然气的脱水过程中。

附图说明

图1是本实用新型闭式多塔天然气分子筛脱水装置。

具体实施方式

以下结合附图来对本实用新型进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本实用新型，它们不应该理解成对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，本实用新型提供的新型闭式多塔天然气分子筛脱水装置，包括一制冷机1、一气液分离器2、四干燥塔3A～3D、一热交换器4、一再生气加热器5、一空冷器6、一流量传感器FC、一液位传感器LC、一温度传感器TC、若干控制阀和若干管路。

自上游的预脱水天然气出口连接第一三通(图中未示出)的进口，第一三通的第一出口连接第一管路a(第一管路a为再生气湿天然气支流管路)，第一三通的第二出口连接制冷机1的进口x1，制冷机1的出口x2连接一流量控制阀81的进口，流量控制阀81的出口连接气液分离器2的进口y1，流量传感器FC设置在第一管路a上用于采集第一管路a的流量，流量控制阀81根据流量传感器FC采集的流量反馈调节其开度，进而控制通过流量控制阀81的流量；气液分离器2的气相出口y3连接第二管路b，气液分离器2的液相出口y4连接一液位控制阀82的进口，液位控制阀82的出口连接外界，液位传感器LC固定设置在气液分离器2的壁面上用于采集气液分离器2的液面高度，液位控制阀82根据气液分离器2内的液位高度反馈其开度，进而控制排向外界的凝液流量。

每一干燥塔的顶部进口分别通过一程控阀(K-1A～K-1D)并联连接到第二管路b上，每一干燥塔的顶部进口还分别通过一程控阀(K-3A～K-3D)并联连接到第三管路c(第三管路c为再生气反流管路)；每一干燥塔的底部出口分别通过一程控阀(K-2A～K-2D)并联连接第四管路d(第四管路d为干燥天然气流出管路)，第四管路d的出口连接外界，进入外部的天然气处理装置，每一干燥塔的底部出口还分别通过一程控阀(K-4A～K-4D)并联第五管路e(第五管路e为再生气加热器出口管路)。

第一管路a的出口连接第二三通(图中未示出)的进口，第二三通的第一出口连接一温度控制阀83的进口，第二三通的第二出口连接热交换器4的进口z1，热交换器4的出口z2连接再生气加热器5的进口，再生气加热器5的出口连接第三三通(图中未示出)的进口，第三三通的第一出口连接温度控制阀83的出口，第三三通的第二出口连接第五管路e的进口，温度传感器TC设置在第三三通的第二出口处，用于采集在第三三通的第二出口处的温度值，温度控制阀83和再生气加热器5根据采集的温度值控制各自的工作状态，热交换器4的进口z3连接第三管路c的出口，热交换器4的出口z4通过第六管路f连接空冷器6的进口，空冷器6的出口连接制冷机1的进口x3，制冷机的出口x4连接气液分离器2的进口y2。

在一个优选的实施例中，当需要进行较大规模处理量时，可以采用三个干燥塔同时进行吸附，一个干燥塔再生及冷却的脱水模式；当系统出现低负荷或故障时，可以采用三个干燥塔(两个干燥塔吸附，一个干燥塔再生及冷却)或两个干燥塔(一个干燥塔吸附，一个干燥塔再生及冷却)的脱水模式，增大装置的连续运行能力，提高装置的操作弹性和运行可靠性，其中，系统低负荷是指系统负荷为正常负荷的50％～90％，不需要四个干燥塔全部开动；系统故障是指四个干燥塔中有一个干燥塔或者两个干燥塔出现故障。

在一个优选的实施例中，四个干燥塔均可以采用完全相同的分子筛干燥塔，每一干燥塔的分子筛装填量、相同位置的阀门数量、尺寸均相同。

下面通过具体实施例详细说明本实用新型的新型闭式多塔天然气分子筛脱水装置的工作过程。本实施例采用三干燥塔同时进行吸附、一干燥塔再生及冷却的脱水模式，具体为：

1)来自上游的预脱水天然气管道通过第一三通后，一部分湿天然气通过第一三通的第一出口进入第一管路a(作为再生气)，大部分湿天然气通过第一三通的第二出口进入制冷机1进行预冷，冷却降温后的湿天然气经流量控制阀81进入气液分离器2进行气液分离，经气液分离后的气相天然气经气相出口y3进入第二管路b，经气液分离后的凝液经液位控制阀82进行凝液排放。

2)此时，三个干燥塔3A/B/C的吸附阀K-1A/B/C、K-2A/B/C打开，加热/冷吹阀K-3A/B/C、K-4A/B/C为关闭状态；干燥塔3D的吸附阀K-1D、K-2D关闭，加热/冷吹阀K-3D、K-4D为开启状态。第二管路b内湿天然气经吸附阀K-1A/B/C分别进入干燥塔3A/B/C分别在塔中进行吸附脱水，脱水后的干燥天然气经吸附阀K-2A/B/C进入第四管路d通向下游。三个干燥塔3A/B/C进行吸附过程的同时，干燥塔3D先进行加热再生过程，具体为：第一管路a内湿天然气再生气进入热交换器4进行余热回收，升温后进入再生气加热器5，被加热后的再生气流经加热阀K-4D进入干燥塔3D进行热吹，再生气返流经加热阀K-3D流出进入热交换器4，并经热交换器4通过第六管路f进入空冷器6，被空冷器6冷却后进入制冷机1，经制冷机1预冷后进入气液分离器2，并在气液分离器2内进行物料混合、气液分离。当干燥塔3D加热再生过程结束，进入冷吹过程：第一管路a内湿天然气再生气经温度控制阀83进入第五管路e，然后经冷吹阀K-4D进入干燥塔3D进行冷吹，再生气返流经冷吹阀K-3D流出，经热交换器4通过第六管路f被空冷器6冷却后进入制冷机1，经制冷机1预冷后进入气液分离器2，并在气液分离器2内进行物料混合、气液分离，如此完成一个周期吸附再生过程。该脱水装置完成一个周期吸附再生过程后，可以根据设定周期依次进行顺序切换。例如在上述流程中，在第一个周期内，干燥塔3A/B/C进行吸附过程、干燥塔3D进行加热冷却过程。

3)当第一个周期结束后，干燥塔3C的吸附阀K-1C、K-2C关闭，加热/冷吹阀K-3C、K-4C切换至开启状态，而干燥塔3D的吸附阀K-1D、K-2D开启，加热/冷吹阀K-3D、K-4D切换至关闭状态；此时，干燥塔3A/B/D进行吸附过程、干燥塔3C进行加热冷却过程。

4)当第二个周期结束后，干燥塔3B的吸附阀K-1B、K-2B关闭，加热/冷吹阀K-3B、K-4B切换至开启状态，而干燥塔3C的吸附阀K-1C、K-2C开启，加热/冷吹阀K-3C、K-4C切换至关闭状态；此时，干燥塔3A/C/D进行吸附过程、干燥塔3B进行加热冷却过程。

5)当第三个周期结束后，干燥塔3A的吸附阀K-1A、K-2A关闭，加热/冷吹阀K-3A、K-4A切换至开启状态，而干燥塔3B的吸附阀K-1B、K-2B开启，加热/冷吹阀组K-3B、K-4B切换至关闭状态；此时，干燥塔3B/C/D进行吸附过程、干燥塔3A进行加热冷却过程。

6)上述四个周期结束后，四台干燥塔再次按照2)～5)进行切换工作，直到完成所需天然气的脱水工作。

上述各实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims (2)

1.一种新型闭式多塔天然气分子筛脱水装置，其特征在于，该脱水装置包括一制冷机、一气液分离器、四干燥塔、一热交换器、一再生气加热器、一空冷器、一流量传感器、一液位传感器、一温度传感器、若干控制阀和若干管路；

自上游的预脱水天然气出口连接第一三通的进口，所述第一三通的第一出口连接第一管路，所述第一三通的第二出口连接所述制冷机的第一进口，所述制冷机的第一出口连接一流量控制阀的进口，所述流量控制阀的出口连接所述气液分离器的第一进口，所述流量传感器设置在所述第一管路用于采集所述第一管路的流量，所述流量控制阀根据所述流量传感器采集的流量调节其开度；所述气液分离器的气相出口连接第二管路，所述气液分离器的液相出口连接一液位控制阀的进口，所述液位控制阀的出口连接外界，所述液位传感器固定设置在所述气液分离器的壁面上用于采集所述气液分离器的液面高度，所述液位控制阀根据所述气液分离器内的液位高度调节其开度；

每一所述干燥塔的顶部进口分别通过一程控阀并联连接到所述第二管路上，每一所述干燥塔的顶部进口还分别通过一程控阀并联连接到第三管路；每一所述干燥塔的底部出口分别通过一程控阀并联连接第四管路，所述第四管路的出口连接外界，进入外部的天然气处理装置，每一所述干燥塔的底部出口还分别通过一程控阀并联第五管路；

所述第一管路的出口连接第二三通的进口，所述第二三通的第一出口连接一温度控制阀的进口，所述第二三通的第二出口连接所述热交换器的第一进口，所述热交换器的第一出口连接所述再生气加热器的进口，所述再生气加热器的出口连接第三三通的进口，所述第三三通的第一出口连接一温度控制阀的出口，所述第三三通的第二出口连接所述第五管路进口，所述温度传感器设置在所述第三三通的第二出口处，用于采集所述第三三通的第二出口处的温度值，所述温度控制阀和再生气加热器根据所述温度传感器采集的温度值控制各自的工作状态；所述热交换器的第二进口连接所述第三管路的出口，所述热交换器的第二出口通过第六管路连接所述空冷器的进口，所述空冷器的出口连接所述制冷机的第二进口，所述制冷机的第二出口连接所述气液分离器的第二进口。

2.如权利要求1所述的新型闭式多塔天然气分子筛脱水装置，其特征在于，四个所述干燥塔采用完全相同的分子筛干燥塔，每一所述干燥塔的分子筛装填量、相同位置的阀门数量、尺寸均相同。