CN205133539U - 天然气连续脱汞高效吸附装置 - Google Patents

Abstract

<b>本实用新型涉及天然气脱汞装置及其工艺技术领域，是一种天然气连续脱汞高效吸附装置，其包括聚结过滤分离器、A吸附塔、B吸附塔和粉尘过滤器；聚结过滤分离器的进料口上固定安装有原料气管线，聚结过滤分离器上端的出口上固定安装有出气管线，聚结过滤分离器下端的出口上固定安装有污水排放管线，出气管线与A吸附塔的上端进口之间固定安装有A进气管线。本实用新型结构合理而紧凑，使用方便，本实用新型采用双塔吸附脱汞工艺通过双塔串联、交替运行，根据吸附原理和流体力学特点，达到充分利用吸附剂容量，提高装置运行可靠性，实现安全连续生产，降低生产成本，并且该技术目前在国内外油气田尚未得到应用。</b>

Description

天然气连续脱汞高效吸附装置

技术领域

本实用新型涉及天然气脱汞装置及其工艺技术领域，是一种天然气连续脱汞高效吸附装置。

背景技术

随着我国天然气工业的快速发展，国家对天然气工业的质量、安全、健康、环境要求也越来越高，汞污染作为全球环境问题，引起世界各国的广泛关注，天然气集输、处理加工系统涵盖面广，涉及到天然气脱水脱烃、凝析油分馏稳定、乙二醇提浓再生和生产污水排放等，汞在集输处理加工过程中会渗入到各个系统中，汞的高毒、高腐蚀特性，对气田运行管理操作人员健康、设备腐蚀带来较大影响。

化学吸附法在经济性、脱汞效果和环保等方面都优于其它方法，在国内外天然气脱汞装置中得到广泛应用，国内外常用的脱汞吸附剂有载硫活性炭、负载型金属硫化物和金属氧化物。

．载硫活性碳

活性炭是经过活化处理的无定型碳，一般为粉状、粒状，有强吸附能力，有大量的细孔，比表面积很大，活性炭吸附剂仅仅是作为一种载体，使反应物通过浸渍、沉淀等工艺均匀的分布其中，增加反应物质的比表面积，改善反应物质活性，单质硫与汞反应形成HgS，达到脱汞的目的，反应式如下：

2Hg+2S?2HgS

2．负载型金属硫化物氧化铝

负载型金属硫化物是无机骨架与金属硫化物的结合体，无机骨架通常采用铜或锌等，金属硫化物与汞发生化学反应形成HgS，而达到脱汞的目的，反应式为：

Hg+M _x S _y →M _x S _y-1 +HgS

当进料气中同时有H ₂ S时，脱汞吸附剂可以选择负载型金属氧化物，金属氧化物吸收H ₂ S后，就活化成了脱汞用的金属硫化物，金属氧化物脱硫反应式为：

MO+H ₂ S→MS+H ₂ O

化学吸附法脱汞即采用固体吸附剂脱除天然气中的汞，通常将脱汞剂装填在脱汞塔（罐）里，天然气连续通过脱汞塔时与脱汞剂发生化学反应，从而将天然气中的汞进行脱除，当脱汞剂达到饱和吸附时，则需要进行更换。

目前国内外化学吸附法天然气脱汞装置普遍采用单塔吸附工艺，由于化学反应需要一定的时间，对于装置规模较大、操作压力较高时，通过增大塔径来降低空速确保有效接触时间的做法既不经济也不现实，普遍采取加大装填量提高吸附剂床层高度来保证有效接触时间，单塔吸附工艺，当出口汞含量超标时即意味着发生了汞穿透，此时约20%至30%的吸附剂仍未达到饱和吸附。采用化学吸附法进行天然气脱汞时影响吸附效果、使用寿命的因素很多，其中包括原料气质组成、开发方式、配产、操作工况等，汞穿透是在较短时间内发生，而吸附剂失效时间难以预判，通常采取的措施是提前更换吸附剂，由此而造成吸附剂得不到充分利用而出现浪费，并且吸附剂更换难以做到与站场检修同步，通常需停产更换，将影响气田经济效益，而且随着气田开发时间的延长，原料气汞含量变化较大，单塔流程适应性较差。

发明内容

本实用新型提供了一种天然气连续脱汞高效吸附装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决目前国内采用单塔吸附的工艺存在吸附剂得不到充分利用而出现浪费、并且需停产更换吸附剂的问题。

本实用新型的技术方案是通过以下措施来实现的：一种天然气连续脱汞高效吸附装置，包括聚结过滤分离器、A吸附塔、B吸附塔和粉尘过滤器；聚结过滤分离器的进料口上固定安装有原料气管线，聚结过滤分离器上端的出口上固定安装有出气管线，聚结过滤分离器下端的出口上固定安装有污水排放管线，出气管线与A吸附塔的上端进口之间固定安装有A进气管线，出气管线与B吸附塔上端的进口之间固定安装有B进气管线，在粉尘过滤器的进口上固定安装有进料管线，A吸附塔下端的出口与进料管线之间固定安装有A出料管线，B吸附塔下端的出口与进料管线之间固定安装有B出料管线，在粉尘过滤器的出口上固定安装有脱汞湿天然气出料管线，A进气管线与B出料管线之间固定安装有A切换管线，A出料管线与B进气管线之间固定安装有B切换管线；在A切换管线与出气管线之间的A进气管线上固定安装有第一阀门，在A切换管线上固定安装有第二阀门，在A切换管线与进料管线之间的B出料管线上固定安装有第三阀门，在B切换管线与出气管线之间的B进气管线上固定安装有第四阀门，在B切换管线上固定安装有第五阀门，在B切换管线与进料管线之间的A出料管线上固定安装有第六阀门，在脱汞湿天然气出料管线上固定安装有压力表。

下面是对上述实用新型技术方案的进一步优化或/和改进：

上述在A进气管线和B进气管线之前的出气管线上固定安装有换热器，换热器的内部设置有热介质盘管，在换热器的热介质盘管进口上固定安装有热介质进料管，在换热器的热介质盘管出口上固定安装有热介质出料管。

上述在聚结过滤分离器上设置有差压检测装置、液位检测装置和报警装置；或/和，在A吸附塔上分别设置有差压检测装置、液位检测装置和报警装置；或/和，在B吸附塔上分别设置有差压检测装置、液位检测装置和报警装置。

上述聚结过滤分离器、A吸附塔、B吸附塔和粉尘过滤器设置在撬装底座上。

本实用新型结构合理而紧凑，使用方便，本实用新型采用双塔吸附脱汞工艺通过双塔串联、交替运行，根据吸附原理和流体力学特点，达到充分利用吸附剂容量，提高装置运行可靠性，实现安全连续生产，降低生产成本，并且该技术目前在国内外油气田尚未得到应用。

附图说明

附图1为本实用新型最佳实施例的工艺流程结构示意图。

附图中的编码分别为：1为聚结过滤分离器，2为原料气管线，3为出气管线，4为污水排放管线，5为A吸附塔，6为A进气管线，7为B吸附塔，8为B进气管线，9为粉尘过滤器，10为进料管线，11为A出料管线，12为B出料管线，13为脱汞湿天然气出料管线，14为A切换管线，15为B切换管线，16为第一阀门，17为第二阀门，18为第三阀门，19为第四阀门，20为第五阀门，21为第六阀门，22为压力表，23为换热器，24为热介质进料管，25为热介质出料管。

具体实施方式

本实用新型不受下述实施例的限制，可根据本实用新型的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本实用新型中，凡是未做特别说明，百分数均指质量百分数。

在本实用新型中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图的布图方式来进行描述的，如：上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步描述：

如附图1所示，该天然气连续脱汞高效吸附装置包括聚结过滤分离器1、A吸附塔5、B吸附塔7和粉尘过滤器9；聚结过滤分离器1的进料口上固定安装有原料气管线2，聚结过滤分离器1上端的出口上固定安装有出气管线3，聚结过滤分离器1下端的出口上固定安装有污水排放管线4，出气管线3与A吸附塔5的上端进口之间固定安装有A进气管线6，出气管线3与B吸附塔7上端的进口之间固定安装有B进气管线8，在粉尘过滤器9的进口上固定安装有进料管线10，A吸附塔5下端的出口与进料管线10之间固定安装有A出料管线11，B吸附塔7下端的出口与进料管线10之间固定安装有B出料管线12，在粉尘过滤器9的出口上固定安装有脱汞湿天然气出料管线13，A进气管线6与B出料管线12之间固定安装有A切换管线14，A出料管线11与B进气管线8之间固定安装有B切换管线15；在A切换管线14与出气管线3之间的A进气管线6上固定安装有第一阀门16，在A切换管线14上固定安装有第二阀门17，在A切换管线14与进料管线10之间的B出料管线12上固定安装有第三阀门18，在B切换管线15与出气管线3之间的B进气管线8上固定安装有第四阀门19，在B切换管线8上固定安装有第五阀门20，在B切换管线8与进料管线10之间的A出料管线11上固定安装有第六阀门21，在脱汞湿天然气出料管线上13固定安装有压力表22。聚结过滤分离器1为中国普尔利斯环保分离设备制造有限公司生产的名称为高效聚结滤芯分离器。

可根据实际需要，对上述天然气连续脱汞高效吸附装置作进一步优化或/和改进：

如附图1所示，在A进气管线6和B进气管线8之前的出气管线3上固定安装有换热器23，换热器23的内部设置有热介质盘管，在换热器23的热介质盘管进口上固定安装有热介质进料管24，在换热器23的热介质盘管出口上固定安装有热介质出料管25。当温度低于操作压力下的露点温度时，由聚结过滤分离器1出来的天然气先经过换热器23加热至高于露点温度3摄氏度至5摄氏度后再进入A吸附塔5中；换热器23设置说明：换热器23的设置需结合天然气处理工艺系统统筹考虑，当对原料气设置有加热炉时，可通过加热炉提高原料气的温度，因而可取消换热器23设置；当原料气无加热设施，而温度又低于操作压力的露点温度，则需要设置换热器23，换热器23可采用换热器、加热炉等，当场站设置有导热油系统时或有热能可利用的介质，可采用换热器。

如附图1所示，在聚结过滤分离器1上设置有差压检测装置、液位检测装置和报警装置；或/和，在A吸附塔5上分别设置有差压检测装置、液位检测装置和报警装置；或/和，在B吸附塔7上分别设置有差压检测装置、液位检测装置和报警装置。差压检测装置为目前普遍使用的差压仪，液位检测装置为目前普遍使用的液位计，报警装置为目前普遍使用的报警器，所有的差压检测装置、液位检测装置和报警装置均可实现远程控制，所有信号上传控制室，实现集中监控。

根据需要，聚结过滤分离器1、A吸附塔5、B吸附塔7和粉尘过滤器9设置在撬装底座上。撬装化集成设置便于整体的安装与搬迁，能够有效节省工时、降低生产成本。

该天然气连续脱汞高效吸附装置的使用方法按下述步骤进行：第一步，打开第一阀门16、第三阀门18和第五阀门20，关闭第二阀门17、第四阀门19和第六阀门21，原料天然气先经过原料气管线2进入聚结过滤分离器1进行过滤分离，分离后分别得到含汞污水和游离水的体积浓度低于20ppm、天然气中液态烃的体积浓度低于5ppm天然气，含汞污水经过污水排放管线4排出；第二步，分离后的天然气经过出气管线3、A进气管线6先进入到A吸附塔5中进行吸附，由A吸附塔5中出来的气体再经过B切换管线15进入到B吸附塔7中进行吸附，吸附过程中，保证A吸附塔5和B吸附塔7的差压仪的压降为15千帕至25千帕，当A吸附塔5的差压仪的压降大于25千帕时，打开第二阀门17、第四阀门19和第六阀门21，关闭第一阀门16、第三阀门18和第五阀门20，并更换A吸附塔5中的吸附剂，分离后的天然气经过出气管线3、B进气管线8先进入到B吸附塔7中进行吸附，由B吸附塔7中出来的气体再经过A切换管线14进入到A吸附塔5中进行吸附，当B吸附塔7的差压仪的压降大于25千帕时，打开第一阀门16、第三阀门18和第五阀门20，关闭第二阀门17、第四阀门19和第六阀门21，更换B吸附塔7中的吸附剂，分离后的天然气经过出气管线3、A进气管线6先进入到A吸附塔5中进行吸附，由A吸附塔5中出来的气体再经过B切换管线15进入到B吸附塔7中进行吸附，如此往复进行；第三步，由A吸附塔5中出来的气体经过A出料管线11或由B吸附塔7中出来的气体经过B出料管线12进入到进料管线10，送至粉尘过滤器9中脱除气体中颗粒直径大于5微米的粉尘后得到脱汞湿天然气，脱汞湿天然气经过脱汞湿天然气出料管线13送至下一工序。气田来含汞天然气进入到聚结过滤分离器1，分离出夹带液滴后进入到A吸附塔5，现将A吸附塔5作为前置塔、B吸附塔7作为后置塔，天然气流经A吸附塔5时与A吸附塔5内的吸附剂反应脱除天然气中的汞，当A吸附塔5发生汞穿透时，因后串接有B吸附塔7，可保证出口气合格，因而可继续使用，此时更换A吸附塔5的吸附剂，然后将B吸附塔7作为前置塔，A吸附塔5作为后置塔，当B吸附塔7发生汞穿透时，因后串接有A吸附塔5，可保证出口气合格，因而可继续使用，此时更换B吸附塔7的吸附剂，接着将A吸附塔5作为前置塔、B吸附塔7作为后置塔，如此往复运行，便能充分利用前置塔未饱和汞容，脱汞后的天然气经粉尘过滤器9后去下游装置，A吸附塔5和B吸附塔7出口均设置有取样口，定期检测脱汞效果，粉尘过滤器出口设置在线汞分析仪，所有的差压检测装置、液位检测装置和报警装置均可实现远程控制，所有信号上传控制室，实现集中监控；粉尘过滤器9脱除气体中颗粒直径大于5微米的粉尘，效率能够达到100%；原料天然气中汞含量为小于等于1000微克每立方米、含液量小于等于0.5立方米每小时、温度大于等于露点温度3摄氏度至5摄氏度、压力大于等于0.5兆帕，但是若第二步中分离出来的原料气进入换热器23换热后，再经过出气管线3、A进气管线6先进入到A吸附塔5中进行吸附，在这种情况下，原料天然气中汞含量为小于等于1000微克每立方米、含液量小于等于0.5立方米每小时、原料天然气温度高于操作压力下水合物形成温度、压力大于等于0.5兆帕。

本实用新型中的天然气的露点温度根据国标《天然气含水量与水露点间的计算》GB/T22643-2008进行计算。

本实用新型采用双塔进行吸附的工艺具有如下特点及实用性：

1．本实用新型采用双塔串接、前后置交替运行方式，吸附剂利用率将从原单塔吸附工艺的70%左右提高至95%及以上，延长吸附剂使用寿命的三分之一，降低生产成本的三分之一。

．适应原料气汞含量变化能力强。气田不同开发阶段天然气汞含量差异大，原料气组成、生产工况等因素变化均会影响吸附剂使用寿命，本实用新型的双塔流程可串联运行，也可并联运行，对原料气汞含量变化、操作压力变化、气量波动具有较强的适应性。

．可靠性强、安全性好。本实用新型的双塔流程当其中一塔出现失效时，另一塔仍可正常生产，确保出口气汞含量仍能达标。

．实现不停产更换吸附剂。为避免停产，通常吸附剂更换与站场检修同步，由于影响吸附剂使用寿命因素很多，更换周期难以确定，难以做到与站场检修同步，因此单塔吸附时需停产更换，影响正常生产，而双塔吸附流程可实现不停产更换吸附剂，每次只需更换其中一塔吸附剂，确保更换其中一塔时，另一塔仍可正常生产，实现不停产更换吸附剂。

本实用新型采用双塔吸附脱汞工艺通过双塔串联、交替运行，根据吸附原理和流体力学特点，达到充分利用吸附剂容量，提高装置运行可靠性，实现安全连续生产，降低生产成本，并且该技术目前在国内外油气田尚未得到应用。

以上技术特征构成了本实用新型的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (5)

1.一种天然气连续脱汞高效吸附装置，其特征在于包括聚结过滤分离器、A吸附塔、B吸附塔和粉尘过滤器；聚结过滤分离器的进料口上固定安装有原料气管线，聚结过滤分离器上端的出口上固定安装有出气管线，聚结过滤分离器下端的出口上固定安装有污水排放管线，出气管线与A吸附塔的上端进口之间固定安装有A进气管线，出气管线与B吸附塔上端的进口之间固定安装有B进气管线，在粉尘过滤器的进口上固定安装有进料管线，A吸附塔下端的出口与进料管线之间固定安装有A出料管线，B吸附塔下端的出口与进料管线之间固定安装有B出料管线，在粉尘过滤器的出口上固定安装有脱汞湿天然气出料管线，A进气管线与B出料管线之间固定安装有A切换管线，A出料管线与B进气管线之间固定安装有B切换管线；在A切换管线与出气管线之间的A进气管线上固定安装有第一阀门，在A切换管线上固定安装有第二阀门，在A切换管线与进料管线之间的B出料管线上固定安装有第三阀门，在B切换管线与出气管线之间的B进气管线上固定安装有第四阀门，在B切换管线上固定安装有第五阀门，在B切换管线与进料管线之间的A出料管线上固定安装有第六阀门，在脱汞湿天然气出料管线上固定安装有压力表。

2.根据权利要求1所述的天然气连续脱汞高效吸附装置，其特征在于在A进气管线和B进气管线之前的出气管线上固定安装有换热器，换热器的内部设置有热介质盘管，在换热器的热介质盘管进口上固定安装有热介质进料管，在换热器的热介质盘管出口上固定安装有热介质出料管。

3.根据权利要求1或2所述的天然气连续脱汞高效吸附装置，其特征在于在聚结过滤分离器上设置有差压检测装置、液位检测装置和报警装置；或/和，在A吸附塔上分别设置有差压检测装置、液位检测装置和报警装置；或/和，在B吸附塔上分别设置有差压检测装置、液位检测装置和报警装置。

4.根据权利要求1或2所述的天然气连续脱汞高效吸附装置，其特征在于聚结过滤分离器、A吸附塔、B吸附塔和粉尘过滤器设置在撬装底座上。

5.根据权利要求3所述的天然气连续脱汞高效吸附装置，其特征在于聚结过滤分离器、A吸附塔、B吸附塔和粉尘过滤器设置在撬装底座上。