CN205316816U - 一种天然气处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及天然气处理技术领域，具体涉及一种天然气精馏脱碳液化处理装置，该装置包括脱碳系统和液化系统，所述脱碳系统与所述液化系统连接，还包括制冷系统，所述脱碳系统与所述液化系统分别与所述制冷系统连接，所述脱碳系统包括：第一换热器和填料精馏塔；所述第一换热器的天然气出口与所述填料精馏塔的天然气入口连接。通过采用矩鞍环填料精馏塔脱碳代替传统的吸收、吸附等双塔脱碳流程，并通过制冷系统为脱碳过程提供冷量，减小了天然气脱碳装置的规模，简化了脱碳流程，并降低了处理装置的功耗。

Description

一种天然气处理装置

技术领域

本实用新型涉及天然气处理技术领域，具体涉及一种天然气处理装置。

背景技术

中国是世界上最大的能源生产国与消费国，一直以来都是以煤炭作为主体能源，造成了资源的浪费和环境的污染，而天然气作为一种清洁能源，能减少二氧化硫、氮氧化合物以及粉尘排放量，用天然气作为能源，可减少煤和石油的用量，因而大大改善环境污染问题，并有助于减少酸雨形成，舒缓地球温室效应，从根本上改善环境质量。在我国，2014年天然气表观消费量已达1830×10⁸m³，超过30％的天然气需要以来入口；LNG入口2016万吨(约合280亿立方米)，占入口总量的47.5％。对入口气过高的依赖不利于我国的能源安全，因此，必须增加对天然气的开采力度。

为了增大天然气的可采量，可以采用小型天然气液化装置可以将敷设管道成本过高的边远、零散、低产气井的采出气直接液化储存。通过槽车运输，进入市场，定期向用户供气，小型天然气液化装置具有尺寸小、易撬装、运输方便且投资少的特点，不仅适用于对单井气的收集，而且对城市调峰以及液化天然气汽车的推广都有促进作用。目前广泛使用的天然气脱碳方法主要有：物理吸收法、化学吸收法、物理化学吸收法、氧化还原法以及膜法，其中能够达到天然气液化要求的净化处理技术主要有：二乙醇胺法、甲基二乙醇胺法以及分子筛吸附等物理化学方法，但这几种方法都至少需要双塔操作，使得装置具有规模大、功耗高、操作流程复杂以及控制系统复杂的问题。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型提出一种天然气处理装置，以解决现有的天然气处理装置需要双塔操作，使得装置规模大、功耗高以及操作流程复杂的问题。

为此目的，本实用新型提供一种天然气处理装置，包括脱碳系统和液化系统，所述脱碳系统与所述液化系统连接，其特征在于，还包括制冷系统，所述脱碳系统与所述液化系统分别与所述制冷系统连接，所述脱碳系统包括：第一换热器和填料精馏塔；

所述第一换热器的原料气出口与所述填料精馏塔的原料气入口连接。

其中，所述填料精馏塔的顶部设有冷凝器，底部设有再沸器；

所述冷凝器的制冷剂出口与所述第一换热器的制冷剂入口连接；

所述再沸器的不凝气出口与所述精馏塔的不凝气入口连接；所述再沸器的天然气入口与所述天然气输入管道连接；所述再沸器的天然气出口与所述第一换热器的天然气入口连接。

其中，所述液化系统，包括：第一节流阀和第二换热器；

所述第一节流阀的天然气入口与所述填料精馏塔的天然气出口连接；所述第一节流阀的天然气出口与所述第二换热器的天然气入口连接。

其中，所述制冷系统，包括：压缩机、空冷器、第三换热器以及第二节流阀；

所述压缩机的制冷剂出口与所述空冷器的制冷剂入口连接；

所述空冷器的制冷剂出口与所述第三换热器的第一制冷剂入口连接；所述第三换热器的第一制冷剂出口与所述第二换热器的第一制冷剂入口连接；

所述第二换热器的第一制冷剂出口与所述第二节流阀的制冷剂入口连接；所述第二节流阀的制冷剂出口与所述第二换热器的第二制冷剂入口连接；

所述第二换热器的第二制冷剂出口与所述冷凝器的制冷剂入口连接。

其中，所述制冷系统，还包括：第四节流阀；

所述第四节流阀的与所述再沸器的不凝液出口连接；所述再沸器的不凝液入口与所述精馏塔的不凝液出口连接；所述第四节流阀的不凝液出口与所述第三换热器的不凝液入口连接。

其中，所述天然气处理装置还包括：存储系统；

所述存储系统与所述液化系统连接。

其中，所述存储系统，包括：第三节流阀和储罐；

所述第三节流阀的液化天然气入口与所述第二换热器的液化天然气出口相连；所述第三节流阀的液化天然气出口与所述储罐的液化天然气入口连接。

其中，所述储罐设有蒸发气出口，所述第一换热器和所述第三换热器均设有蒸发气入口和蒸发气出口；

所述储罐的蒸发气出口与所述第一换热器的蒸发气入口连接；

所述第二换热器的蒸发气出口与所述第一换热器的蒸发气入口连接；

所述第一换热器的蒸发气出口与所述第三换热器的蒸发气入口连接；

所述第三换热器的蒸发气出口，用于将蒸发气放空。

其中，所述第三换热器的第二制冷剂入口与所述第一换热器的制冷剂出口连接，所述第三换热器的第二制冷剂出口与所述压缩机的制冷剂入口连接。

其中，所述填料精馏塔为直径为0.6-0.8m，高度为5-7m的矩鞍环填料精馏塔。

本发明提供的一种天然气处理装置，通过采用矩鞍环填料精馏塔进行天然气脱碳处理代替传统的天然气脱碳采用的复杂的双塔流程，实现对低含碳量的天然气进行脱碳净化，达到后续天然气的液化标准，降低了脱碳装置的规模，并且简化了操作流程，降低了整套处理装置的功耗；通过采用一套制冷系统，不仅将制冷剂提供给脱碳系统，为脱碳过程提供冷量，还同时将制冷剂提供液化系统，为天然气液化提供冷量；在制冷剂循环中，可以为不同的温区提供冷量，提高了换热效率，降低了制冷剂的用量。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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仅是本公开的一些实施例，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，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例提供的天然气处理装置的结构示意图。

附图标记说明

图中，1：脱碳系统2：液化系统3：制冷系统4：存储系统11：第一换热器12：矩鞍环填料精馏塔21：第一节流阀22：第二换热器31：压缩机32：空冷器33：第三换热器34：第二节流阀35：第四节流阀41：第三节流阀42：储罐。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。

如图1所示，本公开一实施例提供了一种天然气处理装置，该装置包括脱碳系统1、液化系统2和制冷系统3，所述制冷系统3与所述液化系统2连接，所述脱碳系统1与所述液化系统2分别与所述制冷系统3连接，所述脱碳系统1包括：第一换热器11和矩鞍环填料精馏塔12；第一换热器11的原料气出口与矩鞍环填料精馏塔12的原料气入口连接。

应需说明的是，本实施例提供的一种天然气处理装置适应于少量的、低含碳干燥天然气的直接脱碳、液化和储存。

本实施例公开的一种天然气处理装置，通过采用小型的矩鞍环低温填料精馏塔进行天然气脱碳处理，代替了传统的双塔流程，避免了复杂的脱碳工艺，降低了脱碳装置的规模，同时，低温矩鞍环填料精馏塔的脱碳过程需要的冷量由制冷系统提供，进一步地，降低了整个天然气处理装置的功耗。

具体地，矩鞍环填料精馏12的顶部设有冷凝器12-1，冷凝器12-1的制冷剂出口与第一换热器11的制冷剂入口连接。

在本实施例中，制冷系统3通过矩鞍环填料精馏塔12顶部的冷凝器12-1与脱碳系统2连接，向脱碳系统2中的冷凝器提供冷量，同时维持矩鞍环填料精馏塔12的低温温度。

具体地，矩鞍环填料精馏塔12的底部设有再沸器12-2，矩鞍环填料精馏塔12的不凝液出口与再沸器12-2的不凝液入口连接，再沸器12-2的不凝气出口与矩鞍环填料精馏塔12的不凝气入口连接；再沸器12-2的不凝液出口与第三换热器的不凝液入口连接。

在本实施例中，再沸器12-2还设有原料气入口和原料气出口，再沸器12的原料气入口与原料气输送管道连接；再沸器12-2的原料气出口与第一换热器11的原料气入口连接。

具体地，未经处理的原料气通过原料气输送管道进入再沸器中，进行初步冷却，初步冷却后的原料气通过再沸器的原料气出口经第一换热器的原料气入口进入到第一换热器中，进行更进一步的冷却，然后从第一换热器的原料气出口经矩鞍环填料精馏塔的原料气入口进入填矩鞍环料精馏塔中，进行脱碳处理，通过合理地利用再沸器对原料气进行初步降温，再利用第一换热器对原料气进一步冷却，减小了天然气脱碳过程的功耗。

在本实施例中，液化系统2，包括：第一节流阀21和第二换热器22，第一节流阀21的天然气入口与矩鞍环填料精馏塔12的天然气出口连接，第一节流阀21的天然气出口与第二换热器22的天然气入口连接。

具体地，矩鞍环填料精馏塔中生成的脱碳天然气由塔顶的天然气出气口进入冷凝器中，一部分被冷凝成液体，重新进入精馏塔中，另一部分为达到脱碳要求的气体，从冷凝器的天然气出口进入第一节流阀中，进行膨胀降温，膨胀降温后的天然气经过第二换热器22的天然气入口进入第二换热器22中，进行进一步降温，实现液化。

在本实施例中，制冷系统3，包括：压缩机31、空冷器32、第三换热器33以及第二节流阀34；压缩机31的制冷剂出口与空冷器32的制冷剂入口连接；空冷器32的制冷剂出口与第三换热器33的第一制冷剂入口连接；第三换热器33的第一制冷剂出口与第二换热器22的第一制冷剂入口连接；第二换热器22的第一制冷剂出口与第二节流阀34的制冷剂入口连接；第二节流阀34的制冷剂出口与冷凝器12-1的制冷剂入口连接。

具体地，制冷剂从第二换热器的制冷剂第二入口进入第二换热器中，提供冷量，实现天然气液化后，从第二换热器的制冷剂第二出口经冷凝器的底部进入冷凝器中，并从冷凝器的顶部的制冷剂出口进入第一换热器中，对天然气进行降温。

具体地，驱动系统为燃气发动机或者电动机，用来驱动压缩机对压缩机中的制冷剂进行压缩处理。

具体地，本实施例中的天然气脱碳液化的的处理流程为：

(1)未经处理的原料气经过天然气输入管道进入再沸器中，进行初步冷却；初步冷却后的天然气进入第一换热器中，进行进一步冷却；进一步冷却后的天然气进入矩鞍环填料精馏塔中，进行天然气脱碳处理。

(2)同时，制冷系统中的压缩机对系统中的制冷剂压缩；压缩后的制冷剂进入空冷器中冷却；冷却后的制冷剂进入到第三换热器中，进行预冷；预冷后的制冷剂进入到第二换热器中，进行深冷；进行深冷后的制冷剂进入到第二节流阀中，降温至流程中的最低温度；最低温度的制冷剂重新回到第二换热器中，提供冷量，实现天然气的液化，同时预冷进入第二换热器的制冷剂，再进入矩鞍环填料精馏塔顶部的冷凝器中，为天然气脱碳过程提供冷量，获得脱碳后的天然气，同时维持矩鞍环填料精馏塔的温度。

(3)脱碳天然气进入第一节流阀中，进行膨胀降温；膨胀降温后的脱碳天然气进入第二换热器中，进行天然气液化，同时，制冷系统提供的制冷剂经过逐步冷却，再经过第二节流阀后达到本流程中的最低温度值，最低温度的制冷剂重新回到第二换热器中，提供冷量，实现天然气的液化。

本实施例中，通过采用一套制冷系统同时为脱碳系统和液化系统提供冷量，减小了天然气脱碳装置的规模，使操作流程简单化。

在本实施例中，制冷系统3还包括：第四节流阀35；第四节流阀的35的不凝液入口与矩鞍环填料精馏塔12的不凝液出口连接；再沸器的不凝液入口与所述矩鞍环填料精馏塔的不凝液出口与再沸器12-2的不凝液入口连接；第四节流阀35的不凝液出口与第三换热器33的不凝液入口连接。

应说明的是，矩鞍环填料精馏塔在进行天然气脱碳过程中，会产生不凝性液体，不凝性液体从填料精馏塔底部的不凝液出口进入塔底的再沸器，在再沸器中吸热升温，一部分转化为不凝性气体，从再沸器的顶部不凝气出口经过矩鞍环填料精馏塔下部的不凝气入口重新进入到矩鞍环填料精馏塔中进行脱碳；另一部分仍为不凝性液体，从再沸器的底部的不凝气出口进入到第三换热器中，进行放空处理。

应需说明的是，本实施例中对不凝气进行放空处理仅为举例说明，但不限于此种处理方式，本领域技术人员可以根据具体情况采取不同的不凝气处理方式，对不凝气进行处理。

在本实施例中，天然气处理装置还包括：存储系统4；存储系统4与液化系统2连接，用与存储液化系统2输出的液化天然气。

具体地，存储系统4，包括：第三节流阀41和储罐42；第三节流阀41的液化天然气入口与第二换热器22的液化天然气出口连接，第三节流阀41的液化天然气出口与储罐42的液化天然气入口连接。

具体地，第三节流阀对进入其中的液化天然气降压至0.35MPa后，通过第三节流阀的液化天然气出口进入储罐中，进行存储。

优选地，本实施例中的储罐也可以为其它的液化天然气存储设备。

在本实施例中，储罐42还设有蒸发气出口，第一热换器11、第二换热器22和第三换热器33均设有蒸发气入口和蒸发气出口；储罐42的蒸发气出口与第二热换器22的蒸发气入口连接，第二热换器22的蒸发气出口与第一换热器11蒸发气入口连接，第一换热器11的蒸发气出口与第三换热器33的蒸发气入口连接，第三换热器33蒸发气出口将蒸发气放空。

具体地，蒸发气依次通过第二换热器、第一换热器和第三换热器，为不同换热器的温区提供不同的冷量，提高热交换率。

具体地，第三换热器33将蒸发气排放在空气中或进行燃烧，但不局限于这两种处理方式。

具体地，矩鞍环填料精馏塔12中流出的制冷剂依次经过第一换热器和第三换热器，为第一换热器和第三换热器提供了不同温区的冷量。

本实施例中的制冷系统可同时向脱碳系统和液化系统提供冷量，以实现脱碳系统中的天然气脱碳和液化系统中的天然气液化，同时将脱碳系统和液化系统中流出的制冷剂重新输送到压缩机中进行压缩，完成整个制冷循环。

在本实施例中，制冷剂循环使用的流程为：

(1)制冷剂从冷凝器的制冷剂出口进入第一换热器中，进行降温。

(2)制冷剂再从第一换热器的制冷剂出口进入第二换热器中，进一步被冷却；再经过第二节流阀，获得最低温度，重新进入第二换热器中为第二换热器提供冷量。

(3)制冷剂再从第二换热器的制冷剂出口进入第三换热器中进行再进一步的降温，并为第三换热器所在的温区提供冷量。

(4)制冷剂从第三换热器的制冷剂出口进入到压缩机中，重新进行压缩后，重新被利用。

应需说明的是，制冷剂一直在天然气处理装置中循环，若有损失再进行相应的补充制冷剂。

本实施例提供的一种天然气处理装置不仅实现了天然气的精馏脱碳和液化过程，还同时使制冷剂得到循环利用，降低了天然气处理过程的成本，简化了天然气处理的流程。

优选地，矩鞍环填料精馏塔的直径为0.6-0.8m，高度为5-7m。

应需说明的是，本实施例中的矩鞍环填料精馏塔的尺寸仅为优选尺寸，本实施例不限定矩鞍环填料精馏塔的具体尺寸，本领域技术人员可根据实际情况通过多次实验计算得到矩鞍环填料精馏塔尺寸的具体值。

具体地，本实施例的天然气精馏脱碳液化装置的运行流程如下：

脱碳流程：天然气输送管道将未经处理的天然气通过矩鞍环填料精馏塔12的再沸器12-2，初步冷却；再通过第一换热器11的天然气入口进入第一换热器11中，进一步冷却；以使天然气的温度降低至满足矩鞍环填料精馏塔12对天然气的温度要求，然后通过矩鞍环填料精馏塔12的中部的天然气入口进入矩鞍环填料精馏塔12中，实现天然气的脱碳。

液化流程：经脱碳系统处理后产生的脱碳天然气从矩鞍环填料精馏塔12的塔顶冷凝器12-1的天然气出口经第一节流阀21的天然气入口进入第一节流阀中，进行膨胀降温；膨胀降温后的天然气经过第二换热器22的天然气入口22-1进入第二换热器22，进行进一步降温，实现天然气的液化。

存储流程：液化后的天然气从第二换热器22的天然气出口经第三节流阀41的液化天然气入口进入到第三节流阀41中，进行降压，从其液化天然气出口经储罐42的液化天然气入口进入储罐中进行存储，储罐42上的蒸发气出口将存储过程中产生的蒸发气经过冷量回收后进行放空。

储罐42存储液化天然气过程中产生的蒸发气从其蒸发气出口经第二热换器22的蒸发气入口进入第二换热器22中，为第二换热器的低温温区提供冷量；从第二换热器22的蒸发气出口中流出的蒸发气经第一换热器11蒸发气入口进入第一换热器11中，为第一换热器11提供所在中温温区的冷量；从第一换热器的蒸发气出口流出的蒸发气经第三换热器的蒸发气入口进入第三换热器34中，为第三换热器34提供所在高温温区的冷量，第三换热器34蒸发气出口将蒸发气放空。

制冷剂循环流程：电动机驱动压缩机31对压缩机31中的制冷剂进行压缩，压缩后的制冷剂从其制冷剂出口经空冷器32的制冷剂入口进入空冷器32中，进行冷却；再将冷却后的制冷剂从其制冷剂出口经第三换热器34的第一制冷剂入口进入第三换热器中，进行预冷；再将预冷后的制冷剂从其第一制冷剂出口经第二换热器22的第一制冷剂入口进入第二换热器22中，进一步冷却；再将进一步冷却后的制冷剂从其第一制冷剂出口经第二节流阀34的制冷剂入口进入第二节流阀34中，进行膨胀降温后，获得流程中的最低温度；再将最低温度的制冷剂从其制冷剂出口经第二换热器22的第二制冷剂入口进入第二换热器22中，为第二换热器22提供冷量并实现对脱碳后的天然气的液化；从第二换热器22的第二制冷剂出口流出的制冷剂经矩鞍环填料精馏塔12的冷凝器的制冷剂入口进入矩鞍环填料精馏塔12中，为矩鞍环填料精馏塔12对天然气脱碳提供冷量；从矩鞍环填料精馏塔12顶部的冷凝器12-1的制冷剂出口流出的制冷剂经第一换热器11的制冷剂入口11-3进入第一换热器11中，然后从第一换热器11的制冷剂出口经第三换热器34的第二制冷剂入口34-3进入第三换热器34中；最后，制冷剂从第三换热器的第二制冷剂出口经压缩机31的制冷剂回流口进入压缩机31中；至此，流经脱碳系统1和液化系统2中的制冷剂重新进入压缩机31中，完成制冷循环，同时实现了天然气的精馏脱碳和液化过程，降低了天然气脱碳液化过程的成本，简化了天然气脱碳的流程、缩小了天然气处理装置的规模并降低了天然气处理装置的功耗。

同时，具体地，储罐中的液化天然气通过液化天然气出口进行输送。

本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种天然气处理装置，包括脱碳系统和液化系统，所述脱碳系统与所述液化系统连接，其特征在于，还包括制冷系统，所述脱碳系统与所述液化系统分别与所述制冷系统连接，所述脱碳系统包括：第一换热器和填料精馏塔；

所述第一换热器的原料气出口与所述填料精馏塔的原料气入口连接。

2.根据权利要求1所述的天然气处理装置，其特征在于，所述填料精馏塔的顶部设有冷凝器，底部设有再沸器；

所述冷凝器的制冷剂出口与所述第一换热器的制冷剂入口连接；

所述再沸器的不凝气出口与所述精馏塔的不凝气入口连接；所述再沸器的天然气入口与所述天然气输入管道连接；所述再沸器的天然气出口与所述第一换热器的天然气入口连接。

3.根据权利要求2所述的天然气处理装置，其特征在于，所述液化系统，包括：第一节流阀和第二换热器；

所述第一节流阀的天然气入口与所述填料精馏塔的天然气出口连接；所述第一节流阀的天然气出口与所述第二换热器的天然气入口连接。

4.根据权利要求3所述的天然气处理装置，其特征在于，所述制冷系统，包括：压缩机、空冷器、第三换热器以及第二节流阀；

所述压缩机的制冷剂出口与所述空冷器的制冷剂入口连接；

所述空冷器的制冷剂出口与所述第三换热器的第一制冷剂入口连接；所述第三换热器的第一制冷剂出口与所述第二换热器的第一制冷剂入口连接；

所述第二换热器的第一制冷剂出口与所述第二节流阀的制冷剂入口连接；所述第二节流阀的制冷剂出口与所述第二换热器的第二制冷剂入口连接；

所述第二换热器的第二制冷剂出口与所述冷凝器的制冷剂入口连接。

5.根据权利要求4所述的天然气处理装置，其特征在于，所述制冷系统，还包括：第四节流阀；

所述第四节流阀的不凝液入口与所述再沸器的不凝液出口连接；所述再沸器的不凝液入口与所述精馏塔的不凝液出口连接；所述第四节流阀的不凝液出口与所述第三换热器的不凝液入口连接。

6.根据权利要求4所述的天然气处理装置，其特征在于，所述装置还包括：存储系统；

所述存储系统与所述液化系统连接。

7.根据权利要求6所述的天然气处理装置，其特征在于，所述存储系统，包括：第三节流阀和储罐；

所述第三节流阀的液化天然气入口与所述第二换热器的液化天然气出口相连；所述第三节流阀的液化天然气出口与所述储罐的液化天然气入口连接。

8.根据权利要求7所述的天然气处理装置，其特征在于，所述储罐设有蒸发气出口，所述第一换热器、所述第二换热器以及所述第三换热器均设有蒸发气入口和蒸发气出口；

所述储罐的蒸发气出口与所述第二换热器的蒸发气入口连接；

所述第二换热器的蒸发气出口与所述第一换热器的蒸发气入口连接；

所述第一换热器的蒸发气出口与所述第三换热器的蒸发气入口连接；

所述第三换热器的蒸发气出口，用于将蒸发气放空。

9.根据权利要求4所述的天然气处理装置，其特征在于，所述第三换热器的第二制冷剂入口与所述第一换热器的制冷剂出口连接，所述第三换热器的第二制冷剂出口与所述压缩机的制冷剂入口连接。

10.根据权利要求1至9任一项所述的天然气处理装置，其特征在于，所述填料精馏塔为直径为0.6-0.8m，高度为5-7m的矩鞍环填料精馏塔。