CN217473549U - 一种利用吸附剂吸收co2后吸附剂的再生系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种利用吸附剂吸收CO₂后吸附剂的再生系统，涉及天然气液化技术领域。本实用新型公开的利用吸附剂吸收CO₂后吸附剂的再生系统，包括吸附器、进气阀、排气阀、真空泵、吸入阀和放空阀，吸附器包括吸附塔和加热器，加热器设置在吸附塔上，吸附塔的进气端设置有进气阀，吸附塔的排气端设置有排气阀，真空泵通过吸入阀与吸附塔的进气端相连，放空阀一端与真空泵连接，放空阀另一端与真空泵控制系统连接；当吸附器为两个时，在两个吸附器的排气端之间设置有平衡阀。本实用新型提供的再生系统解决了小型天然气液化装置的干法脱除CO₂再生气气量不足的问题，操作简单，节能，大大降低了投资成本，经济性好。

Description

一种利用吸附剂吸收CO2后吸附剂的再生系统

技术领域

本实用新型属于天然气液化技术领域，尤其涉及一种天然气利用吸附剂脱除CO₂的净化和再生系统，更具体地涉及一种利用吸附剂吸收CO₂气体后的吸附剂的再生方法，但也可应用于其它需要脱除CO₂的应用领域。

背景技术

天然气的产地一般距离终端使用往往存在较远的距离，且条件一般也较恶劣，而常压液化天然气的温度一般约在-161℃，其密度约为标准状态下的1/600，体积能量密度可达到汽油的70％以上，因而十分有利于运输、储存和利用，要实现在液体状态下进行运输首先就得在液化前将天然气中影响装置连续生产的水、CO₂杂质等要去除掉。

开采出的天然气含有的CO₂易于在低温环境下冻结成为固态，在液化过程中，上述物质在天然气液化装置的管道和换热器中会发生快速冻结而造成堵塞，从而导致天然气液化装置不能连续生产，因此，必须进行天然气预处理以脱除CO₂。

目前针对上述问题，天然气液化装置中常规采用的脱除CO₂的方法有物理吸附法、化学吸附法、联合吸附法、膜分离法等，但是上述方法均对应用场合有一定要求，比如干法中的物理吸附法一般常用于 CO₂含量小于1％以内且含量稳定的组分，由于吸附剂对CO₂的吸附容量限制，往往需要更大的再生气量对系统再生，对于小型或微型装置往往会遇到再生气气量不足，从而只能选择湿法脱除CO₂，增加了投资成本；湿法中的化学吸附法用于大型天然气处理经济性才明显，而膜分离法也是针对高CO₂含量的天然气，且脱出精度也还不能满足天然气液化的质量指标要求，并且常规处理CO₂的技术路线存在一次性投资大、操作复杂等不足。

专利CN2012100931894提出了利用低温脱除CO₂的方法，但由于该专利中CO₂的低温脱除的温度范围没有达到一般液化天然气产品的温度(零下161℃)，故该方法不能保证产品液化天然气中CO₂的含量达到液化天然气的含量指标(50ppm)，因而会导致该方法处理后的天然气在液化时发生CO₂冻堵，从而不能保证液化装置的长时间连续运行。另一方面，上述专利的方案中分离罐的存在降低了液化天然气的液化率。专利CN 2018108529149也是采用低温方法脱除，达到了一般天然气液化温度(零下160℃)。

目前市场上，无论天然气液化装置规模大小，95％以上的装置都是采用湿法对天然气中的CO₂进行脱除，因此在微小型天然气液化装置时，其经济性就变的较差。对于小型天然气液化装置同样存在投资大、经济性欠佳的问题，而且需要定期更换吸附剂，故而增加了操作成本和物料损耗的消耗，从而整体上增加了运行成本，降低了小型液化天然气的经济性，也就限制了天然气的有效利用和回收行业的发展。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种利用吸附剂吸收CO₂后吸附剂的再生系统，解决了小型天然气液化装置的干法脱除CO₂再生气气量不足的问题，操作简单，节能，大大降低了投资成本，经济性好。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型提供了一种利用吸附剂吸收CO₂后吸附剂的再生系统，包括吸附器、进气阀和排气阀，所述吸附器包括吸附塔和加热器，所述加热器设置在所述吸附塔上，所述吸附塔的进气端设置有所述进气阀，所述吸附塔的排气端设置有所述排气阀，所述再生系统还包括真空泵、吸入阀和放空阀，所述真空泵通过所述吸入阀与所述吸附塔的进气端相连，所述放空阀一端与所述真空泵连接，所述放空阀另一端与真空泵控制系统连接。

进一步的，所述吸附器包括至少两个。

进一步的，所述吸附塔的内部设置有温度传感器。

进一步的，所述真空泵的入口设置有压力传感器。

进一步的，所述吸附器的排放管道上设置有CO₂含量分析仪器。

进一步，所述加热器采用电加热或导热油加热。

本实用新型还提供了一种利用吸附剂吸收CO₂后吸附剂的再生系统，包括第一吸附器和第二吸附器，所述第一吸附器包括第一吸附塔和第一加热器，所述第二吸附器包括第二吸附塔和第二加热器；

所述第一加热器设置在所述第一吸附塔上，所述第二加热器设置在所述第二吸附塔上，所述第一吸附塔的进气端设置有第一进气阀，所述第一吸附塔的排气端设置有第一排气阀，所述第二吸附塔的进气端设置有第二进气阀，所述第二吸附塔的排气端设置有第二排气阀；

所述再生系统还包括真空泵、第一吸入阀、第二吸入阀、放空阀和平衡阀，所述真空泵分别通过所述第一吸入阀、所述第二吸入阀与所述第一吸附塔、所述第二吸附塔相连，所述放空阀一端与所述真空泵连接，所述放空阀另一端与真空泵控制系统连接，所述平衡阀的一端与所述第一吸附塔的排气端连接，所述平衡阀的另一端与所述第二吸附塔的排气端连接。

进一步的，所述第一吸附塔和第二吸附塔的内部均设置有温度传感器；

所述真空泵的入口设置有压力传感器。

进一步的，所述第一吸附器和第二吸附器的排放管道上均设置有 CO₂含量分析仪器。

进一步的，所述第一加热器和第二加热器均采用电加热或导热油加热。

本实用新型取得了以下有益效果：

1、基于目前天然气液化过程中脱除CO₂的不足，本实用新型提出了采用干法脱除天然气中含有的CO₂组分时，在吸附剂吸附完CO₂后的脱附采用有别于目前再生气高温加热(温度通常在180℃～200℃) 和再生气冷吹再生的方式，而采用新型的真空方式+辅助加热再生方式。

2、解决了小型天然气液化装置的干法脱除CO₂再生气气量不足的问题，让国内边远气井、伴生气以及气井试产排放气的回收变得更可行。

3、与常规干法脱CO₂的再生相比，再生热源要节约75％以上，且吸附剂加热的温度只有传统再生工艺的1/3或更低，与传统的高温再生温度相比更安全。

4、减少了小型天然气液化装置的设备数量提高了经济性，与传统胺法脱CO₂相比一次性设备投资降低至少50％以上。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的再生系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例2的再生系统的结构示意图。

附图标记：1、吸附塔；2、加热器；3、进气阀；4、排气阀；5、真空泵；6、放空阀；7、吸入阀；8、平衡阀；9、温度传感器；10、压力传感器；11、CO₂含量分析仪器；101、第一吸附塔；102；第二吸附塔；201、第一加热器；202、第二加热器；301、第一进气阀； 302、第二进气阀；401、第一排气阀；402、第二排气阀；701、第一吸入阀；702、第二吸入阀。

具体实施方式

下面对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合具体实施例对本实用新型的利用吸附剂吸收CO₂后吸附剂的再生系统予以说明。

实施例1

如图1所示，本实用新型实施例1的一种利用吸附剂吸收CO₂后吸附剂的再生系统，包括吸附器、进气阀3、排气阀4、真空泵5、吸入阀7和放空阀6。吸附器包括吸附塔1和加热器2，加热器2设置在吸附塔1上，吸附塔1内设置有温度传感器9，吸附塔1的进气端设置有进气阀3，吸附塔1的排气端设置有排气阀4，吸附器的排放管道上均设置有CO₂含量分析仪器11。含CO₂的天然气通过进气阀 3进入到吸附器内，脱除CO₂后的合格天然气再通过排气阀4排放出去。

如图1所示，真空泵5通过吸入阀7与吸附塔1的进气端相连，放空阀6一端与真空泵5连接，放空阀6另一端与真空泵控制系统连接，真空泵5的入口设置有压力传感器10。在吸附剂再生过程中，先关闭进气阀3和排气阀4，打开吸入阀7和放空阀6，直至压力降至低于0.11MPa时，关闭放空阀6；同时打开加热器2对吸附塔1内的吸附剂进行加热，当温度达到设定值时，然后打开真空泵5，使吸附器内实现真空，直至真空度达到设定值后，关闭加热器2，让被吸附剂吸附的CO₂解析出来，这个过程可以通过真空泵控制系统来控制，从而使吸附塔1内的吸附剂再生，最后打开进气阀3和排气阀4，同时关闭吸入阀7，进行正常的天然气脱除CO₂过程。

本实施例的整个脱除CO₂的流程和吸附剂再生流程可通过PLC可编程控制器或DSC可编程控制器控制。

实施例2

如图2所示，本实用新型实施例2的一种利用吸附剂吸收CO2后吸附剂的再生系统，包括第一吸附器、第二吸附器、第一进气阀301、第二进气阀302、第一排气阀401和第二排气阀402，还包括真空泵 5、第一吸入阀701、第二吸入阀702、放空阀6和平衡阀8。第一吸附器和第二吸附器的排放管道上均设置有CO₂含量分析仪器11，用以检测净化后气体中的CO₂含量，适当调整切换周期进一步优化运行。第一吸附器包括第一吸附塔101和第一加热器102，第二吸附器包括第二吸附塔102和第二加热器202。第一加热器102和第二加热器202 可为一组或多组，且均可采用多种热源，如电加热、导热油加热、蒸汽或其它热源。第一加热器102和第二加热器202，用于吸附塔内部的吸附剂对气体中的CO₂进行吸附后的吸附剂再生过程中加热吸附剂。

如图2所示，第一加热器102设置在第一吸附塔101上，第二加热器202设置在第二吸附塔上，第一吸附塔101和第二吸附塔201内部均设置有温度传感器9，可根据温度梯度变化调整各个加热器的功率。第一吸附塔101的进气端与第一进气阀301连接，第一吸附塔101的排气端与第一排气阀401连接，第二吸附塔201的进气端与第二进气阀302连接，第二吸附塔的排气端与第二排气阀402连连接。

如图2所示，真空泵5分别通过第一吸入阀701、第二吸入阀702 与第一吸附塔101、第二吸附塔201连接，真空泵5的入口设置有压力传感器10。放空阀6一端与真空泵5连接，放空阀6另一端与真空泵5控制系统连接，平衡阀8的一端与第一吸附塔101的排气端连接，平衡阀8的另一端与第二吸附塔201的排气端连接。真空泵5，用于在吸收完CO₂的吸附剂加热到一定温度后，利用真空泵5产生真空从而让吸附在吸附剂上面的CO₂再解析出来，第一吸附塔101和第二吸附塔201轮流吸收和再生。

本实用新型的利用吸附剂吸收CO₂后吸附剂的再生系统的再生方法，以第一吸附器工作、第二吸附器再生为例，主要包括如下步骤：

(1)打开第一进气阀301，含CO₂气体通过第一吸附器的第一吸附塔101进气口进入到第一吸附塔101后被吸附剂所捕集后，合格气体通过第一排气阀401进入到下游。

(2)第二吸附器再生，关闭第二进气阀302和第二排气阀402，打开第二吸入阀702。

(3)打开第二加热器202和放空阀6，直至压力PT降至设定值 (低于0.11MPa)时，关闭放空阀6。

(4)第二加热器202对第二吸附器的第二吸附塔102内的吸附剂进行加热，直至吸附剂温度达到设定值。

(5)开启真空泵5直至真空度达到设定值后，关闭真空泵5，同时关闭第二加热器202。

(6)当第二吸附器的吸附剂再生完毕后转入工作状态时，先打开平衡阀8，当第一吸附器的第一吸附塔101和第二吸附器的第二吸附塔102压力相等时，关闭平衡阀8；随后打开第二进气阀302、第二排气阀402，同时关闭第一进气阀301、第二排气阀402；第一吸附塔101转至再生流程。

(7)第一吸附器再生重复上述第二吸附器再生的步骤。

(8)以上步骤均可通过PLC可编程控制器或者DCS可编程控制器控制。

值得注意的是，本实用新型的使用吸附器、进气阀、排气阀和吸入阀可以为两个、三个或更多，用于使吸附剂的吸收或脱除气体的过程可以同时进行，从而使天然气或其它气体的净化过程不间断，降低了生产成本。若吸附器为3个时，则可以设置为一塔吸附、一塔加热、一塔抽真空。

同时，本实用新型中的进气阀、排气阀、吸入阀、放空阀等可以气动阀、电磁阀或手动阀，也可以为现有技术中的其它种类的阀门。

本实用新型的真空泵可选自多台并联或串联，也可以单台，可根据吸附器的具体数量或实际情况而设定。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用吸附剂吸收CO₂后吸附剂的再生系统，包括吸附器、进气阀(3)和排气阀(4)，所述吸附器包括吸附塔(1)和加热器(2)，所述加热器(2)设置在所述吸附塔(1)上，所述吸附塔(1)的进气端设置有所述进气阀(3)，所述吸附塔(1)的排气端设置有所述排气阀(4)，其特征在于，所述再生系统还包括真空泵(5)、吸入阀(7)和放空阀(6)，所述真空泵(5)通过所述吸入阀(7)与所述吸附塔(1)的进气端相连，所述放空阀(6)一端与所述真空泵(5)连接，所述放空阀(6)另一端与真空泵(5)控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的利用吸附剂吸收CO₂后吸附剂的再生系统，其特征在于，所述吸附器包括至少两个。

3.根据权利要求1所述的利用吸附剂吸收CO₂后吸附剂的再生系统，其特征在于，所述吸附塔(1)的内部设置有温度传感器(9)。

4.根据权利要求1所述的利用吸附剂吸收CO₂后吸附剂的再生系统，其特征在于，所述真空泵(5)的入口设置有压力传感器(10)。

5.根据权利要求1所述的利用吸附剂吸收CO₂后吸附剂的再生系统，其特征在于，所述吸附器的排放管道上设置有CO₂含量分析仪器(11)。

6.根据权利要求1所述的利用吸附剂吸收CO₂后吸附剂的再生系统，其特征在于，所述加热器(2)采用电加热或导热油加热。

7.一种利用吸附剂吸收CO₂后吸附剂的再生系统，其特征在于，包括第一吸附器、第二吸附器，所述第一吸附器包括第一吸附塔(101)和第一加热器(201)，所述第二吸附器包括第二吸附塔(102)和第二加热器(202)；

所述第一加热器(201)设置在所述第一吸附塔(101)上，所述第二加热器(202)设置在所述第二吸附塔(102)上，所述第一吸附塔(101)的进气端设置有第一进气阀(301)，所述第一吸附塔(101) 的排气端设置有第一排气阀(401)，所述第二吸附塔(102)的进气端设置有第二进气阀(302)，所述第二吸附塔(102)的排气端设置有第二排气阀(402)；

所述再生系统还包括真空泵(5)、第一吸入阀(701)、第二吸入阀(702)、放空阀(6)和平衡阀(8)，所述真空泵(5)分别通过所述第一吸入阀(701)、所述第二吸入阀(702)与所述第一吸附塔(101)、所述第二吸附塔(102)相连，所述放空阀(6)一端与所述真空泵(5)连接，所述放空阀(6)另一端与真空泵(5)控制系统连接，所述平衡阀(8)的一端与所述第一吸附塔(101)的排气端连接，所述平衡阀(8)的另一端与所述第二吸附塔(102)的排气端连接。

8.根据权利要求7所述的利用吸附剂吸收CO₂后吸附剂的再生系统，其特征在于，所述第一吸附塔(101)和第二吸附塔(102)的内部均设置有温度传感器(9)；

所述真空泵(5)的入口设置有压力传感器(10)。

9.根据权利要求7所述的利用吸附剂吸收CO₂后吸附剂的再生系统，其特征在于，所述第一吸附器和第二吸附器的排放管道上均设置有CO₂含量分析仪器(11)。

10.根据权利要求7所述的利用吸附剂吸收CO₂后吸附剂的再生系统，其特征在于，所述第一加热器(201)和第二加热器(202)均采用电加热或导热油加热。

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