CN224160570U - 天然气脱碳系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种天然气脱碳系统，包括：吸收塔，其下部设有进气口，上部设有进液口，顶部设有出气口，底部设有出液口；进气口用于接收原料气，进液口用于接收醇胺液，原料气在吸收塔内自下而上，醇胺液在吸收塔内自上而下，出液口用于输出富液，出气口用于向外输出净化气；冷却器，其设置于吸收塔内的上部，并位于出气口的下方；再生塔，其上部设有与出液口连通的入液口而接收富液，底部与进液口连通，顶部设置有输出二氧化碳的气体输出口；再沸器，其设置于再生塔内的下部，用于加热位于再生塔内的液体而释放出二氧化碳并得到贫液；冷凝器，其设置于再生塔内的上部，并位于气体输出口的下方，以降低二氧化碳气体温度。

Description

天然气脱碳系统

技术领域

本实用新型涉及新能源技术领域，特别涉及一种天然气脱碳系统。

背景技术

合成气以及由地层采出的天然气通常含有一些CO₂等酸性气体。其中，依据对天然气的要求，CO₂含量需小于3％(mole％)才能向外输送给民用用户。此外，为防止CO₂低温造成的冻堵，用于制备LNG的天然气中的CO₂含量需低至50ppm以下，因此高含CO₂天然气需要进行脱碳处理。

目前，国内外常用的脱碳方法有低温分离法、膜分离法、吸附分离法、溶剂吸收法以及以上各方法的联合分离法等。低温分离法适用酸气含量高但净化度要求不高的场合，但其工艺复杂、大幅降温导致能耗较高。膜分离法适用于从高含碳天然气中粗脱酸气和水，一般工业上首先适用膜分离法对高含碳天然气进行粗脱，再应用化学溶剂法进行精脱，这样可以达到高净化度且较经济。膜分离法虽然具有能耗低、占地面积小、维修保养方便、高效环保节能等优点，但采用该法烃损失率较大。吸附分离法适用于处理量小、含碳量不大且净化度要求高的场合。溶剂吸收法仍然是目前应用最成熟广泛的脱碳方法之一。溶剂吸收法又分为化学吸收法、物理吸收法和混合溶剂法。在各类溶剂吸收法中，醇胺法应用最为广泛。但是，目前的醇胺法中的装置以及结构的数量较多，集成度低，工艺控制较复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种天然气脱碳系统，以解决现有技术的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种天然气脱碳系统，包括：

吸收塔，其下部设有进气口，上部设有进液口，顶部设有出气口，底部设有出液口；所述进气口用于接收原料气，所述进液口用于接收醇胺液，所述原料气在所述吸收塔内自下而上，所述醇胺液在所述吸收塔内自上而下，所述醇胺液吸收所述原料气中的二氧化碳而形成富液，所述出液口用于输出所述富液，所述出气口用于向外输出净化气；

冷却器，其设置于所述吸收塔内的上部，并位于所述出气口的下方；

再生塔，其上部设有与出液口连通的入液口而接收富液，底部与所述进液口连通，顶部设置有输出二氧化碳的气体输出口；

再沸器，其设置于所述再生塔内的下部，用于加热位于所述再生塔内的液体而释放出二氧化碳并得到贫液；

冷凝器，其设置于所述再生塔内的上部，并位于所述气体输出口的下方，以降低所述二氧化碳气体温度。

在其中一实施方式中，所述天然气脱碳系统还包括换热器，所述换热器包括相互独立并能够热交换的热源通道和冷源通道，所述冷源通道的两端分别与所述出液口和所述入液口连通，所述热源通道的入口分别与所述再生塔的底部和所述进液口连通。

在其中一实施方式中，所述换热器为板式换热器。

在其中一实施方式中，所述天然气脱碳系统还包括依次设置于所述再生塔底部与所述吸收塔的进液口之间的缓冲罐、增压泵和降温器，所述缓冲罐用于接收所述再生塔输出的贫液，所述增压泵用于对所述贫液进行增压，所述降温器用于对增压后的贫液进行降温后。

在其中一实施方式中，所述降温器还与所述缓冲罐连通，而将降温后的贫液输送至所述缓冲罐进行储存；

所述降温器与所述缓冲罐之间设有过滤器；

所述增压泵的数量为两个，两所述增压泵并联设置。

在其中一实施方式中，所述吸收塔的出液口设置有一出液管路，所述出液管路设有出液控制阀，所述吸收塔内设有液位检测计，所述天然气脱碳系统包括控制模块，所述控制模块与所述液位检测计和所述出液控制阀通讯连接，用于依据所述液位检测计的信号而控制所述出液控制阀的通断。

在其中一实施方式中，所述再生塔的底部与所述吸收塔的进液口之间设置有一回液管路，所述回液管路设有回液控制阀，所述再生塔内设有液位监测计，所述天然气脱碳系统包括控制模块，所述控制模块与所述液位监测计和所述回液控制阀通讯连接，用于依据所述液位监测计的信号而控制所述回液控制阀的通断。

在其中一实施方式中，所述冷却器包括连接至所述吸收塔内壁的下管板、上管板，以及多个沿竖向延伸的换热管，所述下管板和所述上管板沿竖向平行间隔设置而与所述吸收塔共同围合形成一收容空间，所述下管板间隔位于所述进液口的上方，所述上管板间隔位于所述出气口的下方，并间隔位于所述下管板的上方，所述换热管用于连通所述收容空间上下的空间，所述吸收塔的侧壁上设有与所述收容空间相通的入口和出口，所述入口用于供冷却介质进入，所述出口用于供吸热后的冷却介质退出；

所述冷却器包括降液管所述降液管的顶部向上伸出所述上管板，底部向下延伸至所述吸收塔的底部。

在其中一实施方式中，所述冷凝器包括连接至所述再生塔内壁的下隔板、上隔板，以及多个沿竖向延伸的流通管，所述下隔板和所述上隔板沿竖向平行间隔设置而与所述再生塔共同围合形成一容置空间，所述下隔板间隔位于所述入液口的上方，所述上隔板间隔位于所述再生塔的气体输出口的下方，并间隔位于所述下隔板的上方，所述流通管用于连通所述容置空间上下的空间，所述再生塔的侧壁上设有与所述容置空间相通的入口和出口，所述入口用于供冷却介质进入，所述出口用于供吸热后的冷却介质退出；

所述冷凝器包括凝液管，所述凝液管的顶部向上伸出所述上隔板，底部向下延伸至所述再生塔的底部。

在其中一实施方式中，所述冷却器为循环水冷却器，所述冷凝器为循环水冷凝器，所述再沸器的热源为导热油；

所述天然气脱碳系统包括一撬体，所述吸收塔和所述再生塔设置于所述撬体上。

由上述技术方案可知，本实用新型至少具有如下优点和积极效果：

本实用新型的天然气脱碳系统将冷却器和吸收塔内一体化设计，将冷凝器、再沸器以及再生塔三者一体化设计，减少了整个系统的设备的数量，减少了外部管道和管件的数量，集成度高，工艺控制点更简单，更加方便操作与使用，更加符合撬装装置的特点。

设备集成度高，有利于成撬及后期的使用。

附图说明

图1是本实用新型中天然气脱碳系统的结构示意图。

附图标记说明如下：

11、吸收塔；12、冷却器；13、再生塔；14、冷凝器；15、再沸器；16、换热器；17、缓冲罐；18、增压泵；19、降温器；20、过滤器；21、出液控制阀；22、回液控制阀。

具体实施方式

尽管本实用新型可以容易地表现为不同形式的实施例，但在附图中示出并且在本说明书中将详细说明的仅仅是其中一些具体实施例，同时可以理解的是本说明书应视为是本实用新型原理的示范性说明，而并非旨在将本实用新型限制到在此所说明的那样。

由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本实用新型的一个实施例的其中一个特征，而不是暗示本实用新型的每个实施例必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。

在附图所示的实施例中，方向的指示(诸如上、下、左、右、前和后)用于解释本实用新型的各种元件的结构和运动不是绝对的而是相对的。当这些元件处于附图所示的位置时，这些说明是合适的。如果这些元件的位置的说明发生改变时，则这些方向的指示也相应地改变。

本申请提供一种天然气脱碳系统，主要用于对天然气进行脱碳处理。

该天然气脱碳系统能将天然气或合成气中的二氧化碳含量净化至50ppm以下或其他根据需要定制的范围，净化效果较好。

参阅图1，该天然气脱碳系统包括吸收塔11、冷却器12、再生塔13、冷凝器14以及再沸器15。冷却器12位于吸收塔11内，实现两者一体化设计，冷凝器14以及再沸器15位于再生塔13内，实现三者一体化设计，减少了整个系统的设备的数量，减少了外部管道和管件的数量，集成度高，工艺控制点更简单，更加方便操作与使用，更加符合撬装装置的特点。

吸收塔11呈沿竖向延伸的结构，其内部具有空间。吸收塔11的下部设有进气口，上部设有进液口，顶部设有出气口，底部设有出液口。

进气口用于接收原料气，进液口用于接收醇胺液。出液口用于输出富液，出气口用于向外输出净化气。

原料气可为天然气或者合成气。

醇胺可为甲基二乙醇胺(Methyl Diethanolamine，简称MDEA)。

原料气通过进气口进入吸收塔11内，且原料气在吸收塔11内自下而上。醇胺液在吸收塔11内自上而下，醇胺液吸收原料气中的二氧化碳而形成富液。

需要说明的是，吸收塔11内的醇胺液与含有二氧化碳的原料气接触时，二氧化碳与醇胺液发生化学反应而被吸收到溶液中，此时的溶液被称为富液。富液经释放二氧化碳后得到的为贫液。

原料气中未被醇胺液吸收的组分经冷却器12冷却后经出气口向外排出。向外排出的净化气进入下一工段。

冷却器12设置于吸收塔11内的上部，并位于出气口的下方。因此，净化气先经冷却器12冷却后再向外输出。即，冷却器12用于提供冷量以冷却净化气的温度。

具体地，冷却器12包括连接至吸收塔11内壁的下管板、上管板，多个沿竖向延伸的换热管。下管板和上管板沿竖向平行间隔设置而与吸收塔11共同围合形成一收容空间，下管板间隔位于进液口的上方，上管板间隔位于出气口的下方，并间隔位于下管板的上方。换热管用于连通收容空间上下的空间。吸收塔11的侧壁上设有与收容空间相通的入口和出口，入口用于供冷却介质进入，出口用于供吸热后的冷却介质退出。

即，原料气经醇胺液净化后剩余的气体进入换热管内，并与进入收容空间内的冷却介质进行热量交换而降温，再经换热管流出，最后由出气口向外输出。

本实施例中，下管板和上管板上均开设有多个通孔，换热管的外周壁与通孔的内周壁密封连接，实现收容空间的独立，以及换热管连通位于收容空间上下的两空间。

冷却器包括降液管，降液管的顶部向上伸出上管板，底部向下延伸至吸收塔11的底部。降液管用于接收冷却本体冷却后形成的液体，并使该液体经降液管流至吸收塔11的底部。

其他实施例中，降液管的底部延伸至吸收塔11内液位以下即可，使液体直接落至液位以下，避免直接滴落于液面上。

本实施例中，冷却器12为循环水冷却器。

再生塔13呈沿竖向延伸的结构，其内部具有空间。再生塔13上部设有与出液口连通的入液口而接收富液，底部与进液口连通，顶部设置有输出二氧化碳的气体输出口。

再生塔13底部设有排液口，排液口与进液口连通，以将再生后的贫液送至吸收塔11内。

再沸器15设置于再生塔13内的下部，用于加热位于再生塔13内的液体而释放出二氧化碳并得到贫液。

具体地，再沸器15的热源为导热油。其中，导热油由燃气导热油炉提供，通过控制导热油的温度和适当增加再沸器15的换热面积，使再沸器15的换热管的壁温保持在一较低水平，防止醇胺液的降解。

再沸器15包括连接至再生塔13内壁的第一隔板、第二隔板，以及多个沿竖向延伸的导通管，第一隔板和第二隔板上管板沿竖向平行间隔设置而与再生塔13共同围合形成一容纳空间，第一隔板间隔位于排液口的上方，第二隔板间隔位于第一隔板的上方。导通管用于连通容纳上下的空间，再生塔13的侧壁上设有与容置空间相通的入口和出口，入口用于供热源介质进入，出口用于供释放热量后的热源介质退出。

即，进入再生塔13内的富液经加热后释放出二氧化碳。并且由于再沸器15设置于再生塔13的底部，因此，在加热过程中，再生塔13底部的气体在上升的过程中对再生塔13上部的富液形成二次气提的功效，进一步促进二氧化碳的释放。

冷凝器14设置于再生塔13内的上部，并位于气体输出口的下方。冷凝器14用于降低二氧化碳的温度。即，再生塔13内的富液经加热后释放的二氧化碳由于温度较高，通过冷凝器14进行降温后再向外排出。

其中，二氧化碳可以直接高点放空。

具体地，冷凝器14包括连接至再生塔13内壁的下隔板、上隔板，以及多个沿竖向延伸的流通管，下隔板和上隔板沿竖向平行间隔设置而与再生塔13共同围合形成一容置空间。下隔板间隔位于入液口的上方，上隔板间隔位于再生塔13的气体输出口的下方，并间隔位于下隔板的上方。流通管用于连通容置空间上下的空间，再生塔13的侧壁上设有与容置空间相通的入口和出口，入口用于供冷却介质进入，出口用于供吸热后的冷却介质退出。

即，在富液释放后的气体进入流通管内，并与进入容置空间内的冷却介质进行热量交换而降温，再经流通管流出，最后由气相输出口向外输出。

本实施例中，下隔板和上隔板上均开设有多个通孔，流通管的外周壁与通孔的内周壁密封连接，实现容置空间的独立，以及流通管连通位于容置空间上下的两空间。

冷凝器14包括凝液管，凝液管的顶部向上伸出上隔板，底部向下延伸至再生塔13的底部。凝液管用于接收冷凝本体冷却后形成的液体，并使该液体经凝液管流至再生塔13的底部。

本实施例中，凝液管的底部位于再沸器15的上方。

冷凝器14为循环水冷凝器。

天然气脱碳系统还包括换热器16。换热器16包括相互独立并能够热交换的热源通道和冷源通道，冷源通道的两端分别与出液口和入液口连通，热源通道的入口分别与再生塔13的底部和进液口连通。

即，吸收塔11输出的富液与再生塔13输出的贫液在换热器16中进行热量交换，使富液吸收贫液上的热量进行升温后进入再生塔13内，降低富液释放二氧化碳过程中所需的热量，即降低了再沸器15的热负荷，从而降低整个系统的能耗。贫液释放热量后进入吸收塔11内，降低了吸收塔11内冷却器12所需提供的冷量，进而降低了整个系统的能耗。

具体地，富液在换热器16内吸收贫液的热量后，温度可上升至90～99℃。

其中，换热器16为板式换热器。

吸收塔11的出液口设置有一出液管路。出液管路上设有出液控制阀21。吸收塔11内设有液位检测计。天然气脱碳系统包括控制模块，控制模块与液位检测计和出液控制阀21通讯连接，用于依据液位检测计的信号而控制出液控制阀21的通断。具体地，液位检测计或者控制模块内预设有低液位和高液位，在富液通过出液口向外输送而使液位检测计所检测的液位到达低液位时，控制模块控制出液控制阀21关闭，而禁止吸收塔11内的富液向外输出。在液位检测计所检测的液位到达高液位时，控制模块控制出液控制阀21开启而继续向外输送富液。

具体地，出液控制阀21位于出液口与换热器16之间。

天然气脱碳系统还包括依次设置于再生塔13底部与吸收塔11的进液口之间的缓冲罐17、增压泵18和降温器19。缓冲罐17用于接收再生塔13输出的贫液，增压泵18用于对贫液进行增压，降温器19用于对增压后的贫液进行降温后。

具体地，缓冲罐17设置于换热器16的热源通道的出口，实现缓冲罐17与再生塔13底部的连接。降温器19与吸收塔11的进液连通，从而将降温后的贫液输送至吸收塔11内。

本实施例中，增压泵18的数量为两个，两增压泵18并联设置。即，两增压泵18一用一备。

降温器19还与缓冲罐17连通，而将降温后的贫液输送至缓冲罐17进行储存。具体地，通过调节阀使贫液部分进入吸收塔11，部分进入缓冲罐17。本实施例中，降温器19降温后的贫液大部分进入吸收塔11，少部分进入缓冲罐17。示例性地，如90％进入吸收塔11，10％进入缓冲罐17。

降温器19与缓冲罐17之间设有过滤器20，以过滤进入缓冲罐17内的贫液。

再生塔13的底部与吸收塔11的进液口之间设置有一回液管路。回液管路设有回液控制阀22。再生塔13内设有液位监测计。天然气脱碳系统包括控制模块，控制模块与液位监测计和回液控制阀22通讯连接，用于依据液位监测计的信号而控制回液控制阀22的通断。

具体地，液位监测计或者控制模块内预设有低液位和高液位，在贫液向外输送而使液位监测计所检测的液位到达低液位时，控制模块控制回液控制阀22关闭，而禁止再生塔13内的贫液向外输出。在液位监测计所检测的液位到达高液位时，控制模块控制回液控制阀22开启而继续向外输送贫液。

本实施例中，回液控制阀22设置于换热器16与缓冲罐17之间的管路上。

天然气脱碳系统包括一撬体，吸收塔11和再生塔13设置于撬体上。

换热器16、缓冲罐17、增压泵18、降温器19以及过滤器20均设置于撬体上。

该天然气脱碳系统的工作原理如下：

原料气经进气口进入吸收塔11内，并在吸收塔11内自下而上流动。醇胺液经进液口进入吸收塔11内，并在吸收塔11内自上而下流动。原料气与醇胺液实现逆流接触，醇胺液吸收原料气中的二氧化碳气体而净化原料气，而得到富液和净化气。

净化气经吸收塔11内的冷却器12冷却降温后通过出气口向外输出。

富液由吸收塔11的出液口输出，经换热器16并在换热器16内与再生塔13输出的贫液进行热交换，吸收热量后的富液进入再生塔13的上部。

富液在再生塔13内经再沸器15的加热作用而释放出二氧化碳。释放出的二氧化碳自下而上的流动，经冷凝器14冷凝后通过气体输出口向外输出。

释放出二氧化碳的贫液经再生塔13底部输出，并在换热器16内与富液进行热量交换。降温后的贫液进入至缓冲罐17，然后经增压泵18增压以及降温器19降温后进入吸收塔11内。降温器19输出的贫液可以部分经过滤后储存至缓冲罐17内。

吸收塔11内的醇胺液在吸收塔11和再生塔13内循环使用。

综上，该天然气脱碳系统具有以下优点：

将冷却器12和吸收塔11内一体化设计，将冷凝器14、再沸器15以及再生塔13三者一体化设计，减少了整个系统的设备的数量，减少了外部管道和管件的数量，集成度高，工艺控制点更简单，更加方便操作与使用，更加符合撬装装置的特点。

设备集成度高，有利于成撬及后期的使用。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本实用新型，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本实用新型能够以多种形式具体实施而不脱离实用新型的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种天然气脱碳系统，其特征在于，包括：

吸收塔，其下部设有进气口，上部设有进液口，顶部设有出气口，底部设有出液口；所述进气口用于接收原料气，所述进液口用于接收醇胺液，所述原料气在所述吸收塔内自下而上，所述醇胺液在所述吸收塔内自上而下，所述醇胺液吸收所述原料气中的二氧化碳而形成富液，所述出液口用于输出所述富液，所述出气口用于向外输出净化气；

冷却器，其设置于所述吸收塔内的上部，并位于所述出气口的下方；

再生塔，其上部设有与出液口连通的入液口而接收富液，底部与所述进液口连通，顶部设置有输出二氧化碳的气体输出口；

再沸器，其设置于所述再生塔内的下部，用于加热位于所述再生塔内的液体而释放出二氧化碳并得到贫液；

冷凝器，其设置于所述再生塔内的上部，并位于所述气体输出口的下方，以降低所述二氧化碳气体温度。

2.根据权利要求1所述的天然气脱碳系统，其特征在于，所述天然气脱碳系统还包括换热器，所述换热器包括相互独立并能够热交换的热源通道和冷源通道，所述冷源通道的两端分别与所述出液口和所述入液口连通，所述热源通道的入口分别与所述再生塔的底部和所述进液口连通。

3.根据权利要求2所述的天然气脱碳系统，其特征在于，所述换热器为板式换热器。

4.根据权利要求1所述的天然气脱碳系统，其特征在于，所述天然气脱碳系统还包括依次设置于所述再生塔底部与所述吸收塔的进液口之间的缓冲罐、增压泵和降温器，所述缓冲罐用于接收所述再生塔输出的贫液，所述增压泵用于对所述贫液进行增压，所述降温器用于对增压后的贫液进行降温后。

5.根据权利要求4所述的天然气脱碳系统，其特征在于，所述降温器还与所述缓冲罐连通，而将降温后的贫液输送至所述缓冲罐进行储存；

所述降温器与所述缓冲罐之间设有过滤器；

所述增压泵的数量为两个，两所述增压泵并联设置。

6.根据权利要求1所述的天然气脱碳系统，其特征在于，所述吸收塔的出液口设置有一出液管路，所述出液管路设有出液控制阀，所述吸收塔内设有液位检测计，所述天然气脱碳系统包括控制模块，所述控制模块与所述液位检测计和所述出液控制阀通讯连接，用于依据所述液位检测计的信号而控制所述出液控制阀的通断。

7.根据权利要求1所述的天然气脱碳系统，其特征在于，所述再生塔的底部与所述吸收塔的进液口之间设置有一回液管路，所述回液管路设有回液控制阀，所述再生塔内设有液位监测计，所述天然气脱碳系统包括控制模块，所述控制模块与所述液位监测计和所述回液控制阀通讯连接，用于依据所述液位监测计的信号而控制所述回液控制阀的通断。

8.根据权利要求1所述的天然气脱碳系统，其特征在于，所述冷却器包括连接至所述吸收塔内壁的上管板、下管板，以及多个沿竖向延伸的换热管，所述下管板和所述上管板沿竖向平行间隔设置而与所述吸收塔共同围合形成一收容空间，所述下管板间隔位于所述进液口的上方，所述上管板间隔位于所述出气口的下方，并间隔位于所述下管板的上方，所述换热管用于连通所述收容空间上下的空间，所述吸收塔的侧壁上设有与所述收容空间相通的入口和出口，所述入口用于供冷却介质进入，所述出口用于供吸热后的冷却介质退出；

所述冷却器包括降液管，所述降液管的顶部向上伸出所述上管板，底部向下延伸至所述吸收塔的底部。

9.根据权利要求1所述的天然气脱碳系统，其特征在于，所述冷凝器包括连接至所述再生塔内壁的下隔板、上隔板，以及多个沿竖向延伸的流通管，所述下隔板和所述上隔板沿竖向平行间隔设置而与所述再生塔共同围合形成一容置空间，所述下隔板间隔位于所述入液口的上方，所述上隔板间隔位于所述再生塔的气体输出口的下方，并间隔位于所述下隔板的上方，所述流通管用于连通所述容置空间上下的空间，所述再生塔的侧壁上设有与所述容置空间相通的入口和出口，所述入口用于供冷却介质进入，所述出口用于供吸热后的冷却介质退出；

所述冷凝器包括凝液管，所述凝液管的顶部向上伸出所述上隔板，底部向下延伸至所述再生塔的底部。

10.根据权利要求1所述的天然气脱碳系统，其特征在于，所述冷却器为循环水冷却器，所述冷凝器为循环水冷凝器，所述再沸器的热源为导热油；

所述天然气脱碳系统包括一撬体，所述吸收塔和所述再生塔设置于所述撬体上。