天然气预处理装置的制作方法

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1.本实用新型涉及天然气液化领域，特别是涉及天然气原料深冷液化前的预处理，更具体地说，是涉及一种新型的天然气预处理装置。

背景技术：

2.目前，液化天然气(lng)工厂的天然气预处理技术主要采用醇胺(例如mdea)溶液吸收的方法来脱除天然气中的二氧化碳、微量h2s等酸性气体。该方法对二氧化碳酸气负荷较高(一般高于0.5％)的原料天然气的预处理比较有效，但是对于部分酸性气负荷很低的气田的管输天然气(例如位于中国西部的涩宁兰管线)，该方法就不仅流程复杂，需要的设备数量多(需要吸收塔、汽提塔、再沸器、闪蒸器、贫富胺换热器、塔顶冷凝器等)，而且还存在发泡、液泛、腐蚀等一系列运行问题。
3.另外，目前lng工厂中，天然气脱除重烃主要采用重烃塔洗涤的方法，或是简化的预冷分离方法，即将天然气冷却后使用重烃分离罐(可以看成1块塔板的分离塔)分离脱除重烃，这两种方法都需要对天然气进行预冷及使用塔分离，装置复杂且会产生不合规格的烃类凝析液及其处理设施。

技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是提供一种天然气预处理装置，它结构非常简单，能够省去大量的处理单元，从而便于在边远的气井或是海上flng使用，且能耗更低。
5.为解决上述技术问题，本实用新型的天然气预处理装置，主要包括进气分离器、复合填料床、再生气冷却器、再生气分离器、粉尘过滤器和再生气加热炉；其中：
6.所述进气分离器的入口连接原料天然气的进气管道，顶部气相出口通过管路连接所述复合填料床的顶部进气管路；
7.所述复合填料床的顶部出气管路连接所述再生气冷却器的入口；所述复合填料床的底部天然气出气管路连接所述粉尘过滤器的入口；所述复合填料床的底部再生气进气管路连接所述再生气加热炉的出口；
8.所述再生气冷却器的出口通过管路连接所述再生气分离器的入口；
9.所述粉尘过滤器的出口通过管路分别连接lng工厂的液化单元和所述再生气加热炉的入口；
10.所述再生气加热炉的出口通过管路连接所述再生气冷却器的入口。
11.所述复合填料床的数量为2个以上，优选为2个，也可以宽展为3个。复合填料床的上部和下部填充惰性瓷球，优选为惰性氧化铝瓷球；中部填充能够脱除天然气中的酸气、水和c6以上重烃(芳烃、环烷烃等)的复合吸附剂填料，所述复合吸附剂填料优选为分层填充，更优选为从上到下依次填充a型分子筛、多孔介质吸附剂、x型分子筛。
12.较佳的，在所述进气分离器的顶部气相出口管路、所述复合填料床的顶部进气管路和出气管路以及底部天然气出气管路和再生气进气管路、所述再生气加热炉与再生气冷
却器之间的管路上分别设置开关阀。
13.较佳的，所述进气分离器和所述再生气分离器的底部液相出口分别通过管路连接lng工厂的含油污水处理单元。
14.所述再生气分离器的顶部气相出口优选连接lng工厂的燃料气管道或下游管网。
15.较佳的，还可以在所述粉尘过滤器的出口管路上设置脱汞器和脱汞后粉尘过滤器，用于对天然气进行脱汞和除尘处理，所述脱汞器的入口连接所述粉尘过滤器的出口，所述脱汞器的出口连接所述脱汞后粉尘过滤器的入口，所述脱汞后粉尘过滤器的出口分别连接lng工厂的液化单元和所述再生气加热炉的入口。
16.与现有的lng工厂天然气预处理技术相比，本实用新型的天然气预处理装置，具有以下优点和有益效果：
17.1.用单个复合填料床(两个复合填料床交替在线、再生)替代传统的使用醇胺溶液的酸气脱除装置和重烃脱除装置，同时脱除原料天然气中的酸气、水和c6以上重烃(芳烃、环烷烃等)，大大简化了天然气预处理装置的结构，减少了需要的设备数量，并有效地降低了单位产品的功耗。
18.2.根据原料天然气气质，选择合适的吸附剂材料组合(a型分子筛+多孔材料吸附剂+x型分子筛)，分层装填复合填料床，实现了对酸气负荷较低(一般小于0.5％)的原料天然气中的酸气、水和c6以上重烃的同时脱除。
附图说明
19.图1是本实用新型实施例1的天然气预处理装置的结构及工艺流程示意图；
20.图2是图1的天然气预处理装置中的复合填料床的填充结构示意图。
21.图中附图标记说明如下：
22.1：进气分离器
23.2：第一复合填料床
24.3：第二复合填料床
25.4：脱汞器
26.5：再生气分离器
27.6：再生气加热炉
28.7：再生气冷却器
29.8：第一粉尘过滤器
30.9：第二粉尘过滤器
31.10～19：开关阀
32.20、21、25：液位控制阀
33.22：放空阀
34.23：流量控制阀
35.24：燃料气调节阀
36.26、30：瓷球
37.27：第一吸附剂
38.28：第二吸附剂
39.29：第三吸附剂
具体实施方式
40.为对本实用新型的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合附图及实施例，对本实用新型做进一步详细的说明。
41.实施例1
42.本实施例的用于lng工厂的天然气预处理装置，如图1所示，主要包括进气分离器1、2个复合填料床、脱汞器4、再生气冷却器7、再生气分离器5、再生气加热炉6和2个粉尘过滤器。其中：
43.进气分离器1设置在原料天然气的进气管道上，用于分离原料天然气中的气相和液相。进气分离器1的下部入口连接原料天然气的进气管道。进气分离器1的顶部气相出口管路上设置开关阀10，底部液相出口管路通往lng工厂的含油污水处理单元。
44.复合填料床用于脱除天然气中的酸气、水和c6以上重烃。2个复合填料床(复合填料床2、复合填料床3)的顶部进气管路上分别设置开关阀11、开关阀13，并通过管路连接开关阀10。2个复合填料床的顶部出气管路上分别设置开关阀12、开关阀14，并通过管路连接再生气冷却器7的入口。2个复合填料床的底部天然气出气管路上分别设置开关阀17、开关阀19，并通过管路连接第一粉尘过滤器8的入口。复合填料床的内部填充结构如图2所示，最上层和最下层为惰性氧化铝瓷球，用于支撑床层及分布气流；两层瓷球之间从上到下依次填充第一吸附剂27、第二吸附剂28和第三吸附剂29。吸附剂材料根据原料天然气的气质选择。在本实施例中，第一吸附剂27选用a型分子筛填料(例如，4a型分子筛)，用于脱水及辅助物理吸附脱除二氧化碳(分子筛是理想的深度干燥的吸附剂材料，因此在脱除二氧化碳的同时可以完成脱水，经脱水干燥后，天然气的水露点可以降低至-70℃以下)；第二吸附剂28选用多孔介质吸附剂(例如硅胶)，用于选择性吸附脱除芳烃、环烷烃等c6以上重烃；第三吸附剂29选用x型分子筛填料，用于吸附二氧化碳及选择性吸附脱除c6以上重烃。本实施例的这一吸附剂材料组合可以保证在线的复合填料床在在线时间内的动态吸附不突破。
45.粉尘过滤器用于过滤去除气体中的粉尘。第一粉尘过滤器8的出口通过管路连接脱汞器4的上部入口。脱汞器4的下部出口通过管路连接第二粉尘过滤器9的入口。脱汞器4用于脱除天然气中的汞。第二粉尘过滤器9的出口管路分两路分别通往lng工厂的液化单元和再生气加热炉6的入口。再生气加热炉6的出口管路分三路，一路经开关阀15连接再生气冷却器7的入口，另外两路分别经开关阀16、开关阀18连接复合填料床2和复合填料床3的底部再生气进气管路。
46.再生气冷却器7的出口通过管路连接再生气分离器5中部的入口。再生气分离器5用于分离再生气中的气相和液相。再生气分离器5的顶部气相出口通往lng工厂的燃料气管道或下游管道。再生气分离器5的底部液相出口通往lng工厂的含油污水处理单元。
47.以下对上述天然气预处理装置的运行工艺流程进行详细的说明。
48.本实施例的天然气预处理装置在运行时，两个复合填料床交替在线、再生。以第一复合填料床2在线、第二复合填料床3再生为例，此时开关阀11、开关阀14、开关阀17、开关阀18打开，开关阀12、开关阀13、开关阀16、开关阀19关闭。含二氧化碳、重烃和水蒸气的原料天然气，进入进气分离器1，气液分离后，液相经由进气分离器1的底部出口去往lng工厂的
含油污水处理单元，气相由进气分离器1的顶部出口离开进气分离器1，经由开关阀10、开关阀11，从第一复合填料床2顶部进入在线的第一复合填料床2。
49.天然气在第一复合填料床2内，依次经三层吸附剂吸附，脱除二氧化碳、水和c6以上重烃。经复合填料床吸附处理后的天然气中，二氧化碳的含量降低至50ppm以下，水含量小于0.1ppm，芳烃等c6以上重烃含量低于5ppm。
50.脱除二氧化碳、水和重烃后的天然气，由第一复合填料床2的底部出口离开第一复合填料床2，经开关阀17进入第一粉尘过滤器8，除去气流中可能的粉尘，之后依次进入脱汞器4、第二粉尘过滤器9，脱汞、除尘后，大部分去往lng工厂的液化单元，小部分进入再生气加热炉6进行加热、干燥。
51.从再生气加热炉6出来的高温干燥的再生气逆流而上，一部分经开关阀15去往再生气冷却器7；另一部分经开关阀18，由第二复合填料床3的底部进入第二复合填料床3，对第二复合填料床3进行再生。然后，含酸气、重烃及水的再生气由第二复合填料床3顶部出口离开第二复合填料床，经开关阀14，进入再生气冷却器7。进入再生气冷却器7的再生气，经再生气冷却器7冷却后，进入再生气分离器5进行气液分离，含酸和烃的污水由再生气分离器5的底部液相出口去往lng工厂的含油污水处理单元，气相则由再生气分离器5的顶部出口离开再生气分离器5，平衡为lng工厂的燃料气(适用于使用燃气透平或需自发电的离岸lng设施，或边远井液化设施)，或去往下游管网(适用于城市调峰类lng装置)。
52.实施例2
53.本实施例为甘肃某lng调峰装置的天然气预处理装置的改造实施例。
54.改造前，该lng调峰装置的天然气预处理装置依次包括2个用于脱除酸性气体的mdea醇胺吸收塔、3个干燥塔(t-3101a/b/c，填充4a分子筛用于脱水干燥)、2个吸附床(v-202a/b，填充活性炭用于重烃脱除)、1个重烃分离罐(v-304，用于在天然气预冷后进行气液分离以脱除重烃)，共计使用8个设备来脱除原料天然气中的酸气、水和重烃。然而，由于该lng调峰装置的原料气气源存在不同源天然气混合供应的问题，造成冬季原料气中c6以上重烃负荷波动，重烃分离罐无法有效脱除c6以上重烃，尤其是芳烃；同时原料气中酸性气负荷较多时间都比较低(酸性气负荷《0.2％)，复杂的mdea系统不仅运行费用高，维护工作量大，而且能耗高。
55.改造后，该lng调峰装置的天然气预处理装置使用本实用新型实施例1的结构(只用了2个设备来脱除原料天然气中的酸气、水和重烃)，同时对两个复合填料床使用以下填料方案：上部填装直径12mm的惰性氧化铝瓷球，填装高度为150mm；中部填装三层填料，其中，上层填料，即第一吸附剂，采用ns-ms填料1a(规格：4-8目，填装数量：7方，填装高度1600mm)，中间层填料，即第二吸附剂，采用ns-sg gx(孔径2-4mm，填装数量：11方，填装高度：2900mm)，下层填料，即第三吸附剂，采用ns-ms填料2s(规格：6-8目，填装数量：10方，填装高度：2500mm)；下部填装两层惰性氧化铝瓷球，上层瓷球直径3mm，下层瓷球直径6mm，每层填装高度均为75mm。
56.改造后，该lng调峰装置已平稳地满负荷运行至今超过两年半，大大节约了装置运行电耗及公用工程(燃料气等)的消耗(单位lng产品吨功耗降低约5％，电耗、燃料及天然气消耗等运行成本每年约节约人民币170余万元)，很好地实现了节能减排的效果。
57.上述实施例仅为本实用新型的可行或较佳实施例而已，是用来说明本实用新型
的，并非用以限制本实用新型申请专利的范围，因此，凡依本实用新型申请专利范围所作的均等变化与修饰，均应属于本实用新型专利涵盖的范围。

技术特征：

1.天然气预处理装置，其特征在于，包括进气分离器、复合填料床、再生气冷却器、再生气分离器、第一粉尘过滤器和再生气加热炉；其中：所述进气分离器的入口连接原料天然气的进气管道，顶部气相出口通过管路连接所述复合填料床的顶部进气管路；所述复合填料床的顶部出气管路连接所述再生气冷却器的入口；所述复合填料床的底部天然气出气管路连接所述第一粉尘过滤器的入口；所述复合填料床的底部再生气进气管路连接所述再生气加热炉的出口；所述再生气冷却器的出口通过管路连接所述再生气分离器的入口；所述第一粉尘过滤器的出口通过管路分别连接lng工厂的液化单元和所述再生气加热炉的入口；所述再生气加热炉的出口通过管路连接所述再生气冷却器的入口。2.根据权利要求1所述的天然气预处理装置，其特征在于，所述复合填料床有2个以上。3.根据权利要求1所述的天然气预处理装置，其特征在于，所述进气分离器的顶部气相出口管路、所述复合填料床的顶部进气管路和出气管路以及底部天然气出气管路和再生气进气管路、所述再生气加热炉与再生气冷却器之间的管路上分别设置有开关阀。4.根据权利要求1所述的天然气预处理装置，其特征在于，所述进气分离器和所述再生气分离器的底部液相出口分别通过管路连接lng工厂的含油污水处理单元。5.根据权利要求1所述的天然气预处理装置，其特征在于，所述再生气分离器的顶部气相出口连接lng工厂的燃料气管道或下游管网。6.根据权利要求1所述的天然气预处理装置，其特征在于，所述第一粉尘过滤器的出口管路上还设置有脱汞器和第二粉尘过滤器，所述脱汞器的入口连接所述第一粉尘过滤器的出口，所述脱汞器的出口连接所述第二粉尘过滤器的入口，所述第二粉尘过滤器的出口分别连接lng工厂的液化单元和所述再生气加热炉的入口。

技术总结

本实用新型公开了一种天然气预处理装置，该装置主要包括进气分离器、2个以上交替在线和再生的复合填料床、再生气冷却器、再生气分离器、再生气加热炉和粉尘过滤器。本实用新型用交替在线、再生的复合填料床替代传统的酸气脱除装置和重烃脱除装置，并根据原料天然气气质，合理选择复合填料床装填的吸附剂填料，实现了对酸气负荷较低的原料天然气中的酸气、水和重烃的同时脱除，从而简化了天然气预处理装置的结构，有效地降低了单位产品的功耗。有效地降低了单位产品的功耗。有效地降低了单位产品的功耗。