一种天然气脱水脱烃集成装置及方法
阅读说明：本技术 一种天然气脱水脱烃集成装置及方法 (Natural gas dehydration and dealkylation integrated device and method ) 是由 王刚 郑春来 涂洁 肖乐 孙润林 郭建 陈运强 刘玉洁 蒋志明 王科 叶虹 冼 于 2020-12-22 设计创作，主要内容包括：本发明属于天然气净化技术领域,具体涉及一种天然气脱水脱烃集成装置及方法。其技术方案为：一种天然气脱水脱烃集成装置,包括湿原料气进入管线和产品气出装置管线,湿原料气进入管线和产品气出装置管线之间连接有三组脱水脱烃单元；所述湿原料气进入管线与脱水脱烃单元的进口之间还连接有分支管线；还包括再生气加热器,三组脱水脱烃单元的出口分别与再生气加热器通过管道连接,再生气加热器的出口管线与脱水脱烃单元连接；还包括冷却分离单元,冷却分离单元分别与三组脱水脱烃单元通过管道连接,冷却分离单元的气相出口管线连接到湿原料气进入管线。本发明提供了一种三组脱水脱烃单元循环进行吸附、冷吹、再生加热的天然气脱水脱烃集成装置及方法。(The invention belongs to the technical field of natural gas purification, and particularly relates to a natural gas dehydration and dealkylation integrated device and method. The technical scheme is as follows: a natural gas dehydration and dealkylation integrated device comprises a wet raw material gas inlet pipeline and a product gas outlet device pipeline, wherein three groups of dehydration and dealkylation units are connected between the wet raw material gas inlet pipeline and the product gas outlet device pipeline; a branch pipeline is connected between the wet raw material gas inlet pipeline and an inlet of the dehydration and dealkylation unit; the system also comprises a regenerated gas heater, the outlets of the three groups of dehydration and dealkylation units are respectively connected with the regenerated gas heater through pipelines, and the outlet pipeline of the regenerated gas heater is connected with the dehydration and dealkylation units; the device also comprises a cooling separation unit, wherein the cooling separation unit is respectively connected with the three groups of dehydration and dealkylation units through pipelines, and a gas phase outlet pipeline of the cooling separation unit is connected to a wet raw material gas inlet pipeline. The invention provides a natural gas dehydration and dealkylation integrated device and a method for circularly performing adsorption, cold blowing and regenerative heating by three groups of dehydration and dealkylation units.)
技术领域
本发明属于天然气净化技术领域，具体涉及一种天然气脱水脱烃集成装置及方法。
背景技术
气体脱水的方法一般包括膜分离方法、固体吸附法、溶剂吸收法、低温法等。气体脱烃的方法一般包括低温法和固体吸附法。固体吸附法脱水通常采用分子筛、活性氧化铝等干燥剂进行吸附脱水，吸附后的分子筛再经过再生气加热脱除其中的水分。固体吸附法脱烃通常采用硅胶、活性炭等吸附剂进行吸附脱烃，吸附后的吸附剂再经过再生气加热脱除其中的烃组分。
固体吸附法脱水脱烃的方案通常为分别单独设置一套固体吸附法脱水装置和一套固体吸附法脱烃装置，且需要各自设置再生气加热器、冷却器和各自装置的一套程序控制阀，以对装置进行再生加热再冷吹。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种三组脱水脱烃单元循环进行吸附、冷吹、再生加热的天然气脱水脱烃集成装置及方法，简化了冷吹和再生加热的结构，且使得吸附工序能连续进行。
本发明所采用的技术方案为：
一种天然气脱水脱烃集成装置，包括湿原料气进入管线和产品气出装置管线，湿原料气进入管线和产品气出装置管线之间连接有三组脱水脱烃单元，脱水脱烃单元的进口管线和出口管线上均安装有吸附程序控制阀；所述湿原料气进入管线与脱水脱烃单元的进口之间还连接有分支管线，分支管线上安装有再生程序控制阀；还包括再生气加热器，三组脱水脱烃单元的出口分别与再生气加热器通过管道连接，脱水脱烃单元与再生气加热器之间的管线上安装有再生程序控制阀，再生气加热器的出口管线与脱水脱烃单元连接；还包括冷却分离单元，冷却分离单元分别与三组脱水脱烃单元通过管道连接，冷却分离单元与脱水脱烃单元之间的管线上安装有再生程序控制阀，冷却分离单元的气相出口管线连接到湿原料气进入管线。
脱水脱烃单元为脱水塔与脱烃塔的组合。在一个周期内，湿原料气进入管线中一部分气体经第一组脱水脱烃单元进行脱水脱烃，处理后的天然气排到经产品气出装置管线。另一部分气体对第二组脱水脱烃单元进行冷吹，将第二组脱水脱烃单元冷却至50℃以下，同时脱除再生气中的水和烃。冷吹后的气体由再生气加热器加热后，对第三组脱水脱烃单元进行再生加热，使得第三组脱水脱烃单元上吸附的水和烃能尽可能排出。第三组脱水脱烃单元排出的混合气经冷却分离单元冷却后再进行分离，使得再生气中的液相水和液相烃被分离。分离后的气体再回到湿原料气进入管线，再进入第一组脱水脱烃单元进行脱水脱烃。
当第一组脱水脱烃单元吸附饱和后，使经过了冷吹的第二组脱水脱烃单元进行脱水脱烃，经过了再生加热的第三组脱水脱烃单元进行冷吹，已经吸附饱和的第一组脱水脱烃单元进行再生加热。如此循环，每个周期内均有一组脱水脱烃单元进行脱水脱烃，保证吸附工序连续进行。同一周期内，仅一组脱水脱烃单元在进行冷吹，仅一组脱水脱烃单元在进行再生加热，则再生气加热器和冷却分离单元的数量均可减少，相应简化装置结构。
作为本发明的优选方案，所述脱水脱烃单元包括脱水塔，脱水塔的进口管线连接到湿原料气进入管线，脱水塔的出口管线连接有脱烃塔，脱烃塔的出口管线连接到产品气出装置管线；所述分支管线与脱水塔的进口连接，脱烃塔的出口与再生气加热器通过管道连接，再生气加热器的出口分别通过管道与脱烃塔的出口和脱水塔的出口连接，再生气加热器的出口分别与脱烃塔的出口和脱水塔的出口之间的管线上均安装有再生程序控制阀；所述冷却分离单元为两组，其中一组冷却分离单元的进口管线与脱烃塔的进口连接，另一组冷却分离单元的进口管线与脱水塔的进口连接。脱水塔能对气体中的水分进行吸附，脱烃塔能对气体中的烃类进行吸附。一个周期的时间根据产品的性质决定。对于一种气体的脱水和脱烃时间不同时，可通过增大吸附时间更长的塔的体积来平衡脱水和脱烃时间，但仅限于脱水和脱烃时间相差不大的气体。
作为本发明的优选方案，所述再生气加热器的出口与脱烃塔的出口之间的管线上还安装有热再生气流量分配阀。热再生气流量分配阀能控制进入脱烃塔的再生气和进入脱水塔的再生气的量，保证脱烃塔和脱水塔均能被充分再生加热。
作为本发明的优选方案，所述脱水塔与脱烃塔之间的管线上安装有吸附程序控制阀。当脱水脱烃单元进行吸附或冷吹时，脱水塔与脱烃塔之间的吸附程序控制阀打开，保证气体能从脱水塔进入脱烃塔。当脱水脱烃单元进行再生加热时，脱水塔与脱烃塔之间的吸附程序控制阀关闭，从而，经再生气加热器加热的气体能分两路分别进入脱水塔和脱烃塔，脱水塔和脱烃塔中排出的水或烃能被相应的冷却分离单元进行分离，避免脱水塔和脱烃塔中排出的水或烃返回至原料气入口管道。再生气分别从脱水塔和脱烃塔的出口进入，反向对脱水塔和脱烃塔进行再生加热。
作为本发明的优选方案，所述冷却分离单元包括通过管道连接的再生气冷却器和再生气分离器，再生气冷却器的进口管线与脱水脱烃单元连接，再生气分离器的气相出口管线连接到湿原料气进入管线，再生气分离器的液相出口连接排液管。冷却器对气体进行冷却后进入再生气分离进行气液分离，从而本发明脱出的水和烃被最终排出。
作为本发明的优选方案，所述湿原料气进入管线上安装有流量控制阀。流量控制阀能控制进入吸附工序的脱水脱烃单元的气体量和进入冷吹工序的脱水脱烃单元的气体量，保证气体能对相应的脱水脱烃单元进行彻底冷吹和再生加热。
一种天然气脱水脱烃方法，包括如下步骤：
S1：打开第一组脱水脱烃单元上进口和出口的吸附程序控制阀，关闭第一组脱水脱烃单元上所有再生程序控制阀；打开第二组脱水脱烃单元上连接的分支管线上的再生程序控制阀、再生气加热器与第二组脱水脱烃单元出口之间管线上的再生程序控制阀，关闭再生气加热器出口与第二组脱水脱烃单元之间管线上的再生程序控制阀、冷却分离单元与第二组脱水脱烃单元之间的管线上的再生程序控制阀；打开再生气加热器出口与第三组脱水脱烃单元之间管线上的再生程序控制阀、冷却分离单元与第三组脱水脱烃单元之间的管线上的再生程序控制阀，关闭第三组脱水脱烃单元上连接的分支管线上的再生程序控制阀、再生气加热器与第三组脱水脱烃单元出口之间管线上的再生程序控制阀；
S2：第一组脱水脱烃单元吸附饱和后，打开第二组脱水脱烃单元上进口和出口的吸附程序控制阀，关闭第二组脱水脱烃单元上所有再生程序控制阀；打开第三组脱水脱烃单元上连接的分支管线上的再生程序控制阀、再生气加热器与第三组脱水脱烃单元出口之间管线上的再生程序控制阀，关闭再生气加热器出口与第三组脱水脱烃单元之间管线上的再生程序控制阀、冷却分离单元与第三组脱水脱烃单元之间的管线上的再生程序控制阀；打开再生气加热器出口与第一组脱水脱烃单元之间管线上的再生程序控制阀、冷却分离单元与第一组脱水脱烃单元之间的管线上的再生程序控制阀，关闭第一组脱水脱烃单元上连接的分支管线上的再生程序控制阀、再生气加热器与第一组脱水脱烃单元出口之间管线上的再生程序控制阀；
S3：第二组脱水脱烃单元吸附饱和后，打开第三组脱水脱烃单元上进口和出口的吸附程序控制阀，关闭第三组脱水脱烃单元上所有再生程序控制阀；打开第一组脱水脱烃单元上连接的分支管线上的再生程序控制阀、再生气加热器与第一组脱水脱烃单元出口之间管线上的再生程序控制阀，关闭再生气加热器出口与第一组脱水脱烃单元之间管线上的再生程序控制阀、冷却分离单元与第一组脱水脱烃单元之间的管线上的再生程序控制阀；打开再生气加热器出口与第二组脱水脱烃单元之间管线上的再生程序控制阀、冷却分离单元与第二组脱水脱烃单元之间的管线上的再生程序控制阀，关闭第二组脱水脱烃单元上连接的分支管线上的再生程序控制阀、再生气加热器与第二组脱水脱烃单元出口之间管线上的再生程序控制阀；至第三组脱水脱烃单元吸附饱和；
S4：循环依次进行步骤S1～S3。
作为本发明的优选方案，所述脱水脱烃单元包括脱水塔，脱水塔的进口管线连接到湿原料气进入管线，脱水塔的出口管线连接有脱烃塔，脱烃塔的出口管线连接到产品气出装置管线；所述脱水塔与脱烃塔之间的管线上安装有吸附程序控制阀；在步骤S1中，第一组和第二组脱水脱烃单元中脱水塔与脱烃塔之间管线上的吸附程序控制阀打开，第三组脱水脱烃单元中脱水塔与脱烃塔之间管线上的吸附程序控制阀关闭；在步骤S2中，第二组和第三组脱水脱烃单元中脱水塔与脱烃塔之间管线上的吸附程序控制阀打开，第一组脱水脱烃单元中脱水塔与脱烃塔之间管线上的吸附程序控制阀关闭；在步骤S3中，第三组和第一组脱水脱烃单元中脱水塔与脱烃塔之间管线上的吸附程序控制阀打开，第二组脱水脱烃单元中脱水塔与脱烃塔之间管线上的吸附程序控制阀关闭。
作为本发明的优选方案，所述冷却分离单元包括通过管道连接的再生气冷却器和再生气分离器，再生气冷却器的进口管线与脱水脱烃单元连接，再生气分离器的气相出口管线连接到湿原料气进入管线，再生气分离器的液相出口连接排液管。
作为本发明的优选方案，所述湿原料气进入管线上安装有流量控制阀。
本发明的有益效果为：
1.本发明的三组脱水脱烃单元循环依次进行脱水脱烃、冷吹、再生加热，每个周期内均有一组脱水脱烃单元进行脱水脱烃，保证吸附工序连续进行。
2.同一周期内，仅一组脱水脱烃单元在进行冷吹，仅一组脱水脱烃单元在进行再生加热，则再生气加热器和冷却分离单元的数量均可减少，相应简化装置结构。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是第一组脱水脱烃单元进行吸附时本发明的结构示意图；
图3是第二组脱水脱烃单元进行吸附时本发明的结构示意图；
图4是第三组脱水脱烃单元进行吸附时本发明的结构示意图；。
图中，1-湿原料气进入管线；2-流量控制阀；3-分支管线；4-第一脱水塔；5-第二脱水塔；6-第三脱水塔；7-第一脱烃塔；8-第二脱烃塔；9-第三脱烃塔；10-再生气加热器；11-热再生气流量分配阀；12-含烃再生气冷却器；13-含水再生气冷却器；14-含烃再生气分离器；15-含水再生气分离器；16-产品气出装置管线；KV-1A、KV-1B、KV-1C、KV-2A、KV-2B、KV-2C、KV-3A、KV-3B、KV-3C为吸附程序控制阀；KV-4A、KV-4B、KV-4C、KV-5A、KV-5B、KV-5C、KV6A、KV-6B、KV-6C、KV-7A、KV-7B、KV-7C、KV-8A、KV-8B、KV-8C、KV-9A、KV-9B、KV-9C为再生程序控制阀。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本实施例的天然气脱水脱烃集成装置用于天然气脱水脱烃。本实施例的天然气脱水脱烃集成装置包括一组脱水塔、一组脱烃塔、再生气加热器10、含烃再生气冷却器12和含水再生气冷却器13、含烃再生气分离器14和含水再生气分离器15。该组脱水塔包括第一脱水塔4、第二脱水塔5、第三脱水塔6，该组脱烃塔包括第一脱烃塔7、第二脱烃塔8、第三脱烃塔9；来自上游的湿原料气进入管线1与一分支管线3相连通，在湿原料气进入管线1上设有流量控制阀2，该流量控制阀2可起到控制流量和减压的作用。在再生气加热器10出口至脱烃塔管线上设置有热再生气流量分配阀11，该热再生气流量分配阀11可起到分配再生气流量的作用。
第一脱水塔4、第二脱水塔5和第三脱水塔6的塔顶分别与湿原料气进入管线1、一分支管线3和含水再生气冷却器13相连通，在湿原料气进入管线1与第一脱水塔4、第二脱水塔5和第三脱水塔6相连通的管线上分别设置有吸附程序控制阀KV-1A、KV-1B和KV-1C。一分支管线3与第一脱水塔4、第二脱水塔5和第三脱水塔6塔顶相连通的管线上分别设置有再生程序控制阀KV-4A、KV-4B和KV-4C。含水再生气冷却器13入口管线与第一脱水塔4、第二脱水塔5和第三脱水塔6塔顶相连通的管线上分别设置有再生程序控制阀KV-9A、KV-9B和KV-9C。
第一脱水塔4、第二脱水塔5和第三脱水塔6塔底分别与第一脱烃塔7、第二脱烃塔8和第三脱烃塔9塔顶相连通，并在连通的管线上分别设置有吸附程序控制阀KV-2A、KV-2B和KV-2C。第一脱水塔4、第二脱水塔5和第三脱水塔6塔底与再生气加热器10出口管线相连通，并在连通的管线上分别设置有再生程序控制阀KV-7A、KV-7B和KV-7C。
第一脱烃塔7、第二脱烃塔8和第三脱烃塔9塔顶分别与含烃再生气冷却器12入口相连通，并在连通的管线上分别设置有再生程序控制阀KV-8A、KV-8B和KV-8C。
第一脱烃塔7、第二脱烃塔8和第三脱烃塔9塔底分别与产品气出装置管线16、热再生气流量分配阀11和再生气加热器10相连通。在第一脱烃塔7、第二脱烃塔8和第三脱烃塔9塔底与产品气出装置管线16相连通的管线上分别设置有吸附程序控制阀KV-3A、KV-3B和KV-3C；在第一脱烃塔7、第二脱烃塔8和第三脱烃塔9塔底与再生气加热器10相连通的管线上分别设置有再生程序控制阀KV-5A、KV-5B和KV-5C；在第一脱烃塔7、第二脱烃塔8和第三脱烃塔9塔底与热再生气流量分配阀11相连通的管线上分别设置有再生程序控制阀KV-6A、KV-6B和KV-6C。
再生气加热器10出口分别与再生程序控制阀KV-7A、KV-7B、KV-7C和热再生气流量分配阀11相连通。
含烃再生气冷却器12出口与含烃再生气分离器14入口相连通；含水再生气冷却器13出口与含水再生气分离器15入口相连通。含烃再生气分离器14出口分别与含水再生气分离器15出口和流量控制阀2下游连通。
本发明提供的脱水脱烃装置的第一脱水塔4和第一脱烃塔7、第二脱水塔5和第二脱烃塔8、第三脱水塔6和第三脱烃塔9可在同一周期内分别进行吸附、冷吹、加热过程。
具体过程如下：
当一个脱水塔和脱烃塔进行吸附脱水和脱烃流程时，该脱水塔和脱烃塔吸附程序控制阀组打开，相连的再生程序控制阀组关闭。如图2所示，以第一脱水塔4和第一脱烃塔7吸附，第二脱水塔5和第二脱烃塔8冷吹，第三脱水塔6和第三脱烃塔9处于再生加热为例，第一脱水塔4和第一脱烃塔7的吸附程序控制阀KV-1A、KV-2A和KV-3A为开启状态，KV-4A、KV-5A、KV-6A、KV-7A、KV-8A和KV-9A处于关闭状态。湿原料气通过湿原料气进入管线1和吸附程序控制阀KV-1A进入脱水塔I4，在塔中进行吸附脱水，脱水后的干燥气经过吸附程序控制阀KV-2A进入第一脱烃塔7，在塔中进行吸附脱烃，脱烃后的产品气经过吸附程序控制阀KV-3A进入产品气出装置管线16通向下游。当第一脱水塔4和第一脱烃塔7吸附时，第二脱水塔5和第二脱烃塔8处于冷吹阶段，吸附程序控制阀KV-1B和KV-3B处于关闭状态，再生程序控制阀KV-6B、KV-7B、KV-8B和KV-9B也处于关闭状态，吸附程序控制阀KV-2B和再生程序控制阀KV-4B、KV-5B处于开启状态。
约15～25％的湿原料气通过分支管线3，经过再生程序控制阀KV-4B进入第二脱水塔5进行冷吹，经过吸附程序控制阀KV-2B进入第二脱烃塔8进行冷吹，然后通过再生程序控制阀KV-5B进入再生气加热器10加热升温。此时第三脱水塔6和第三脱烃塔9处于再生加热阶段，吸附程序控制阀KV-1C、KV-2C和KV-3C处于关闭状态，再生程序控制阀KV-4C和KV-5C也处于关闭状态，再生程序控制阀KV-6C、KV-7C、KV-8C和KV-9C处于开启状态。
经过再生气加热器10升温后的再生气分为两路，一路通过热再生气流量分配阀11后经过再生程序控制阀KV-6C自底部进入第三脱烃塔9，使第三脱烃塔9再生加热。完成脱烃再生过程的含烃再生气经过再生程序控制阀KV-8C进入含烃再生气冷却器12进行降温，降温后的含烃再生气进入含烃再生气分离器14进行气液分离，含烃再生气分离器14中的气相通过含烃再生气分离器气相出口管线和含水再生气分离器15气相出口管线一起并入湿原料气进入管线1，并在进行吸附过程的脱水塔I4中与待进行吸附的湿原料气汇合后经吸附程序控制阀KV-1A，进入脱水塔I4中进行吸附脱水。
升温后的再生气另一路经过再生程序控制阀KV-7C自底部进入第三脱水塔6，使第三脱水塔6再生加热。完成脱水再生过程的含水再生气经过再生程序控制阀KV-9C进入含水再生气冷却器13进行降温，降温后的含水再生气进入含水再生气分离器15进行气液分离，含水再生气分离器15中的气相通过含水再生气分离器气相出口管线和含烃再生气分离器14气相出口管线一起汇入湿原料气进入管线1，并在进行吸附过程的脱水塔I4中与待进行吸附的湿原料气汇合后经吸附程序控制阀KV-1A，进入脱水塔I4中进行吸附脱水，脱水后的干燥气经过吸附程序控制阀KV-2A进入第一脱烃塔7，在塔中进行吸附脱烃，脱烃后的产品气经过吸附程序控制阀KV-3A进入产品气出装置管线16通向下游。
本发明中的脱水脱烃装置中的第一脱水塔4和第一脱烃塔7、第二脱水塔5和第二脱烃塔8、第三脱水塔6和第三脱烃塔9，按照吸附、冷吹、再生加热依次切换。每组塔各自按照吸附-再生加热-冷吹-吸附的顺序循环。
如图2所示，在第一个周期内，第一脱水塔4和第一脱烃塔7进行吸附过程，同时第二脱水塔5和第二脱烃塔8进行冷吹过程，第三脱水塔6和第三脱烃塔9进行再生加热过程。
如图3所示，在下一周期中，第一脱水塔4和第一脱烃塔7由吸附过程切换至再生加热过程，此时将吸附程序控制阀KV-1A、KV-2A和KV-3A切换至关闭状态，将再生程序控制阀KV-6A、KV-7A、KV-8A和KV-9A切换至开启状态。冷吹完成的第二脱水塔5和第二脱烃塔8由冷吹过程切换至吸附脱水脱烃过程，此时将再生程序控制阀KV-4B和KV-5B切换至关闭状态，吸附程序控制阀KV-1B和KV-3B切换至开启状态。第三脱水塔6和第三脱烃塔9由再生加热过程切换至冷吹过程，此时将再生程序控制阀KV-6C、KV-7C、KV-8C和KV-9C切换至关闭状态，将吸附程序控制阀KV-2C切换至开启状态，将再生程序控制阀KV-4C和KV-5C切换至开启状态。
如图4所示，当进入第3周期时，第一脱水塔4和第一脱烃塔7由再生加热过程切换至冷吹过程，此时将再生程序控制阀KV-6A、KV-7A、KV-8A和KV-9A切换至关闭状态，将吸附程序控制阀KV-2A切换至开启状态，将再生程序控制阀KV-4C和KV-5C切换至开启状态，。第二脱水塔5和第二脱烃塔8由吸附过程切换至再生加热过程，此时将吸附程序控制阀KV-1B、KV-2B和KV-3B切换至关闭状态，将再生程序控制阀KV-6B、KV-7B、KV-8B和KV-9B切换至开启状态。冷吹完成的第三脱水塔6和第三脱烃塔9由冷吹过程切换至吸附脱水脱烃过程，此时将再生程序控制阀KV-4C和KV-5C切换至关闭状态，吸附程序控制阀KV-1C和KV-3C切换至开启状态。
然后按照上述过程进行循环。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
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