一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法技术

本发明专利技术公开了一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法，包含轻烃水气浓缩工序和变温吸附精脱工序；轻烃水气浓缩工序吸附压力为0.5~7.0MPa，操作温度为50~150℃，常压与抽空解吸，未被吸附的天然气甲烷等从吸附塔顶部排出作为脱除大部分水与轻烃的中间气体，再进入变温吸附精脱工序，从塔顶逸出水和烃露点降低于最小环境温度30~50℃的天然气产品，一部分被作为再生气体对变温吸附精脱工序进行再生，随后，或再生气体与原料气混合返回到轻烃水气浓缩工序进一步回收天然气，或作为轻烃水气浓缩工序的冲洗气与其解吸气一起经加压后加工处理回收C2+或送出界区加工处理。甲烷收率90~95%及以上，C2+的收率大于90%以上。

A full temperature range variable pressure adsorption purification method for simultaneous dehydrating and dehydrocarbon of natural gas

The invention discloses a natural gas dehydration and whole temperature range of PSA dehydrocarbon purification methods, including light hydrocarbon gas concentration process and temperature swing adsorption fine removal process; light hydrocarbon gas concentration process of adsorption pressure is 0.5~7.0MPa, the operating temperature of 50~150, normal pressure and time is not the adsorption desorption of methane from natural gas from the top of the adsorption tower as an intermediate gas removal of most of the water and light hydrocarbon, and then enter the temperature swing adsorption fine removal process, from the top of the tower escape water and hydrocarbon dew point is below the minimum temperature 30~50 degrees of gas products, as a part of the regeneration gas temperature swing adsorption fine removal process for regeneration, regeneration of mixed gas and subsequently, or the raw gas is returned to the light hydrocarbon gas concentration process for further recovery of natural gas, light hydrocarbon gas concentration process or as the flushing gas and desorption together by pressure after processing Reclaim C2+ or send out boundary area processing. The yield of methane is 90~95% and above, and the yield of C2+ is more than 90%.

【技术实现步骤摘要】
一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法
本专利技术涉及天然气脱水脱烃的净化领域，更具体的说是涉及一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法。
技术介绍
天然气是一种优质、经济、清洁的能源和化工原料，其主要以甲烷为主，还有乙烷、丙烷、丁烷等烷烃类组分，以及少量的氮气、二氧化碳、水蒸气等非烃类气体组分。天然气须经过处理或净化才能输送或使用，其中，天然气脱水与脱烃是天然气净化最重要的两个过程，即控制露点和/或回收烷烃类。天然气脱水与脱烃是天然气净化中两个非常重要的独立单元。一般天然气脱水在前，脱烃或回收烃类在后。天然气脱水方法有吸收法、吸附法、低温法（温降法）、膜分离法、气体汽提法和蒸馏法等，其中，最普遍的是吸收法、低温法与吸附法。天然气脱水的主要目的是降低水露点（露点降）。天然气脱烃的主要方法有，吸附法、吸收法，其中，对于天然气回收烃类组分，也称为天然气凝液回收，其主要方法，除了吸附法与吸收法外，较为普遍的方法是冷凝分离法，即低温法。对于天然气净化而言，脱烃的目的主要是降低烃露点（露点降），避免输送或使用过程中产生气液分离、堵塞等不利影响。低温法，也叫冷凝分离法，是将天然气冷却至烃露点以下某一低温，得到一部分富含较重烃类的液烃（即天然气凝液或凝析油），并在此低温下使其与气体分离，为防止天然气在冷却过程中由于析出冷凝水而形成水合物，在冷却前可加入水合物抑制剂，使得天然气在冷却过程中析出冷凝水和抑制剂水溶液混合后随液烃一起在低温分离器中脱除（脱油脱水），进而同时达到控制天然气的水、烃露点。其中，按照制冷方式，有膨胀制冷法（包括节流制冷与透平膨胀机制冷）、冷剂制冷和联合制冷三种方法。低温法比较成熟，简单，适合气田井口、集气站或处理厂为控制水、烃露点所常用。缺点包括，第一，脱水脱烃深度不够，由于低温分离器温度不够低（仅为-20~-10℃），原料气，尤其是高压凝析气中，含有相当数量的乙烷、丙烷或丁烷等组分，则在此条件下，大部分附加值较高的乙烷、丙烷等未予以回收而直接去了下游用户，降低了天然气处理厂的经济效益，同时，产出的天然气等级也多为二类，水、烃露点小于最低环境温度5℃；第二，能耗相对较高，低温法仍然需要一定的冷量，包括节流或膨胀机制冷。若采用冷剂制冷，需要消耗较多的制冷剂。同时，需要增加压力。若原料气是高压凝析气，井口就有多余的压力可以利用，但无法在此低温条件下回收原料中含量较高的乙烷丙烷等组分，烃露点降低幅度不大。近年来，超音速分离器替代低温分离器成为一种趋势，但也仅适合原料气中含有较多的重烃组分工况，比如天然气凝液（NGL）、天然气油（NGO）及稳定轻烃等的脱水及回收烃，无法达到天然气深度脱水脱烃要求；第三，在脱烃中出现反凝析现象。吸收法脱水是利用亲水性溶剂与天然气进行逆流接触，使得天然气中的水蒸气被溶解，从而实现脱水的目的。常用的亲水性吸收剂包括甘醇（乙二醇多聚物）、氯化钙等，其中，甘醇法中的三甘醇（TEG）最为普遍，包括DRIZO法（共沸法）、CLEANOL+法、COLDFINGER法，以及汽提法、负压法、PROGLY法、ECOTEG法等。吸收法运行成熟可靠、流程简单、成本低，且脱水降露点深度较高，但因会发生共吸收现象而导致吸收剂循环量及损失量增大，因而不适合酸性组分、重烃组分、液体或固体杂质较多的天然气脱水，也不能同时脱烃，尤其是吸收剂TEG会溶解天然气中的硫化氢（H2S），对设备、管道等产生腐蚀。此外，为了提高贫甘醇浓度，以便提高吸收效率，须增加较多的设备，投资相应增大，流程也变得比较复杂。吸附法是专指变温吸附（TSA），采用TSA进行天然气的深度脱水与脱烃，也是比较成熟，方便。TSA法是采用某种或某些吸附剂，利用低温有利于吸附，高温有利于解吸的原理，将天然气中的强吸附质水和重烃组分分别吸附下来，实现深度脱水与脱烃，通过150~250℃的热载体对吸附剂进行再生。但是，第一，脱水采用的吸附剂分子筛既能吸附水，也能吸附重烃，由于脱水中的分子筛吸附容量很大，再生所需的热负荷更大，而脱烃无需更大的热负荷，因而，必须将脱水与脱烃分开，先脱水，再脱烃，两个吸附与解吸循环操作的温度与压力不经相同，导致投资增加，流程复杂；第二，对于高压且含较多乙烷、丙烷等轻烃类组分的天然气原料，同时脱水脱烃不经济，原料气自带的高压能量没有得到利用，乙烷、丙烷等轻烃组分的TSA净化效率较低，且无法有效地回收；第三，由于变温周期频繁，导致吸附剂所承受的温度应力加大，极大地影响了吸附剂使用寿命；第四，吸附与再生之间的矛盾非常突出，吸附越容易，解吸越困难，同时，再生加热需要时间，难于与吸附形成循环操作。因此，要达到深度脱水脱烃的目标，必须是深度吸附，然而解吸就相当困难，反过来会造成吸附剂再生不完全，吸附剂容易被穿透，影响脱水脱烃质量；第五，TSA再生需要较大的热负荷，能耗增加，尤其对于大流量的天然气处理，热负荷过大，并且需要选择好热载体，既要与天然气之间不会发生化学或物理反应，也要使得后续的热载体能够与水及烃类组分容易分离而使得热载体循环使用，或，热载体（再生气体）也可以采用一部分原料气或产品气，但会影响产品气收率；第六，天然气脱烃，尤其是脱乙烷、丙烷等轻烃，由于甲烷与乙烷、乙烷与丙烷之间的相对吸附分离系数比较小，采用传统的TSA及变压吸附（PSA）等吸附方法比较困难；第七，天然气脱烃之前，必须进行深度的脱水，否则，水进入脱烃循环过程中，极易被吸附，进而影响甲烷与乙烷、丙烷等轻烃组分的分离。其他脱水脱烃或回收烃类的方法有，三甘醇溶剂吸收法脱水与TSA法脱烃耦合，TSA脱水干燥与膜分离回收轻烃的耦合，TSA脱水干燥与冷油吸收回收轻烃耦合等，有的可以达到深度脱水脱烃，甚至轻烃回收率很高，但每一种方法会因原料气工况及净化要求不同而有所不同，脱水和脱烃仍然需要分别设置，投资成本高，流程复杂。本专利技术是针对上述现有的天然气脱水脱烃净化技术问题，提出了解决方案。
技术实现思路
本专利技术提供一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法，全温程变压吸附（英文全称：FullTemperatureRange-PressureSwingAdsorption，简称：FTrPSA）是一种以变压吸附为基础并与各种分离技术相耦合的方法，利用不同物料组分本身在不同压力与温度下的吸附分离系数及物理化学性质的差异性，采取中高温的变压吸附（PSA）吸附与解吸易于匹配和平衡的循环操作来分离和提纯各种气体（含天然气净化）的方法；其中，在传统PSA循环操作中，通常吸附在常温进行，且温度越低、压力越高，越有利于吸附。但是，吸附越容易，一般解吸就越困难，并且，在分离或净化体系中强吸附质含量较低的工况下，传统PSA循环中也因瞬间吸附或共吸附，导致解吸更加困难或再生不完全，比如，天然气中的C2+轻烃，虽然在常温或者低温下能够很好地吸附但难以解吸，甚至会破坏床层；而FTrPSA过程中，本专利技术人首次提出了天然气在中高温范围内进行PSA及与其他各种分离技术耦合，彻底解决了天然气在常温及低温下水与C2+轻烃组分在PSA循环操作中易吸附而解吸困难的技术瓶颈或效率低下等问题，比如，利用天然气中低沸点组分（甲烷与少量氢气、氮气）与高沸点组分（水与C2+）在60~150℃温度和0.5~6.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）轻烃水气浓缩工序：温度为50~150℃、压力为0.5~7.0MPa的天然气，经过预处理脱除酸性组分后，直接经进气管道进入轻烃水气浓缩工序，采用多塔串联或并联工艺，在操作温度为50~150℃、操作压力为0.5~7.0MPa的条件下进行吸附，多台吸附塔交替循环操作，保证原料气连续进入，1个或多个吸附塔处于吸附状态，其余吸附塔为再生状态，在吸附塔内，透过床层由塔顶排出是由甲烷和少量氮气、氢气等组成的中间气体，进入下一个工序，变温吸附精脱工序；天然气中的大部分水与碳二及以上烷烃（C2+）组分被吸附，经解吸后得到富轻烃与水的解吸气，简称“富轻烃水气”，加压进一步处理回收或送出界区处理；（2）变温吸附精脱工序；来自轻烃水气浓缩工序的中间气体，经过降温或维持至50~60℃，压力为0.5~7.0MPa，进入由2个吸附塔组成的系统进行变温吸附（TSA）系统，保证中间气体连续进入，1个吸附塔处于吸附状态，另一个吸附塔为再生状态，在吸附塔内，透过床层由塔顶排出是深度脱水脱烃的天然气，其水和烃露点满足低于最低环境温度30~50℃，大部分作为天然气产品输出，一部分经过热交换至120~150℃，作为再生气体，进入吸附完毕的吸附塔进行再生，再生气体与天然气原料气混合返回到轻烃水气浓缩工序进一步脱水脱烃回收天然气。...

【技术特征摘要】
1.一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）轻烃水气浓缩工序：温度为50~150℃、压力为0.5~7.0MPa的天然气，经过预处理脱除酸性组分后，直接经进气管道进入轻烃水气浓缩工序，采用多塔串联或并联工艺，在操作温度为50~150℃、操作压力为0.5~7.0MPa的条件下进行吸附，多台吸附塔交替循环操作，保证原料气连续进入，1个或多个吸附塔处于吸附状态，其余吸附塔为再生状态，在吸附塔内，透过床层由塔顶排出是由甲烷和少量氮气、氢气等组成的中间气体，进入下一个工序，变温吸附精脱工序；天然气中的大部分水与碳二及以上烷烃（C2+）组分被吸附，经解吸后得到富轻烃与水的解吸气，简称“富轻烃水气”，加压进一步处理回收或送出界区处理；（2）变温吸附精脱工序；来自轻烃水气浓缩工序的中间气体，经过降温或维持至50~60℃，压力为0.5~7.0MPa，进入由2个吸附塔组成的系统进行变温吸附（TSA）系统，保证中间气体连续进入，1个吸附塔处于吸附状态，另一个吸附塔为再生状态，在吸附塔内，透过床层由塔顶排出是深度脱水脱烃的天然气，其水和烃露点满足低于最低环境温度30~50℃，大部分作为天然气产品输出，一部分经过热交换至120~150℃，作为再生气体，进入吸附完毕的吸附塔进行再生，再生气体与天然气原料气混合返回到轻烃水气浓缩工序进一步脱水脱烃回收天然气。2.如权利要求1所述的一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法，其特征在于，所述的天然气经过预处理脱除酸性组分，包括醇胺法、低温甲醇洗（Rectisol）、多乙二醇二甲醚洗（Selexol）法、砜胺法（Sulinol）法、直接氧化法、吸附法、膜分离法，以及其他常规的脱除酸性组分的方法。3.如权利要求1所述的一种天然气同...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈运，刘开莉，蔡跃明，钟雨明，
申请(专利权)人：四川天采科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51