天然气中氮气脱除的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了天然气中氮气脱除的方法，包括：(1)将含氮原料天然气输入变温吸附系统(2)进行重烃预脱除，得到预净化气；(2)将预净化气输入第一段变压吸附系统(5)对烃类进行吸附；(3)将在第一段变压吸附系统(5)中被吸附的烃类解吸附，获得合格的天然气。本发明专利技术还提供了天然气中氮气脱除的装置，包括：变温吸附系统(2)、第一段变压吸附系统(5)和第二段变压吸附系统(10)。本发明专利技术的方法和装置能够有效脱除原料天然气中的氮气，提高甲烷收率。

【技术实现步骤摘要】
天然气中氮气脱除的方法和装置
本专利技术涉及天然气脱氮的
，具体地，本专利技术涉及一种利用变压吸附来脱除天然气中氮气的方法和装置。
技术介绍
近20年来，能源价格不断升高，相对劣质的天然气资源开始被引起重视并进行开发利用，如页岩气、砂岩气等，这些天然气中含有5-40％的氮气。另外，氮气也大量存在于采油厂采用注氮工艺作为增产措施(EOR)而采出的天然气中。截止2015年年底，中石化西北分公司已累计实施单井注氮265口，累注氮量24432万方；单元注氮井36口，累注氮量12794万方。仅2015年累计增油43.5万吨，提高采收率6％左右，注氮提高原油采收率在塔河油田取得了较好的效果。但随着注氮规模的扩大，伴生气中氮气含量也不断上升，外部分天然气中氮气含量最高达18.33％，外销气最高达9.77％。因此开发一种经济适用的天然气脱氮工艺就有着重大意义。目前含氮天然气脱氮可分为：低温精馏法、溶剂吸收法、变压吸附法；低温精馏法利用氮/甲烷沸点不同而进行分离，首先需要将原料气全部或部分液化，再进行精馏分离，因而不仅工艺流程复杂，而且脱氮成本非常高，仅适用于液化天然气工厂中氮气的脱除。溶剂吸收法采用烃类溶剂，在低温下氮、甲烷在溶剂中的溶解度不同而将天然气中的氮气分离脱除，该法适用于压力高、规模大的天然气净化工厂，但天然气中烃类的回收率偏低。对于小规模的含氮天然气，美国专利6444012B1提供了一种天然气中氮气脱除方法，该专利采用两段变压吸附方法，第一段变压吸附采用吸附氮气的吸附剂将天然气中的重烃和氮气脱除，第二段采用富甲烷气体周期性的加热再生吸附剂；该专利难以实施的问题在于一方面开发一种易于同时吸附重烃和氮气而不吸附(或少吸附)甲烷的吸附剂具有相当的难度，另一方面，加热再生吸附塔的时间一般远远大于降压(包活抽真空方式)再生吸附剂的时间，在实际工程中也难以实现。中国专利CN85103557A提供了一种从瓦斯气中富集甲烷的方法，该专利采用对甲烷吸附能力较强的吸附剂，为提高产品气中甲烷浓度，采用产品富甲烷气对吸附剂床层进行置换，其目的是用吸附能力强的甲烷把尚残留在床层内的氮、氧、氩组分置换出去，使床层中甲烷浓度大幅度提高，但在置换过程中将造成更多甲烷的损失。总体而言，目前还没有一种经济有效的脱除天然气中氮气的方法。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是针对现有技术的缺陷，提供一种利用变压吸附来脱除天然气中氮气的方法和装置。一方面，本专利技术提供了一种天然气中氮气脱除的方法，包括如下步骤：(1)将含氮原料天然气输入变温吸附系统2进行重烃预脱除，得到预净化气；(2)将预净化气输入第一段变压吸附系统5对烃类进行吸附；(3)将在第一段变压吸附系统5中被吸附的烃类解吸附，获得合格的天然气。前述的方法，进一步包括：(4)将从第一段变压吸附系统5自压流出的富含氮气的混合气输入第二段变压吸附系统10对所述富含氮气的混合气中包含的烃类进行吸附，并分离氮气。前述的方法，将步骤(4)中的所述氮气输送回步骤(1)用作所述变温吸附系统2的再生气。前述的方法，将在第二段变压吸附系统10中被吸附的烃类解吸附并输送回步骤(2)与所述预净化气合并。前述的方法，步骤(1)中，所述重烃包括碳原子数在4以上的烃类。前述的方法，步骤(1)中，所述原料天然气的压力是0.3MPa至2.0MPa。前述的方法，步骤(1)中，所述变温吸附系统2中的吸附剂是活性炭、硅胶和分子筛中的任意一种或多种，优选是中孔活性炭和/或硅胶。前述的方法，步骤(1)中，所述变温吸附系统2的吸附压力是0.3MPa至3.0MPa，优选是1.0MPa至2.0MPa。前述的方法，步骤(2)中，所述第一段变压吸附系统5中的吸附剂是活性炭、硅胶和分子筛中的任意一种或多种，优选是微孔活性炭和/或分子筛。前述的方法，步骤(2)中，所述第一段变压吸附系统5的吸附压力是0.3MPa至3.0MPa，优选是1.0MPa至2.0MPa。前述的方法，步骤(4)中，所述第一段变压吸附系统10中的吸附剂是活性炭、碳分子筛、硅胶和分子筛中的任意一种或多种，优选是微孔活性炭和/或碳分子筛。前述的方法，步骤(4)中，所述第二段变压吸附系统10的吸附压力是0.3MPa至3.0MPa，优选是1.0MPa至2.0MPa。另一方面，本专利技术提供了一种天然气中氮气脱除的装置，包括：变温吸附系统2和第一段变压吸附系统5；其中，变温吸附系统2包括2台以上的并联的变温吸附塔，第一段变压吸附系统5包括3台以上的并联的变压吸附塔；变温吸附系统2前连接有原料输入管道1，变温吸附系统2通过混合气输送管道3与第一段变压吸附系统5相连；第一段变压吸附系统5的吸附塔底部连接有产品气输出管道6。前述的装置，进一步包括设置在所述第一段变压吸附系统5后的第二段变压吸附系统10；第二段变压吸附系统10包括3台以上的并联的变压吸附塔；第一段变压吸附系统5通过中间气输送管道9与第二段变压吸附系统10相连。前述的装置，所述第二段变压吸附系统10的吸附塔顶部设置有氮气输送管道16，氮气输送管道16的另一端连接在所述变温吸附系统2顶部。前述的装置，所述第二段变压吸附系统10通过顺序设置的管道11、真空泵12、管道13、压缩机14和管道15与混合气输送管道3相连。相对于现有技术，本专利技术的技术方案具有天然气中氮气脱除率高且烃类回收率高的有益效果。附图说明图1是本专利技术实施例的利用变压吸附来脱除天然气中氮气的装置的示意图。具体实施方式为了充分了解本专利技术的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本专利技术作详细说明。本专利技术的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。除非另有说明，否则本专利技术中涉及的术语均具有本领域技术人员通常理解的含义。针对目前天然气中氮气脱除方法的工艺复杂且效率低下的问题，本专利技术提供一种利用变压吸附来脱除天然气中氮气的方法和装置。第一方面，本专利技术提供了一种利用变压吸附来脱除天然气中氮气的方法，包括如下步骤：步骤(1)：脱除原料天然气中的重烃。具体地，将原料天然气输入变温吸附系统2进行重烃预脱除，得到预净化气。天然气尤其是油田伴生天然气中，气体组成非常复杂，除含有CH4、N2以外，还含有从C2至C12烃类，其中C4+烃类(碳原子数在4以上的烃类)在吸附剂上极易吸附，但在变压吸附再生条件下(降压、抽真空)则难以解吸而逐渐累积，将造成变压吸附系统之吸附剂的失效。因此原料气在进入变压吸附系统以前，须将C4+预先脱除。变温吸附系统2采用经典的变温吸附工艺，其中至少一个吸附塔处于吸附状态，另外的吸附塔处于再生状态的不同阶段(加热再生阶段和冷却再生阶段)，在加热再生阶段，将吸附剂上吸附的C4+加热解吸出来，吸附剂得到再生。2台以上的吸附塔经过周期性的吸附、再生过程，达到连续处理原料天然气的目的。变温吸附后天然气中的C4+总量应小于0.1％(mol)。原料天然气的压力为0.3MPa至2.0MPa，变温吸附系统2的吸附压力是0.3MPa至3.0MPa，且优选是1.0MPa至2.0MPa。变温吸附系统2中的吸附剂是活性炭、硅胶和分子筛中的任意一种或多种，优选是中孔活性炭和/或硅胶。步骤(2)：吸附原料天然气中的烃类。具体地，将预净化气输入第一段变压吸附系统5对烃类进行吸附，并分离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天然气中氮气脱除的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将含氮原料天然气输入变温吸附系统(2)进行重烃预脱除，得到预净化气；(2)将预净化气输入第一段变压吸附系统(5)对烃类进行吸附；(3)将在第一段变压吸附系统(5)中被吸附的烃类解吸附，获得合格的天然气。

【技术特征摘要】
1.一种天然气中氮气脱除的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将含氮原料天然气输入变温吸附系统(2)进行重烃预脱除，得到预净化气；(2)将预净化气输入第一段变压吸附系统(5)对烃类进行吸附；(3)将在第一段变压吸附系统(5)中被吸附的烃类解吸附，获得合格的天然气。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：(4)将从第一段变压吸附系统(5)自压流出的富含氮气的混合气输入第二段变压吸附系统(10)对所述富含氮气的混合气中包含的烃类进行吸附，并分离氮气。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将步骤(4)中的所述氮气输送回步骤(1)用作所述变温吸附系统(2)的再生气。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将在第二段变压吸附系统(10)中被吸附的烃类解吸附并输送回步骤(2)与所述预净化气合并。5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述重烃包括碳原子数在4以上的烃类。6.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述原料天然气的压力是0.3MPa至2.0MPa。7.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述变温吸附系统(2)中的吸附剂是活性炭、硅胶和分子筛中的任意一种或多种，优选是中孔活性炭和/或硅胶。8.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述变温吸附系统(2)的吸附压力是0.3MPa至3.0MPa，优选是1.0MPa至2.0MPa。9.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述第一段变压吸附系统(5)中的吸附剂是活性炭、硅胶和分子筛中的任意一种或多种，优选是微孔活性炭和/或分子筛。10.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟荣强，叶帆，姚彬，汤晟，姚丽蓉，刘冀宁，邱海峰，付秀勇，赵德银，张菁，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11