本发明专利技术公开了膜分离与变温吸附组合的液化天然气预处理设备和方法，属于天然气预处理技术领域，变温吸附脱重烃系统脱重烃后的天然气输入膜分离系统，膜分离系统的渗透气作为变温吸附脱重烃系统的再生气，再生气利用后输入给内燃机做燃料；膜分离系统的渗余气作为变温吸附脱二氧化碳系统的原料气体，输出经变温吸附脱二氧化碳系统处理后的净化天然气；部分净化天然气作为变温吸附脱二氧化碳系统的再生气，再生气利用后返回变温吸附脱重烃系统循环使用。本发明专利技术的膜分离与变温吸附组合的液化天然气预处理设备和方法，流程简单、适用性强，采用变温吸附与膜分离组合的方式脱除天然气中二氧化碳、硫化氢、水分及重烃或其它杂质。
Pretreatment equipment and method of liquefied natural gas combined with membrane separation and temperature swing adsorption
【技术实现步骤摘要】
膜分离与变温吸附组合的液化天然气预处理设备和方法
本专利技术属于天然气预处理
，具体地说涉及膜分离与变温吸附组合的液化天然气预处理设备和方法。
技术介绍
天然气是一种绿色环保、经济实惠、安全可靠的优质能源，发展天然气工业，天然气液化技术中天然气净化工艺的研究也尤为重要，因天然气中的较高凝固点组分如二氧化碳、水分及重烃、硫化氢等在天然气液化过程中会凝固并堵塞设备，必须在液化之前将其脱除；传统的预处理方法是先以醇胺法脱除二氧化碳及硫化氢等酸性气体，之后再用分子筛与活性炭复合床吸附脱除水分及重烃或当重烃含量较高时脱水与脱重烃分开设置，对于有较大燃料需求如采用燃气轮机驱动压缩机或燃气发电或者有下游管网的LNG工厂，当原料气中二氧化碳含量较低通常低于1％时也可采用干法预处理工艺，即分子筛与活性炭复合床吸附同时脱除水分、重烃及二氧化碳，少量的再生气占处理气量的7～15％用于发电或去下游管网。当二氧化碳含量较高时，由于再生气量较大超出了发电的需求，多余的含碳再生气由于不能靠冷却法分离出二氧化碳而无法循环利用，只能进入火炬放空造成浪费。因此传统的干法预处理工艺虽然有流程简单操作方便投资小等优势，但是不适合高二氧化碳含量的天然气预处理。只能采用传统的湿法工艺。而湿法天然气预处理工艺，其流程复杂，设备繁多，投资大，醇胺试剂有毒性，操作中需定期补充溶液及脱盐水。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述不足之处提供膜分离与变温吸附组合的液化天然气预处理设备和方法，拟解决现有液化天然气预处理工艺处理流程复杂，设备繁多，投资大等问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：膜分离与变温吸附组合的液化天然气预处理设备，包括变温吸附脱重烃系统、膜分离系统、渗余气冷却系统、变温吸附脱二氧化碳系统和再生气增压机；所述变温吸附脱重烃系统的脱重烃系统进管用于通入原料天然气；所述变温吸附脱重烃系统的脱重烃系统出管通过管路与膜分离系统的膜分离进口连通，用于变温吸附脱重烃系统脱重烃后的天然气输入膜分离系统；所述膜分离系统的渗透气出口通过管路与变温吸附脱重烃系统的脱重烃系统再生气进管连通，用于膜分离系统的渗透气作为变温吸附脱重烃系统的再生气；所述变温吸附脱重烃系统的脱重烃系统再生气出管通过管路与内燃机燃料进口连通，用于变温吸附脱重烃系统的再生气利用后输入给内燃机做燃料；所述膜分离系统的渗余气出口通过管路与变温吸附脱二氧化碳系统的脱碳系统进管连通，用于膜分离系统的渗余气作为变温吸附脱二氧化碳系统的原料气体；所述变温吸附脱二氧化碳系统的脱碳系统出管用于输出经变温吸附脱二氧化碳系统处理后的净化天然气；所述脱碳系统出管上分出脱碳系统再生气进管，用于将部分净化天然气作为变温吸附脱二氧化碳系统的再生气；所述变温吸附脱二氧化碳系统的脱碳系统再生气出管通过管路与脱重烃系统进管连通，用于变温吸附脱二氧化碳系统的再生气利用后返回变温吸附脱重烃系统循环使用；所述渗余气出口至脱碳系统进管的管路上设有渗余气冷却系统，用于将渗余气进入变温吸附脱二氧化碳系统前的冷却；所述渗余气出口至渗余气冷却系统的管路上或脱碳系统再生气出管至脱重烃系统进管的管路上设有再生气增压机，用于循环使用的再生气克服系统阻力。由上述结构可知，工作流程：原料天然气从脱重烃系统进管进入变温吸附脱重烃系统，进行脱重烃处理；脱重烃气体的重烃含量达到天然气液化要求后，从脱重烃系统出管出来，再从膜分离进口进入膜分离系统；膜分离系统粗脱其中大部分二氧化碳、硫化氢及水分；渗透气出口输出的渗透气从脱重烃系统再生气进管进入变温吸附脱重烃系统，作为变温吸附脱重烃系统的再生气，再生气利用后从脱重烃系统再生气出管输出，进入内燃机燃料进口，输入给内燃机做燃料；膜分离系统的富含二氧化碳及水分的低压渗透气作为脱重烃系统的再生气，这部分再生气(其中烃类流量占处理气量的10～15％，为天然气液化装置的发电所用，也可进入下游燃料气管网)经冷却并分离出游离的水分、重烃后作为发电机及锅炉的燃料。渗余气出口输出的渗余气经渗余气冷却系统冷却后，从脱碳系统进管进入变温吸附脱二氧化碳系统，渗余气冷却系统使进入变温吸附脱二氧化碳系统的渗余气有较低的入口温度，有利于二氧化碳的吸附，膜分离系统脱除大部分水分，也为进入变温吸附脱二氧化碳系统前的天然气预冷降温创造了条件；变温吸附脱二氧化碳系统进一步精脱二氧化碳、硫化氢、水分得到符合天然气液化要求的净化天然气，净化天然气从脱碳系统出管输出；净化天然气在脱碳系统出管输出时，一部分进入脱碳系统再生气进管，将部分净化天然气作为变温吸附脱二氧化碳系统的再生气，再生气利用后从脱碳系统再生气出管输出后，由再生气增压机增压后返回变温吸附脱重烃系统的脱重烃系统进管进行循环使用，也可以在渗余气出口至渗余气冷却系统的管路上设有再生气增压机，即在进入变温吸附脱二氧化碳系统前先增压，再生气增压机用于克服系统阻力；天然气中除重烃以外的所有其他杂质的唯一出口就是膜分离系统分离后的渗透气。设置独立的变温吸附脱重烃系统的目的是在进入膜分离系统之前去除重烃，这是因为所选择的脱除二氧化碳的气体膜不能脱除C2以上的烃类，而这些烃类的存在可能对膜的分离性能产生不利的影响，设置独立的变温吸附脱重烃系统提高了膜分离系统的可靠性和性能，变温吸附脱重烃系统也可看做是膜分离系统的预处理系统；此外，在以13X作为吸附剂的变温吸附装置中，C2以上的烃类与二氧化碳的吸附有一定的竞争关系，C2以上的烃类存在会影响对二氧化碳的吸附效果；膜分离系统具有“提浓不提纯”的特点，渗余气中二氧化碳甚至水分含量都不可能净化彻底，因而不可能独立用于天然气液化装置的净化处理。但是对于二氧化碳含量较高的天然气，采用膜分离系统进行粗脱却有较大的优势，因为膜分离用于二氧化碳含量较高天然气净化具有流程简单、操作方便、投资小、能耗低(渗余气无压力损失)等突出优点；采用13X分子筛做吸附剂的变温吸附装置脱除天然气中二氧化碳具有净化程度高(二氧化碳含量可最低可小于1ppm)的显著优点，是目前所有净化方法中净化程度最高的方法，但是当所处理的原料气中二氧化碳含量较高(通常大于2％)时，所需分子筛量大相应的再生气量较大能耗较高，再生气量超过了装置发电所需燃料量，因此即使采用了可以消纳再生气的分布式能源方案，对于较高二氧化碳含量的原料天然气仍然不适合采用单一变温吸附法。此外，对于原料天然气中硫化氢含量较高的场合，采用单一变温吸附法也存在较大的弊端，因为含有水分及硫化氢的天然气会对分子筛的寿命产生很大影响。传统的方法是先以醇胺法(通常采用MDEA法)脱除天然气中的二氧化碳及硫化氢等酸性气体，再以变温吸附法脱除其中的水分及重烃，MDEA法能耗几乎与原料天然气中的二氧化碳含量成正比而且流程复杂操作维护不便，投资大，醇胺溶液及脱盐水需定期分析及补充。将适合高二氧化碳含量天然气的膜分离方法与净化程度高的变温吸附法有机的结合即可解决这一问题：以独立的变温吸附脱重烃系统作为膜分离系统的预处理系统以提高膜分离系统的可靠性和性能，之后以膜分离系统粗脱二氧化碳、硫化氢及水分，使得渗余气中的二氧化碳达到变温吸附法能够接受的含量，之后串联进入变温吸附脱二氧化碳系统进行深度净化，含有解析后二氧化碳及微量水分的再生气增压机增压后本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.膜分离与变温吸附组合的液化天然气预处理设备，其特征在于：包括变温吸附脱重烃系统(1)、膜分离系统(2)、渗余气冷却系统(3)、变温吸附脱二氧化碳系统(4)和再生气增压机(5)；所述变温吸附脱重烃系统(1)的脱重烃系统进管(11)用于通入原料天然气；所述变温吸附脱重烃系统(1)的脱重烃系统出管(12)通过管路与膜分离系统(2)的膜分离进口(21)连通，用于变温吸附脱重烃系统(1)脱重烃后的天然气输入膜分离系统(2)；所述膜分离系统(2)的渗透气出口(22)通过管路与变温吸附脱重烃系统(1)的脱重烃系统再生气进管(13)连通，用于膜分离系统(2)的渗透气作为变温吸附脱重烃系统(1)的再生气；所述变温吸附脱重烃系统(1)的脱重烃系统再生气出管(14)通过管路与内燃机燃料进口(15)连通，用于变温吸附脱重烃系统(1)的再生气利用后输入给内燃机做燃料；所述膜分离系统(2)的渗余气出口(23)通过管路与变温吸附脱二氧化碳系统(4)的脱碳系统进管(41)连通，用于膜分离系统(2)的渗余气作为变温吸附脱二氧化碳系统(4)的原料气体；所述变温吸附脱二氧化碳系统(4)的脱碳系统出管(42)用于输出经变温吸附脱二氧化碳系统(4)处理后的净化天然气；所述脱碳系统出管(42)上分出脱碳系统再生气进管(43)，用于将部分净化天然气作为变温吸附脱二氧化碳系统(4)的再生气；所述变温吸附脱二氧化碳系统(4)的脱碳系统再生气出管(44)通过管路与脱重烃系统进管(11)连通，用于变温吸附脱二氧化碳系统(4)的再生气利用后返回变温吸附脱重烃系统(1)循环使用；所述渗余气出口(23)至脱碳系统进管(41)的管路上设有渗余气冷却系统(3)，用于将渗余气进入变温吸附脱二氧化碳系统(4)前的冷却；所述渗余气出口(23)至渗余气冷却系统(3)的管路上或脱碳系统再生气出管(44)至脱重烃系统进管(11)的管路上设有再生气增压机(5)，用于循环使用的再生气克服系统阻力。...
【技术特征摘要】
1.膜分离与变温吸附组合的液化天然气预处理设备，其特征在于：包括变温吸附脱重烃系统(1)、膜分离系统(2)、渗余气冷却系统(3)、变温吸附脱二氧化碳系统(4)和再生气增压机(5)；所述变温吸附脱重烃系统(1)的脱重烃系统进管(11)用于通入原料天然气；所述变温吸附脱重烃系统(1)的脱重烃系统出管(12)通过管路与膜分离系统(2)的膜分离进口(21)连通，用于变温吸附脱重烃系统(1)脱重烃后的天然气输入膜分离系统(2)；所述膜分离系统(2)的渗透气出口(22)通过管路与变温吸附脱重烃系统(1)的脱重烃系统再生气进管(13)连通，用于膜分离系统(2)的渗透气作为变温吸附脱重烃系统(1)的再生气；所述变温吸附脱重烃系统(1)的脱重烃系统再生气出管(14)通过管路与内燃机燃料进口(15)连通，用于变温吸附脱重烃系统(1)的再生气利用后输入给内燃机做燃料；所述膜分离系统(2)的渗余气出口(23)通过管路与变温吸附脱二氧化碳系统(4)的脱碳系统进管(41)连通，用于膜分离系统(2)的渗余气作为变温吸附脱二氧化碳系统(4)的原料气体；所述变温吸附脱二氧化碳系统(4)的脱碳系统出管(42)用于输出经变温吸附脱二氧化碳系统(4)处理后的净化天然气；所述脱碳系统出管(42)上分出脱碳系统再生气进管(43)，用于将部分净化天然气作为变温吸附脱二氧化碳系统(4)的再生气；所述变温吸附脱二氧化碳系统(4)的脱碳系统再生气出管(44)通过管路与脱重烃系统进管(11)连通，用于变温吸附脱二氧化碳系统(4)的再生气利用后返回变温吸附脱重烃系统(1)循环使用；所述渗余气出口(23)至脱碳系统进管(41)的管路上设有渗余气冷却系统(3)，用于将渗余气进入变温吸附脱二氧化碳系统(4)前的冷却；所述渗余气出口(23)至渗余气冷却系统(3)的管路上或脱碳系统再生气出管(44)至脱重烃系统进管(11)的管路上设有再生气增压机(5)，用于循环使用的再生气克服系统阻力。2.根据权利要求1所述的膜分离与变温吸附组合的液化天然气预处理设备，其特征在于：所述脱重烃系统出管(12)至膜分离进口(21)的管路上设有加热器一(24)，用于变温吸附脱重烃系统(1)输入膜分离系统(2)的脱重烃后的天然气加热；所述脱碳系统再生气出管(44)至脱重烃系统进管(11)的管路上设有冷却器一(45)，用于变温吸附脱二氧化碳系统(4)循环给变温吸附脱重烃系统(1)的利用后再生气冷却。3.根据权利要求1或2所述的膜分离与变温吸附组合的液化天然气预处理设备，其特征在于：所述脱重烃系统再生气出管(14)至内燃机燃料进口(15)的管路上设有冷却器二(16)，用于变温吸附脱重烃系统(1)输入给内燃机做燃料的再生气冷却。4.根据权利要求3所述的膜分离与变温吸附组合的液化天然气预处理设备，其特征在于：所述脱重烃系统进管(11)的进口、脱重烃系统出管(12)的出口、脱碳系统再生气出管(44)的出口以及冷却器二(16)至内燃机燃料进口(15)的管路上均设有过滤器(17)，用于过滤固液杂质。5.根据权利要求1或2或4所述的膜分离与变温吸附组合的液化天然气预处理设备，其特征在于：所述变温吸附脱重烃系统(1)包括加热器二(7)和三组并列设置的重烃吸附塔(6)；所述重烃吸附塔(6)进口通过管路与脱重烃系统进管(11)连通，该管路上设有阀一(61)；...
【专利技术属性】
技术研发人员：兰文旭，
申请(专利权)人：兰文旭，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23
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