專利名稱：一種天然氣干燥及液化工藝方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及富含烴類氣體的凈化及液化生產，具體涉及一種天然氣干燥及液化工藝方法和裝置。
背景技術：
天然氣由于其環保性而成為取代其他燃料的最佳物質，其應用領域已逐漸擴大到發電、汽車用氣、工業用氣、城市居民用氣、化工用氣等方面。隨著天然氣消費量的增長，作為天然氣最有效的供用形式之一，液化天然氣的貿易量也已成為能源市場增長最快的領域之一。液化天然氣工業的不斷發展，則對天然氣液化方法和裝置以及前期的天然氣凈化方法和裝置在能耗、投資和效率等方面提出了更高的要求。 目前，在比較成熟的天然氣凈化及液化工藝中，采用較多的是如圖I所示的工藝方法。為保證液化工藝及設備安全穩定運行，在原料氣進行深冷液化之前需將其中所含酸性氣體組分、水等脫除至液化所需精度。如圖I中所示，原料氣首先進入脫酸系統，在其中脫除酸性氣體如C02，H2S等，酸性氣體含量合格后，出脫酸系統且含有飽和水的混合氣體直接去脫水系統進行深度脫水，達到所需精度后的干燥天然氣去冷箱系統液化。上述傳統工藝中，進脫水系統的天然氣中因為出脫酸系統時攜帶了飽和水，原料氣處理量較大時如直接進入脫水系統會給脫水系統造成比較大的負荷。針對這一問題，本發明做了相應的改進，在混合氣體進入脫水系統之前進行預脫水，從而顯著降低脫水系統負荷，減小脫水設備的尺寸并減少脫水吸附劑用量。
發明內容
本發明提供了一種天然氣干燥及液化工藝方法和裝置，將上述現有工藝流程加以改進，采用一種全新的流程將原料氣脫水并液化。其裝置包括吸附干燥系統、制冷劑壓縮系統和冷箱系統。該制冷劑壓縮系統產生的氣相制冷劑及液相制冷劑為冷箱系統提供冷量后通過冷劑返回通道返回冷劑壓縮系統入口 ；冷箱系統包含一組板翅式換熱器組、與所述板翅式換熱器組的換熱通道連接的兩臺節流裝置、與所述板翅式換熱器組的一個換熱通道連接的一臺天然氣分水罐和與所述板翅式換熱器組的另一換熱通道連接的一臺天然氣重烴分離器。本發明所采用工藝流程首先將待干燥天然氣送入冷箱中預冷，可脫去其中70wt%以上(優選80wt%以上，更優選85wt%以上，特別優選90wt%以上)的水分，從而顯著降低天然氣干燥系統的負荷，減小干燥設備尺寸并減少吸附劑消耗量。在第一個方面，本發明提供一種天然氣干燥及液化工藝方法，其包括如下工藝流程:脫酸后(即脫酸性氣體后)的原料天然氣首先進入冷箱中的板翅式換熱器組進行預冷，被冷卻至5°C 20°C后出換熱器組，進入天然氣分水罐從罐底部脫去水分，天然氣分水罐頂部氣相繼續進入吸附干燥系統脫水，脫水后的天然氣返回換熱器組(例如后一級換熱器)中冷卻至_30°C -60°C后，出板翅式換熱器組而進入重烴分離器進行氣液分離，重烴分離器底部獲得重烴(C6和C6以上重烴組分)，由重烴分離器頂部分離出的氣相流股繼續進入換熱器組，并在其中被冷卻至_130°C _166°C后出冷箱，得到液化天然氣(LNG)。在一個優選實施方式中，板翅式換熱器組采用如下制冷劑循環工藝流程來為冷箱提供冷量從制冷劑壓縮系統來的液相制冷劑首先進入換熱器組的第一換熱通道，在其中被預冷至約_30°C -80°C，經節流閥節流至O. 2 O. 8MPaA后進入冷劑返回通道(即第三換熱通道)，與從換熱器組后續換熱器返回的制冷劑流股匯合，為換熱器組提供冷量后出冷箱；由制冷劑壓縮系統來的的氣相制冷通過換熱器組的第二換熱通道冷卻至-135°C _169°C，再經節流閥節流至O. 2 O. 8MPaA后進入換熱器組冷劑返回通道，為換熱器提供冷量后返回制冷劑壓縮系統。
這里，壓力單位MPaA為兆帕，絕對壓力。在本申請中“任選”表示有或沒有。在本申請中“吸附干燥”與“干燥吸附”可互換使用。“干燥塔”與“吸附塔”可互換使用。吸附干燥系統可以采用本領域常用的吸附干燥系統(例如變壓吸附干燥系統)，優選采用兩塔或三塔等壓吸附干燥流程，采用分子篩吸附脫水，可將水分脫除至常壓露點(-76。。。優選地，當吸附干燥系統采用兩塔等壓吸附干燥流程時來自天然氣分水罐頂部的預脫水后的天然氣，經吸附干燥系統的入口通道，首先分成兩路氣流；其中第一路氣體作為工藝氣直接去處于干燥過程的第一吸附塔或第二吸附塔，其中第一吸附塔和第二吸附塔交替進行吸附過程和再生過程，處于干燥過程的吸附塔中裝填的吸附劑將氣體中的水分吸附下來，未被吸附的氣體去吸附干燥系統的出口通道；第二路氣體作為再生氣進入再生過程，其中吸附塔的再生過程包括加熱再生和冷吹兩個步驟；在加熱再生步驟中，該第二路氣體經加熱器升溫至一定溫度例如200-3000C (優選210-280°C，更優選220-260°C，再進一步優選240°C左右)后，用于加熱需要再生的第二吸附塔或第一吸附塔，使吸附劑升溫，其中的水分得以解吸出來，解吸氣經冷卻和分液后再與第一路氣體混合，然后去處于干燥過程的吸附塔進行干燥；在冷吹過程中，來自工藝氣的再生氣體直接去處于再生過程的第二吸附塔或第一吸附塔，將吸附塔溫度降至常溫，再生氣體然后經冷卻和分液后與作為工藝氣的另一路氣體混合，最后去處于干燥過程的第一吸附塔或第二吸附塔進行干燥。優選地，當吸附干燥系統采用三塔等壓吸附干燥流程時來自天然氣分水罐頂部的預脫水后的天然氣，經吸附干燥系統的入口通道，首先分成兩路氣流；其中第一路氣體作為工藝氣直接去處于干燥過程的第一吸附塔或第二吸附塔，其中第一吸附塔和第二吸附塔交替進行吸附過程和再生過程，處于干燥過程的吸附塔中裝填的吸附劑將氣體中的水分吸附下來，未被吸附的氣體去吸附干燥系統的出口通道；第二路氣體作為再生氣進入再生過程，其中吸附塔的再生過程包括加熱再生和冷吹兩個步驟；在加熱再生步驟中，該第二路氣體首先經第三吸附塔進行干燥，然后經加熱器升溫至一定溫度例如200-300°C (優選210-280°C，更優選220-260°C，再進一步優選240°C左右)后，用于加熱需要再生的第二吸附塔或第一吸附塔塔，使吸附劑升溫，其中的水分得以解吸出來，解吸氣經冷卻和分液后再與第一路氣體混合，然后去處于干燥過程的吸附塔進行干燥；在冷吹過程中，來自工藝氣的再生氣體直接去處于再生過程的第二吸附塔或第一吸附塔，將吸附塔溫度降至常溫，然后再經加熱器加熱后去所述第三吸附塔，對第三吸附塔中的吸附劑進行加熱干燥，再生氣體然后經冷卻和分液后與作為工藝氣的另一路氣體混合，最后去處于干燥過程的第一吸附塔或第二吸附塔進行干燥。重烴分離器3的使用可以脫除重烴組分，例如C6和C6以上的重烴組分，例如C6和C6以上的重烴組分被脫除至彡217ppm(優選彡200ppm,更優選彡IOOppm,進一步優選
50ppm,最優選< IOppm)。
在一個更優選的實施方式中，其中吸附干燥系統采用兩塔或三塔等壓吸附干燥工藝，其中每一個干燥塔獨立地具有至少一個，至多32個，優選2-16個、更優選4-16、進一步優選6-14個、仍然進一步優選8-12個的吸附劑床層或復合床層。每一個干燥塔的各吸附劑復合床層獨立地裝填選自3A或4A分子篩、活性氧化鋁、活性炭以及耐水硅膠中的一種或兩種或多種吸附劑，其中3A分子篩、4A分子篩或活性氧化鋁作為脫水吸附劑，活性炭或耐水硅膠作為脫重烴吸附劑。如果干燥塔中僅僅填裝吸附水分的一個或兩個或多個(例如2-16個，優選3-12個、更優選3-8個、更優選4-6個)吸附劑床層(例如3A分子篩、4A分子篩或活性氧化鋁)，則由重烴分離器單獨實施重烴脫除；而如果干燥塔中同時填裝吸附水分的一個或兩個或多個(例如2-16個，優選3-12個、更優選3-8個、更優選4_6個)吸附劑床層(例如3A分子篩、4A分子篩或活性氧化鋁)和吸附重烴的一個或兩個或多個(例如2-16個，優選3-12個、更優選3-8個、更優選4-6個)吸附劑床層(活性炭或耐水硅膠)，則由吸附重烴的吸附劑床層與后續的重烴分離器相結合來實施重烴脫除。進一步優選地，每一個吸附塔(或干燥塔)具有用于脫水的至少一個分子篩吸附劑床層和任選的用于脫重烴的至少一個活性炭吸附劑床層；優選每一個吸附塔具有用于脫水的2-16個、優選3-12個、更優選3-8個、更優選4-6個分子篩吸附劑床層和任選的用于脫重烴的2-16個、優選3-12個、更優選3-8個、更優選4-6個活性炭吸附劑床層。進一步優選地，其中吸附干燥系統是按照以下方式操作的經脫酸處理后的富含甲烷混合氣體分成兩部分，一部分作為工藝氣流進入干燥工序，另一部分作為再生氣進入再生工序，進入干燥工序的富含甲烷的混合氣體經干燥處理，在干燥塔吸附劑復合床層中脫除氣體中的水分和任選地脫除C6和C6以上重烴，其中水分脫除至常壓露點< -76°C，C6和C6以上的重烴組分任選被脫除至彡217ppm ;進入再生工序的富甲烷的氣體作為干燥塔再生過程的再生氣體，完成再生過程后，該部分再生氣返回系統工藝氣流中。更進一步優選地，其中吸附干燥系統是按照以下方式操作的經脫酸處理后的富含甲烷的混合氣體首先經流量調節閥(Vl)分成兩路氣流；其中第一路氣體作為工藝氣直接去處于干燥過程的第一干燥塔(Tl)或第二干燥塔(T2)，其中第一干燥塔和第二干燥塔交替進行干燥過程和再生過程，處于干燥過程的干燥塔(Tl或T2)中裝填的干燥劑將氣體中的水分吸附下來以及任選裝填的重烴吸附劑將氣體中的重烴吸附下來，經干燥處理后的產品氣體常壓露點< _76°C，C6和C6以上的重烴組分任選地被脫除至彡217ppm ；第二路氣體作為再生氣進入再生過程，其中干燥塔的再生過程包括加熱再生和冷吹兩個步驟，在加熱再生步驟中，該第二路氣體首先經第三干燥塔(T3)進行干燥，然后經加熱器(El)升溫至例如200-300°C (優選210-280°C，更優選220-260°C，再進一步優選240°C左右)后，加熱需要再生的干燥塔(T2或Tl)，使吸附劑升溫，其中的水分和重烴得以解吸出來，解吸氣經冷卻(E2)和分液(T4)后再與作為原料氣的第一路氣體混合，然后去處于干燥過程的干燥塔進行干燥；在冷吹過程中，來自工藝氣的再生氣體直接去處于再生過程的第二干燥塔(T2)或第一干燥塔(Tl)，將干燥塔溫度降至常溫，然后再經加熱器加熱后去所述第三干燥塔(T3)，對第三干燥塔中的吸附劑進行加熱干燥，再生氣體然后經冷卻(E2)和分液(T4)后與作為工藝氣的另一路氣體混合，最后去處于干燥過程的第一干燥塔或第二干燥塔進行干燥。在另一個優選實施方式中，經吸附干燥系統脫水后的天然氣進入后續的以活性炭等為吸附劑的脫重烴純化系統脫除重烴后，再進入冷箱系統液化。根據本發明的第二個方面，提供一種天然氣干燥及液化工藝裝置，其特征在于，該 裝置包括一種天然氣干燥及液化裝置，該裝置包括吸附干燥系統、制冷劑壓縮系統和冷箱系統，其中制冷劑壓縮系統具有一個氣相冷劑出口通道、一個液相冷劑出口通道和入口通道；其中冷箱系統包括一組板翅式換熱器組，它包含至少六個換熱通道第一、第二、第三、第四、第五和第六換熱通道，所述第一換熱通道和第二換熱通道經由兩根管道分別與所述制冷劑壓縮系統的液相冷劑出口通道和氣相冷劑出口通道連接，第三換熱通道與所述制冷劑壓縮系統的入口通道連接；與所述板翅式換熱器組的第一換熱通道和第三換熱通道連接的第一臺節流裝置；與所述板翅式換熱器組的第二換熱通道和第三換熱通道連接的第二臺節流裝置；和與所述板翅式換熱器組的一個換熱通道即第四換熱通道連接的一臺天然氣分水罐，入口端與所述板翅式換熱器組的另一個換熱通道即第五換熱通道連接的一臺天然氣重烴分離器；用于輸送脫酸后天然氣(原料氣)的管道通過換熱器組的上述第四換熱通道連接到天然氣分水罐，天然氣分水罐頂部氣相端連接吸附干燥系統的一個入口通道，吸附干燥系統的一個出口通道連接冷箱中板翅式換熱器組的第五換熱通道的入口，第五換熱通道的出口連接到重烴分離器，重烴分離器的頂部氣相端通過換熱器組的一個換熱通道即第六換熱通道后出冷箱。任選地，重烴分離器的頂部氣相端依次通過換熱器組的第六換熱通道后進一步通過換熱器組的另外第七換熱通道后出冷箱。使用該裝置的工藝過程說明如下脫酸后的天然氣(原料氣)管道通過換熱器組第四換熱通道連接天然氣分水罐中部，天然氣分水罐的頂部氣相通道連接吸附干燥系統的入口，吸附干燥系統的出口管道連接換熱器組的第五換熱通道后連接重烴分離器，重烴分離器頂部氣相端通過換熱器組的第六換熱通道后依次通過換熱器組后續各級換熱器；
冷箱系統的冷量由制冷劑壓縮系統產生的制冷劑提供；由制冷劑壓縮系統來的液相制冷劑管道通過換熱器組的第一換熱通道連接第一節流裝置的一端，第一節流裝置的另一端與換熱器的第三換熱通道連接；由冷劑壓縮系統來的氣相制冷劑管道通過換熱器組的第二換熱通道連接第二節流裝置的一端，第二節流裝置的另一端連接第三換熱通道后連接制冷劑壓縮系統的入口。根據優選的實施方式，其中吸附干燥系統包括第一干燥塔(Tl)和第二干燥塔(T2)，第一干燥塔和第二干燥塔二者交替地處于干燥過程和再生 過程，第三干燥塔(T3)，加熱器(El)，氣液分離器(T4)，和冷卻器(E2)，每一個干燥塔具有一個或兩個或多個吸附劑復合床層，脫酸后的富含甲烷的氣體的輸送管被分成兩個支路即第一支路和第二支路，其中在第一支路上設置第一個閥門(Vl);在第一個閥門(Vl)之后再分三路分別經由第二個閥門(V2)、第一干燥塔(Tl)的導入管、第一干燥塔Tl和第三閥門(V3)通向液化系統，經由第四個閥門(V4)、第二干燥塔(T2)的導入管、第二干燥塔(T2)和第五閥門(V5)通向液化系統，以及經由任選的閥門、氣液分離器(T4)的導出管、氣液分離器(T4)、氣液分離器(T4)的導入管連接到冷卻器(E2)的導出端口 ；上述第二支路分別經由第十閥門(VlO)和第十一閥門(Vll)和經由第十二個閥門(V12)和第十三個閥門(V13)連接到冷卻器(E2)的導入管；在第一個干燥塔(Tl)與第三個閥門(V3)之間引出支管和在第二個干燥塔(T2)與第五個閥門(V5)之間引出支管，這兩個支管分別經由第八個閥門(V8)和第九個閥門(V9)之后匯合連接到加熱器(El)的一端，加熱器的另一端連接到第三個干燥塔(T3)的一端，干燥塔(T3)的另一端經由管道連接在第十二個閥門(V12)和第十三個閥門(V13)之間的管道上；在第一個干燥塔(Tl)與第二個閥門(V2)之間引出支管和在第二個干燥塔(T2)與第四個閥門(V4)之間引出支管，這兩個支管分別經由第六個閥門(V6)和第七個閥門(V7)之后匯合連接到在第十閥門(VlO)和第十一閥門(Vll)之間的管道上。一般，借助于各閥門來控制各個過程的進行。更優選地，每一個干燥塔獨立地具有至少一個，至多32個，優選2-16個、更優選4-16、進一步優選6-14個、仍然進一步優選8-12個的吸附劑床層或復合床層。每一個干燥塔的各吸附劑復合床層獨立地裝填選自3A或4A分子篩、活性氧化鋁、活性炭以及耐水硅膠中的一種或兩種或多種吸附劑，其中3A分子篩、4A分子篩或活性氧化鋁作為脫水吸附劑，活性炭或耐水硅膠作為脫重烴吸附劑。進一步優選地，每一個吸附塔具有用于脫水的至少一個分子篩吸附劑床層和任選的用于脫重烴的至少一個活性炭吸附劑床層；優選每一個吸附塔具有用于脫水的2-16個、優選3-12個、更優選3-8個、更優選4_6個分子篩吸附劑床層和任選的用于脫重烴的2-16個、優選3-12個、更優選3-8個、更優選4_6個活性炭吸附劑床層。本發明的優點I、本發明所采用工藝流程首先將原料氣送入冷箱中預冷至5°C 20°C，這一方法可脫去原料氣中70wt%以上的水分，優選80wt%以上，更優選85wt%以上，特別優選90wt%以上的水分，從而可以顯著降低天然氣干燥系統的負荷，減小干燥設備尺寸并減少吸附劑消耗量。
在經過重烴分離器的處理之后，重烴組分，例如C6和C6以上的重烴組分，基本上被脫除。C6和C6以上的重烴組分被脫除至彡217ppm(優選彡200ppm,更優選彡IOOppm,進一步優選< 50ppm,最優選< IOppm)。此外，如果采用兩塔或三塔吸附干燥系統，則還有以下優點2、如果利用復合床層同時脫除水分和重烴，降低了設備投資費用及后期系統能耗。本發明的從富含甲烷的混合氣體中生產液化天然氣的干燥脫水復合脫重烴工藝，使本發明比常規工藝路線簡單且達到很好的凈化效果，并降低了凈化過程能耗，而且各單元操作指標更加清晰明了、易控。3、采用等壓干燥脫水脫重烴，干燥塔的吸附、加熱和冷卻過程幾乎在同樣的壓力下操作，提高了程控閥門的壽命。4、再生氣不需單獨的純凈氣而是采用工藝氣體，流程簡單，同時由于是一個獨立的系統，開停車方便。5、C6和C6以上的重烴組分被脫除至< 217ppm (優選< 200ppm,更優選< IOOppm,進一步優選< 50ppm,更進一步優選< 30ppm,再進一步優選< 20ppm,最優選< IOppm)。此外，6、如果采用三塔流程，冷吹時可將已加熱的干燥塔的熱量轉移至下一塔，系統能耗低。另外，重烴分離器和在干燥塔中脫重烴吸附劑例如活性炭或耐水硅膠的相結合使用使得C6和C6以上的重烴組分被脫除更徹底，一般被脫除至彡217ppm，優選至彡200ppm,更優選< IOOppm,進一步優選< 50ppm,最優選< lOppm。本發明的工藝或裝置通過采用兩塔或三塔吸附干燥流程，可將天然氣中的水分脫除至常壓露點< _76°C，優選< -78°C，更優選< -80°C。
圖I是現有技術的工藝流程簡圖；圖2是本發明所述工藝裝置配置圖。圖3是本發明的作為吸附干燥系統的復合脫水脫重烴工藝裝置的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖進一步說明如圖2所示，脫酸后的原料天然氣首先進入冷箱內的板翅式換熱器組I中進行預冷，被冷卻至5°C 20°C后出冷箱，進入天然氣分水罐2從罐底部脫去水分，天然氣分水罐2頂部氣相繼續進入吸附干燥系統脫水，脫水后的天然氣返回換熱器組I的后續換熱器中冷卻至_30°C _60°C后，進入重烴分離器3進行氣液分離，重烴分離器3底部獲得重烴，由重烴分離器3頂部分離出的氣相流股繼續進入換熱器組I的其余各級換熱器，并在其中被冷卻至-130°C -166°C后出冷箱，得到液化天然氣(LNG)。
制冷劑循環工藝流程制冷劑壓縮系統采用Cl C5和N2 (例如N2 5mol % _25mol %, Cl IOmol % -25mol%, C2 30mol% -55mol%, C3 IOmol % -25mol%, C5 IOmol % -25mol%,基于全部冷劑氣體的總摩爾數)組成的混合工質作為制冷劑，從制冷劑壓縮系統來的液相制冷劑首先進入換熱器組I的第一換熱通道，在其中被預冷至約_30°C _80°C，經節流閥41節流至O. 2 O. SMPaA后進入換熱器組I的冷劑返回通道(即第三換熱通道)，與從換熱器組I后續換熱器(即第二換熱通道)返回的制冷劑流股匯合，為換熱器組I提供冷量后出冷箱；由制冷劑壓縮系統來的的氣相制冷通過換熱器組I的第二換熱通道冷卻至-135°C _169°C，再經節流閥42節流至O. 2 O. 8MPaA后進入換熱器組I的冷劑返回通道(即第三換熱通道)，為換熱器組I提供冷量后返回制冷劑壓縮系統。這里，壓力單位MPaA為兆帕，絕對壓力。吸附干燥系統可采用常規的吸附干燥系統，優選采用兩塔或三塔等壓吸附干燥流 程，采用分子篩吸附脫水，可將水分脫除至常壓露點< _76°C。優選地，當吸附干燥系統采用兩塔等壓吸附干燥流程時來自天然氣分水罐頂部的預脫水后的天然氣，經吸附干燥系統的入口通道，首先分成兩路氣流；其中第一路氣體作為工藝氣直接去處于干燥過程的第一吸附塔或第二吸附塔，其中第一吸附塔和第二吸附塔交替進行吸附過程和再生過程，處于干燥過程的吸附塔中裝填的吸附劑將氣體中的水分吸附下來，未被吸附的氣體去吸附干燥系統的出口通道；第二路氣體作為再生氣進入再生過程，其中吸附塔的再生過程包括加熱再生和冷吹兩個步驟；在加熱再生步驟中，該第二路氣體經加熱器升溫至一定溫度后，用于加熱需要再生的第二吸附塔或第一吸附塔，使吸附劑升溫，其中的水分得以解吸出來，解吸氣經冷卻和分液后再與第一路氣體混合，然后去處于干燥過程的吸附塔進行干燥；在冷吹過程中，來自工藝氣的再生氣體直接去處于再生過程的第二吸附塔或第一吸附塔，將吸附塔溫度降至常溫，再生氣體然后經冷卻和分液后與作為工藝氣的另一路氣體混合，最后去處于干燥過程的第一吸附塔或第二吸附塔進行干燥。優選地，當吸附干燥系統采用三塔等壓吸附干燥流程時來自天然氣分水罐頂部的預脫水后的天然氣，經吸附干燥系統的入口通道，首先分成兩路氣流；其中第一路氣體作為工藝氣直接去處于干燥過程的第一吸附塔或第二吸附塔，其中第一吸附塔和第二吸附塔交替進行吸附過程和再生過程，處于干燥過程的吸附塔中裝填的吸附劑將氣體中的水分吸附下來，未被吸附的氣體去吸附干燥系統的出口通道；第二路氣體作為再生氣進入再生過程，其中吸附塔的再生過程包括加熱再生和冷吹兩個步驟；在加熱再生步驟中，該第二路氣體首先經第三吸附塔進行干燥，然后經加熱器升溫至一定溫度后，用于加熱需要再生的第二吸附塔或第一吸附塔塔，使吸附劑升溫，其中的水分得以解吸出來，解吸氣經冷卻和分液后再與第一路氣體混合，然后去處于干燥過程的吸附塔進行干燥；在冷吹過程中，來自工藝氣的再生氣體直接去處于再生過程的第二吸附塔或第一吸附塔，將吸附塔溫度降至常溫，然后再經加熱器加熱后去所述第三吸附塔，對第三吸附塔中的吸附劑進行加熱干燥，再生氣體然后經冷卻和分液后與作為工藝氣的另一路氣體混合，最后去處于干燥過程的第一吸附塔或第二吸附塔進行干燥。如圖3所示，本發明的吸附干燥系統(干燥脫水復合脫重烴的裝置)包括
第一干燥塔(Tl)和第二干燥塔(T2)，第一干燥塔和第二干燥塔二者交替地處于干燥過程和再生過程，第三干燥塔(T3)(即，輔助干燥塔)，加熱器(El)，氣液分離器(T4)，和冷卻器(E2)，
每一個干燥塔具有一個或兩個或多個吸附劑復合床層，例如3-20個床層，4-18個床層，5-16個床層，6-14個床層或8-12個床層，脫酸后的富含甲烷的氣體(原料氣或工藝氣)的輸送管被分成兩個支路即第一支路和第二支路，其中在第一支路上設置第一個閥門Vl ;在第一個閥門Vl之后再分三路分別經由第二個閥門V2、第一干燥塔Tl的導入管(指該塔處于干燥過程時的導入管)、第一干燥塔Tl和第三閥門V3通向液化系統，經由第四個閥門V4、第二干燥塔T2的導入管、第二干燥塔T2和第五閥門V5通向液化系統，以及經由任選的閥門(未畫出)、氣液分離器T4的導出管、氣液分離器T4、氣液分離器T4的導入管連接到冷卻器E2的導出端口 ；上述第二支路分別經由第十閥門VlO和第i^一閥門Vll和經由第十二個閥門V12和第十三個閥門V13連接到冷卻器E2的導入管；在第一個干燥塔Tl與第三個閥門V3之間引出支管和在第二個干燥塔T2與第五個閥門V5之間引出支管，這兩個支管分別經由第八個閥門V8和第九個閥門V9之后匯合連接到加熱器El的一端(上端口或下端口)，加熱器的另一端連接到第三個干燥塔T3的一端(上端口或下端口)，干燥塔T3的另一端經由管道連接在第十二個閥門V12和第十三個閥門V13之間的管道上；在第一個干燥塔Tl與第二個閥門V2之間引出支管和在第二個干燥塔(T2)與第四個閥門(V4)之間引出支管，這兩個支管分別經由第六個閥門V6和第七個閥門V7之后匯合連接到在第十閥門VlO和第i^一閥門Vll之間的管道上。下面參照附圖3說明干燥脫水復合脫重烴工藝流程干燥脫水復合脫重烴的裝置由三臺干燥塔Tl、T2和T3、一臺加熱器E1、一臺冷卻器E2、一臺氣液分離器T4組成；三臺干燥塔中兩臺為主干燥塔T1、T2，一臺輔助干燥塔T3 ；主干燥塔干燥及再生交替進行；再生分加熱和冷卻兩個步驟；經干燥復合脫重烴后的產品氣體常壓露點< -76V (優選< -78°C，更優選< -80°C )，C6和C6以上的重烴組分脫除至
217ppm(優選< 200ppm,更優選< IOOppm,進一步優選< 50ppm,最優選< IOppm)。等壓干燥脫水復合脫重烴工藝，再生氣采用工藝氣體，經再生過程后返回工藝氣，相比傳統工藝，降低了工藝氣體損耗，提高了氣體的液化率；干燥脫水復合脫重烴單元采用吸附劑復合床層，同時脫除水分和重烴，降低了設備投資費用及后期系統能耗；其干燥塔的吸附、加熱和冷卻過程幾乎在同樣的壓力下操作，提高了設備壽命。。現以干燥塔Tl吸附為例，說明其操作過程脫除酸性氣體后的富甲烷混合氣首先分成兩路，兩路氣流的流量通過流量調節閥Vl調節一路作為再生氣，一路作為主流氣體。其中主流氣體經閥V2直接去干燥塔Tl，干燥塔Tl中裝填的干燥劑及重烴脫除劑將氣體中的水分和重烴吸附下來，氣體經閥V3完成凈化去后序液化工序。另一臺干燥塔T2處于再生過程，干燥塔T2的再生過程包括加熱和冷吹兩個步驟
在加熱再生步驟中，再生氣依次經閥V12、干燥塔T3、加熱器E1、閥V9、干燥塔T2、閥V7、閥Vll、冷卻器E2、氣液分離器T4，再與即將進入到處于吸附過程的干燥塔Tl中的工藝氣體匯合，經閥V2進入正處于吸附過程的干燥塔Tl，完成對干燥塔T2的加熱過程。再生氣取自工藝氣體，加熱再生過程中不需要外來的任何載氣，經再生步驟后再生氣返回工藝氣體。在對干燥塔T2進行加熱的同時，再生氣體對預干燥塔T3進行了冷卻，將干燥塔T3內吸附劑及材料蓄熱帶走再進入加熱器E1，降低加熱再生所需的能量消耗。再生氣在進入干燥塔T2以前，已經過干燥塔T3預干燥，再生氣中的水分含量已很少(原料氣中的水分含量通常減少了 80-99% )，降低干燥塔T2的干燥負荷。在冷吹步驟中，再生氣依次經閥V10、閥V7、干燥塔T2、閥V9、加熱器E1、干燥塔T3、閥V13、冷卻器E2、氣液分離器T4，再與即將進入到處于吸附過程的干燥塔Tl中的工藝氣體匯合，經閥V2進入正處于吸附過程的干燥塔Tl中，完成對干燥塔T2的冷卻過程。 同樣，再生氣取自工藝氣體，加熱再生過程中不需要外來的任何載氣，經再生步驟后再生氣返回工藝氣體。在對干燥塔T2進行冷卻的同時，再生氣體對預干燥塔T3進行了加熱，將干燥塔T2內吸附劑及材料蓄熱帶走再進入加熱器E1，降低加熱再生所需的能量消耗。再生氣在進入干燥塔T3以前，已經過干燥塔T2預干燥，再生氣中的水分含量已很少，降低干燥塔T3的干燥負荷。干燥塔T2經過上述加熱和冷卻過程后，等待進入下一次吸附操作。干燥塔Tl的再生過程與干燥塔T2的再生過程完全一樣，只是需要動作的閥門編號不同。兩臺干燥塔交替吸附再生，實現連續操作處理氣體。每一個干燥塔的復合床層可裝填3A或4A分子篩、活性氧化鋁、活性炭以及硅膠等吸附劑中的一種或兩種或多種。接著，以干燥塔T2吸附為例，說明其操作過程脫除酸性氣體后的富甲烷的混合氣首先分成兩路，兩路氣流的流量通過流量調節閥Vl調節一路作為再生氣，一路作為主流氣體。其中主流氣體經閥V4直接去干燥塔T2，干燥塔T2中裝填的干燥劑及重烴脫除劑將氣體中的水分和重烴吸附下來，氣體經閥V5完成凈化去后序液化工序。另一臺干燥塔Tl處于再生過程，干燥塔Tl的再生過程包括加熱和冷吹兩個步驟在加熱再生步驟中，再生氣依次經閥V12、干燥塔T3、加熱器E1、閥V8、干燥塔Tl、閥V6、閥Vll、冷卻器E2、氣液分離器T4，再與即將進入到處于吸附過程的干燥塔T2中的工藝氣體匯合，經閥V4進入正處于吸附過程的干燥塔T2，完成對干燥塔Tl的加熱過程。再生氣取自工藝氣體，加熱再生過程中不需要外來的任何載氣，經再生步驟后再生氣返回工藝氣體。在對干燥塔Tl進行加熱的同時，再生氣體對預干燥塔T3進行了冷卻，將干燥塔T3內吸附劑及材料蓄熱帶走再進入加熱器E1，降低加熱再生所需的能量消耗。再生氣在進入干燥塔Tl以前，已經過預干燥塔T3預干燥，再生氣中的水分含量已很少，降低干燥塔Tl的干燥負荷。在冷吹步驟中，再生氣依次經閥V10、閥V6、干燥塔Tl、閥V8、加熱器E1、干燥塔T3、閥V13、冷卻器E2、氣液分離器T4，再與即將進入到處于吸附過程的干燥塔T2中的工藝氣體匯合，經閥V4進入正處于吸附過程的干燥塔T2，完成對干燥塔Tl的冷卻過程。
同樣，再生氣取自工藝氣體，加熱再生過程中不需要外來的任何載氣，經再生步驟后再生氣返回工藝氣體。在對干燥塔Tl進行冷卻的同時，再生氣體對預干燥塔T3進行了加熱，將干燥塔Tl內吸附劑及材料蓄熱帶走再進入加熱器E1，降低加熱再生所需的能量消耗。再生氣在進入干燥塔T3以前，已經過干燥塔Tl預干燥，再生氣中的水分含量已很少，降低干燥塔T3的干燥負荷。干燥塔Tl經過上述加熱和冷卻過程后，等待進入下一次吸附操作。優選地，吸附干燥系統采用兩塔或三塔等壓吸附干燥工藝復合脫水脫重烴，每一個吸附塔(或干燥塔)具有用于脫水的至少一個分子篩吸附劑床層和用于脫重烴的至少一個活性炭吸附劑床層，兩種床層之和一般是兩個(即每一種有一個)、三個、四個(例如兩個分子篩床層和兩個活性炭床層)、五個(例如兩個分子篩床層和三個活性炭床層)、六個、七個、八個、九個、十個、十一個、十二個、十三個、十四個、十五個或十六個，或甚至三十二個。任選地，經吸附干燥系統脫水后的天然氣可以進入后續的以活性炭等為吸附劑的脫重烴純化系統脫除重烴后，再進入冷箱系統液化。 采用除本專利所述混合制冷劑循環工藝流程以外的、為冷箱提供冷量的工藝流程，也屬于本專利的保護范圍。S卩，凡涉及到冷箱預冷原料氣預脫水，再經吸附干燥系統精脫水的工藝流程均屬本專利保護范圍。
權利要求
1.一種天然氣干燥及液化方法，其特征在于脫酸后的原料天然氣首先進入冷箱中的板翅式換熱器組進行預冷，被冷卻至5°c 20°C后出換熱器組，進入天然氣分水罐從罐底部脫去水分，天然氣分水罐頂部氣相繼續進入吸附干燥系統脫水，脫水后的天然氣返回換熱器組中冷卻至_30°C -60°C后，出板翅式換熱器組而進入重烴分離器進行氣液分離，重烴分離器底部獲得重烴，由重烴分離器頂部分離出的氣相流股繼續進入換熱器組，并在其中被冷卻至_130°C _166°C后從冷箱內的換熱器組中流出，得到液化天然氣。
2.根據權利要求I所述的天然氣干燥及液化方法，其中在板翅式換熱器中采用如下制冷劑循環工藝流程 從制冷劑壓縮系統來的液相制冷劑首先進入冷箱中的換熱器組的第一換熱通道，在其中被預冷至約_30°C _80°C，經節流閥節流至O. 2 O. 8MPaA后進入冷劑返回通道即第三換熱通道，與從換熱器組的后續第二換熱通道返回的制冷劑流股匯合，為換熱器組提供冷量后出冷箱；由制冷劑壓縮系統來的的氣相制冷通過換熱器組的第二換熱通道即第三換熱通道被冷卻至_135°C _169°C，再經節流閥節流至O. 2 O. 8MPaA后進入換熱器組的冷劑返回通道為換熱器提供冷量，之后返回制冷劑壓縮系統。
3.根據權利要求I或2所述的一種天然氣干燥及液化方法，其吸附干燥系統采用兩塔或三塔等壓吸附干燥工藝，采用分子篩吸附脫水，將水分脫除至常壓露點<-76°C。
4.根據權利要求I或2所述的一種天然氣干燥及液化方法，其中，經吸附干燥系統脫水后的天然氣進入后續的以活性炭為吸附劑的脫重烴純化系統脫除重烴后，再進入冷箱系統液化。
5.根據權利要求1-4中任何一項所述的一種天然氣干燥及液化方法，其吸附干燥系統采用兩塔或三塔等壓吸附干燥工藝，其中每一個吸附塔具有用于脫水的至少一個分子篩吸附劑床層和任選的用于脫重烴的至少一個活性炭吸附劑床層；優選每一個吸附塔具有用于脫水的2-16個、優選3-8個分子篩吸附劑床層和任選的用于脫重烴的2-16個、優選3_8個活性炭吸附劑床層。
6.根據權利要求5所述的方法，其中吸附干燥系統是按照以下方式操作的經脫酸處理后的富含甲烷混合氣體分成兩部分，一部分作為工藝氣流進入干燥工序，另一部分作為再生氣進入再生工序，進入干燥工序的富含甲烷的混合氣體經干燥處理，在干燥塔吸附劑復合床層中脫除氣體中的水分和任選地脫除C6和C6以上重烴，其中水分脫除至常壓露點(-76°C，C6和C6以上的重烴組分任選被脫除至彡217ppm ;進入再生工序的富甲烷的氣體作為干燥塔再生過程的再生氣體，完成再生過程后，該部分再生氣返回系統工藝氣流中。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于吸附干燥系統是按照以下方式操作的 經脫酸處理后的富含甲烷的混合氣體首先經流量調節閥(Vl)分成兩路氣流；其中第一路氣體作為工藝氣直接去處于干燥過程的第一干燥塔(Tl)或第二干燥塔(T2)，其中第一干燥塔和第二干燥塔交替進行干燥過程和再生過程，處于干燥過程的干燥塔(Tl或T2)中裝填的干燥劑將氣體中的水分吸附下來及任選裝填的重烴吸附劑將氣體中的重烴吸附下來，經干燥處理后的產品氣體常壓露點< _76°C，C6和C6以上的重烴組分任選地被脫除至< 217ppm ； 第二路氣體作為再生氣進入再生過程，其中干燥塔的再生過程包括加熱再生和冷吹兩個步驟，在加熱再生步驟中，該第二路氣體首先經第三干燥塔(T3)進行干燥，然后經加熱器(El)升溫至例如200-300°C后，加熱需要再生的干燥塔(T2或Tl)，使吸附劑升溫，其中的水分和重烴得以解吸出來，解吸氣經冷卻(E2)和分液(T4)后再與作為原料氣的第一路氣體混合，然后去處于干燥過程的干燥塔進行干燥；在冷吹過程中，來自工藝氣的再生氣體直接去處于再生過程的第二干燥塔(T2)或第一干燥塔(Tl)，將干燥塔溫度降至常溫，然后再經加熱器加熱后去所述第三干燥塔(T3)，對第三干燥塔中的吸附劑進行加熱干燥，再生氣體然后經冷卻(E2)和分液(T4)后與作為工藝氣的另一路氣體混合，最后去處于干燥過程的第一干燥塔或第二干燥塔進行干燥。
8.一種天然氣干燥及液化工藝裝置，其特征在于，該裝置包括吸附干燥系統、制冷劑壓縮系統和冷箱系統， 其中制冷劑壓縮系統具有一個氣相冷劑出口通道、一個液相冷劑出口通道和入口通道； 其中冷箱系統包括 一組板翅式換熱器組，它包含至少六個換熱通道第一、第二、第三、第四、第五和第六換熱通道，所述第一換熱通道和第二換熱通道經由兩根管道分別與所述制冷劑壓縮系統的液相冷劑出口通道和氣相冷劑出口通道連接，第三換熱通道與所述制冷劑壓縮系統的入口通道連接； 與所述板翅式換熱器組的第一換熱通道和第三換熱通道連接的第一臺節流裝置； 與所述板翅式換熱器組的第二換熱通道和第三換熱通道連接的第二臺節流裝置； 和 與所述板翅式換熱器組的一個換熱通道即第四換熱通道連接的一臺天然氣分水罐，入口端與所述板翅式換熱器組的另一個換熱通道即第五換熱通道連接的一臺天然氣重烴分離器； 用于輸送脫酸后天然氣的管道通過換熱器組的上述第四換熱通道連接到天然氣分水罐，天然氣分水罐頂部氣相端連接吸附干燥系統的一個入口通道，吸附干燥系統的一個出口通道連接冷箱中板翅式換熱器組的第五換熱通道的入口，第五換熱通道的出口連接到重烴分離器，重烴分離器的頂部氣相端通過換熱器組的一個換熱通道即第六換熱通道后出冷箱。
9.根據權利要求8所述的天然氣干燥及液化工藝裝置，其特征在于，重烴分離器的頂部氣相端依次通過換熱器組的第六換熱通道后進一步通過換熱器組的另外第七換熱通道后出冷箱。
10.根據權利要求8所述的天然氣干燥及液化工藝裝置，其中吸附干燥系統包括 第一干燥塔(Tl)和第二干燥塔(T2)，第一干燥塔和第二干燥塔二者交替地處于干燥過程和再生過程， 第三干燥塔(T3)， 加熱器(El)， 氣液分離器(T4)，和 冷卻器(E2)， 每一個干燥塔具有一個或兩個或多個吸附劑復合床層， 脫酸后的富含甲烷的氣體的輸送管被分成兩個支路即第一支路和第二支路，其中在第一支路上設置第一個閥門(Vl);在第一個閥門(Vl)之后再分三路分別經由第二個閥門(V2)、第一干燥塔(Tl)的導入管、第一干燥塔Tl和第三閥門(V3)通向液化系統，經由第四個閥門(V4)、第二干燥塔(T2)的導入管、第二干燥塔(T2)和第五閥門(V5)通向液化系統，以及經由任選的閥門、氣液分離器(T4)的導出管、氣液分離器(T4)、氣液分離器(T4)的導入管連接到冷卻器(E2)的導出端口 ；上述第二支路分別經由第十閥門(VlO)和第十一閥門(Vll)和經由第十二個閥門(V12)和第十三個閥門(V13)連接到冷卻器(E2)的導入管；在第一個干燥塔(Tl)與第三個閥門(V3)之間引出支管和在第二個干燥塔(T2)與第五個閥門(V5)之間引出支管，這兩個支管分別經由第八個閥門(V8)和第九個閥門(V9)之后匯合連接到加熱器(El)的一端，加熱器的另一端連接到第三個干燥塔(T3)的一端，干燥塔(T3)的另一端經由管道連接在第十二個閥門(V12)和第十三個閥門(V13)之間的管道上；在第一個干燥塔(Tl)與第二個閥門(V2)之間引出支管和在第二個干燥塔(T2)與第四個閥門(V4)之間引出支管，這兩個支管分別經由第六個閥門(V6)和第七個閥門(V7)之后匯合連接到在第十閥門(VlO)和第十一閥門(Vll)之間的管道上。
11.根據權利要求10所述的系統，其特征在于每一個干燥塔的各吸附劑復合床層獨立地裝填選自3A或4A分子篩、活性氧化鋁、活性炭以及耐水硅膠中的一種或兩種或多種吸附劑，其中3A分子篩、4A分子篩或活性氧化鋁作為脫水吸附劑，活性炭或耐水硅膠作為脫重烴吸附劑。
全文摘要
本發明涉及一種天然氣干燥及液化工藝方法及裝置，該方法所采用裝置包括吸附干燥系統、制冷劑壓縮系統和冷箱系統，冷箱系統包括一組板翅式換熱器組、一臺天然氣分水罐、一臺重烴分離器和兩臺節流裝置。本發明在現有工藝流程基礎上加以改進，首先將原料氣送入冷箱中預冷，再進入天然氣分水罐分離出冷凝水分，以脫去其中70wt％以上的水分，再送去吸附干燥系統深度脫水，可以顯著降低天然氣干燥系統的負荷，減小干燥設備尺寸并減少吸附劑消耗量。
文檔編號F25J1/02GK102643694SQ20121012812
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月27日 優先權日2012年4月27日
發明者付吉國, 何振勇, 鄭海燕 申請人:新地能源工程技術有限公司