天然气吸附塔控制方法、装置及系统的制作方法

文档序号:9406115阅读:895来源:国知局
天然气吸附塔控制方法、装置及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及天然气净化技术领域,具体而言,涉及一种天然气吸附塔控制方法、装 置及系统。
【背景技术】
[0002] 天然气是一种清洁的能源和化工原料,我国天然气长输管道采用高压输气的方式 将天然气输送到各天然气门站,各天然气门站再对高压天然气进行减压处理后输送入下游 管网,或者进行液化处理成液化天然气,供用户使用。
[0003] -般而言,来自天然气门站的原料气中含有水、汞、酸性气体等杂质,各杂质会对 天然气进行降压处理的系统产生严重影响。例如,天然气中的水分与天然气在一定条件下 形成水合物而阻塞管路,影响冷却液化过程;天然气中的酸性气体游离水中会形成酸,从而 侵蚀管路和设备;汞对铝制设备腐蚀和管道的腐蚀很严重;另外由于水分的存在也会造成 不必要的动力消耗;由于天然气液化温度较低,水和酸性气体的存在还会导致设备的冻堵, 故必须脱除。
[0004] 为了解决这一问题,目前常用的方式是在天然气进行减压之前,先通过净化系统 对各天然气门站的原料气作净化处理。目前,净化系统内一般设置有多个净化单元,每个净 化单元内设置有多个吸附塔,每个吸附塔内装填有吸附剂,选择性地脱除原料天然气中的 酸性气体、汞、水等杂质,多个塔可以同时进行吸附和再生(解吸)循环操作。常用的吸附方 法是 TSA(变温吸附,Temperature Swing Adsorption)和 PSA(变压吸附,Pressure Swing Adsorption)。其中,TSA吸附方式是从塔底进入的天然气在塔内吸附剂的作用下将气体中 的酸性气体、水等杂质吸附下来,吸附完成后,用高温解吸气进行再生,即在常温或低温下 用吸附剂吸附水和酸性气体等杂质,之后在高温下对吸附剂进行解吸再生,构成吸附剂的 再生循环,达到连续分离和净化气体的目的。PSA吸附方式是从塔底进入的天然气在塔内吸 附剂的作用下将气体中的酸性气体、水等杂质吸附下来,吸附完成后,用低压再生气进行再 生,即在较高压力下用吸附剂吸附天然气中的水和酸性气体等杂质,之后在低压下解吸再 生,构成吸附剂的吸附与再生循环,达到连续分离和净化气体的目的。
[0005] -般而言,TSA包括吸附、再生和冷吹三个工段,吸附塔上设置有多个阀门,通过各 个阀门的切换来实现吸附、再生和冷吹工序的进气。PSA包括吸附和再生两个工段,吸附塔 上设置有多个阀门,通过各个阀门的切换来实现吸附和再生工序的进气。目前常采用将变 压吸附和变温吸附相结合的方法来去除天然气中的酸性气体、水、汞等杂质,其流程是:高 压原料天然气先进入PSA的吸附塔,在多种吸附剂的依次选择吸附下,其中的H 20、C02、H2S、 C5+等杂质被吸附下来,未被吸附的天然气从塔顶流出送去TSA。当被吸附杂质的传质区前 沿(称为吸附前沿)到达床层出口预留段时,关掉该吸附塔的原料气进料阀和产品气出口 阀,停止吸附,吸附床开始转入再生过程。经过PSA处理的天然气自塔底进入TSA的吸附塔 内,再经过多种吸附剂的依次选择吸附,其中的H 20、C02、H2S等杂质几乎全被吸附下来,未被 吸附的天然气作为产品气从塔顶流出经压力调节系统稳压后送出界区。来自冷箱的制冷气 分为三路,其中两路作为再生气,一路进入PSA吸附塔内,经变压对PSA内的吸附剂进行解 吸;另一路经加热器加热后冲洗TSA吸附塔,对TSA内的吸附剂进行解吸,直至整个床层加 热到约280°C,床层中的H2OXO 2等杂质脱附干净为止,之后进入冷吹工段;来自冷箱的另一 路制冷器作为TSA冷吹工段的冷吹气,对TSA内的吸附剂进行冷吹降温;解吸和冷吹后的气 体输入天然气管网。变压吸附和变温吸附包括多个吸附塔,构成吸附剂的吸附与再生循环, 达到连续分离和净化气体的目的。
[0006] 一般而言,TSA吸附方式和PSA吸附方式净化工艺用吸附时间和再生时间来控制 各阀门的切换,从而改变吸附塔的工艺状态,为了提高吸附剂使用效率并降低能耗,必须 延长吸附时间T 1,缩短解吸时间T2,但简单的时间调整可能导致吸附效果下降或解吸不彻 底。目前,通常是根据吸附和再生过程的机理分析和工程实践来确定吸附和解吸的时间,但 不能根据不同的原料气的具体情况进行时间的灵活调节,这不仅会降低吸附剂的寿命和效 率,也可能会导致能耗的增加。

【发明内容】

[0007] 鉴于此,本发明提出了一种天然气吸附塔控制方法,旨在解决现有控制方法不能 对各工序时间进行灵活调节的问题。本发明还提出了天然气吸附塔控制装置及控制系统。
[0008] -个方面,本发明提出了一种天然气吸附塔控制方法,用于控制第一吸附塔和第 二吸附塔,该方法包括如下步骤:阀门控制步骤,发出控制第一吸附塔和第二吸附塔的吸附 工段阀门打开的控制信号;获取步骤,获取第一吸附塔的吸附工段出口管道中天然气的杂 质含量、第二吸附塔的吸附工段进口管道中天然气的流量和吸附工段出口管道中天然气的 杂质含量;计算步骤,根据第一吸附塔出口管道中天然气的杂质含量和第二吸附塔的吸附 工段进口管道中天然气的流量确定第一预设吸附时间;吸附步骤,在第一吸附塔的吸附工 段出口管道中的杂质含量达到第一杂质预设值、第二吸附塔的实际吸附时间达到第一预设 吸附时间、或者第二吸附塔中吸附工段出口管道中天然气的杂质含量达到第二杂质预设值 时,发出控制第一吸附塔和第二吸附塔的吸附工段阀门关闭、再生工段阀门打开的控制信 号。
[0009] 进一步地,上述天然气吸附塔控制方法还包括:第一再生步骤,实时获取第一吸 附塔的再生工段出口管道中天然气的杂质含量,并在杂质含量达到第三杂质预设值时发出 控制再生工段阀门关闭的控制信号;第二再生步骤,实时获取第二吸附塔的再生工段出口 管道中天然气的杂质含量,并在杂质含量达到第四杂质预设值时发出控制再生工段阀门关 闭、冷吹工段阀门打开的控制信号。
[0010] 进一步地,上述天然气吸附塔控制方法还包括:冷吹步骤,实时获取第二吸附塔的 冷吹工段出口管道中天然气的温度,并在温度达到预设温度时发出控制冷吹工段阀门关闭 的控制信号。
[0011] 进一步地,上述天然气吸附塔控制方法还包括:计算步骤中,根据第一吸附塔出口 管道的杂质含量和第二吸附塔吸附工段进口管道的流量确定第一预设吸附时间进一步包
-确定第二吸附塔吸附的各杂质所需的吸附时间,上式中,1\为 某杂质所需的吸附时间,Q1S第二吸附塔满负荷吸附剂吸附量,S1S第一吸附塔吸附工段 出口管道输出的天然气中的该杂质的含量;S/为第二吸附塔吸附工段出口管道输出天然 气的控制该杂质的指标含量A为第二吸附塔吸附工段进口管道中的流量;将上述确定的 最小的吸附时间作为第一预设吸附时间。
[0012] 另一方面,本发明还提出了一种天然气吸附塔控制装置,该装置包括:阀门控制模 块,用于发出控制第一吸附塔和第二吸附塔的吸附工段阀门打开的控制信号;获取模块,用 于获取第一吸附塔的吸附工段出口管道中天然气的杂质含量、第二吸附塔的吸附工段进口 管道中天然气的流量和吸附工段出口管道中天然气的杂质含量;计算模块,根据第一吸附 塔出口管道中天然气的杂质含量和第二吸附塔的吸附工段进口管道中天然气的流量确定 第一预设吸附时间;吸附控制模块,在第一吸附塔的吸附工段出口管道中的杂质含量达到 第一杂质预设值、第二吸附塔的实际吸附时间达到第一预设吸附时间、或者第二吸附塔中 吸附工段出口管道中天然气的杂质含量达到第二杂质预设值时,发出控制第一吸附塔和第 二吸附塔的吸附工段阀门关闭、再生工段阀门打开的控制信号。
[0013] 进一步地,上述天然气吸附塔控制装置中,还包括:第一再生模块,用于实时获取 第一吸附塔的再生工段出口管道中天然气的杂质含量,并在杂质含量达到第二杂质预设值 时发出控制再生工段阀门关闭的控制信号。第二再生模块,用于实时获取第二吸附塔的再 生工段出口管道中天然气的杂质含量,并在杂质含量达到第三杂质预设值时发出控制再生 工段阀门关闭的控制信号;第二再生控制模块还用于发出控制第一吸附塔冷吹工段阀门打 开的控制信号。
[0014] 进一步地,上述天然气吸附塔控制装置还包括:冷吹模块,用于实时获取第二吸附 塔的冷吹工段出口管道中天然气的温度,并在温度达到预设温度时发出控制冷吹工段阀门 关闭的控制信号。
[0015] 又一方面,本发明还提出了一种天然气吸附塔控制系统,该系统包括:第一杂质检 测单元,用于检测第一吸附塔吸附工段出口管道中天然气的杂质含量;第一流量计,用于检 测第二吸附塔吸附工段进口管道中天然气的流量;第二杂质检测单元,用于检测第二吸附 塔吸附工段出口管道中天然气的杂质含量;控制器,与第一杂质检测单元和第一流量计相 连接,用于接收第一吸附塔吸附工段出口管
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