天然气吸附塔控制方法、装置、系统及净化系统的制作方法

文档序号:9406116阅读:750来源:国知局
天然气吸附塔控制方法、装置、系统及净化系统的制作方法
【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、系统及净化系统。
【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,具体为:打开与吸附工序对应的阀门, 高压天然气进入吸附塔内,并在塔内吸附剂的作用下将气体中的酸性气体等杂质吸附下 来,吸附完成后,关闭与吸附工序对应的阀门,打开与再生工序对应的阀门,输入高温气体, 用高温解吸气使吸附剂进行再生,再生完成后关闭与再生工序对应的阀门,并打开与冷吹 工序对应的阀门,向吸附塔内输送冷吹气,对吸附塔进行降温。
[0006] 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,具体为:打开与吸附工序对应的阀门,高压天然气进入吸附塔 内,并在塔内吸附剂的作用下将气体中的酸性气体等杂质吸附下来,吸附完成后,关闭与吸 附工序对应的阀门,再打开与再生工序对应的阀门,来自液化工段的低压天然气作为再生 气通过吸附剂,通过压力的变化将吸附剂中的杂质解吸出来,解吸后的再生气送往天然气 管网输入低压气体。
[0007] -般而言,TSA吸附方式和PSA吸附方式净化工艺用吸附时间T1和再生时间T 2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】

[0008] 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、控制系统及 净化系统。
[0009] -个方面,本发明提出了一种天然气吸附塔控制方法,该方法包括如下步骤:第一 步骤,发出控制所述吸附塔的吸附工段阀门打开的控制信号;获取所述吸附工段进口管道 中天然气的流量和杂质含量,并根据所述天然气的流量和杂质含量确定预设吸附时间,以 及在实际吸附时间达到所述预设吸附时间时,发出控制所述吸附工段阀门关闭、所述再生 工段阀门打开的控制信号;第二步骤,实时获取所述吸附塔的再生工段出口管道中天然气 的杂质含量,并在所述杂质含量达到杂质预设值时发出控制所述再生工段阀门关闭、所述 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中,所述第二步骤中还包括:发出所述冷吹 工段阀门打开的控制信号;该方法还包括:第三步骤,实时获取所述吸附塔的冷吹工段出 口管道中天然气的温度,并在所述温度达到预设温度时发出控制所述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,所述第一步骤中,根据所述进口管道的流 量和杂质含量确定预设吸附时间进一步为
-分别确定吸附塔吸附 的各杂质所需的吸附时间,该式中,T为杂质所需的吸附时间;Q为吸附塔满负荷吸附剂吸 附量;S。为吸附工段进口管道中天然气的该杂质的含量;S'为吸附工段出口天然气的控制 该杂质的指标含量;F为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 预设吸附时间。
[0012] 本发明可以根据吸附工段进口管道中天然气的流量和杂质含量来确定吸附时间, 当杂质含量高和/或流量大时,延长吸附时间,当杂质含量低和/或流量小时,缩短吸附时 间,可以看出,与现有技术相比,本实施例针对不同杂质含量和流量的原料天然气采用不同 的吸附时间,进而更好地对原料天然气中的杂质进行充分的吸附,提高吸附剂的效率和使 用寿命,节约能耗;此外,该实施方式还通过实时监测再生工段出口管道中的天然气的杂质 含量,来确定再生工序是否结束,可以使吸附剂进行更为充分的充分解吸。
[0013] 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:第一模块, 用于发出控制所述吸附塔的吸附工段阀门打开的控制信号,并获取所述吸附工段进口管道 中天然气的流量和杂质含量,并根据所述进口管道的天然气的流量和杂质含量确定预设吸 附时间,并在实际吸附时间达到所述预设吸附时间,发出控制所述吸附工段阀门关闭、所述 再生工段阀门打开的控制信号;第二模块,用于实时获取所述吸附塔的再生工段出口管道 中天然气的杂质含量,并在所述杂质含量达到杂质预设值时发出控制所述再生工段阀门关 闭的控制信号。
[0014] 进一步地,上述天然气吸附塔控制装置中,所述第二模块还用于发出控制所述冷 吹工段阀门打开的控制信号,该装置还包括:第三模块,用于实时获取所述吸附塔的冷吹工 段出口管道中天然气的温度,并在所述温度达到预设温度时发出控制所述冷吹工段阀门关 闭的控制信号。
[0015] 进一步地,上述天然气吸附塔控制装置中,第一模块包括:第一计算单元,用于根
-分别确定吸附塔吸附的各杂质所需的吸附时间,该式中,T为杂质所 需的吸附时间;Q为吸附塔满负荷吸附剂吸附量;S。为吸附工段进口管道中天然气的该杂 质的含量;S'为吸附工段出口天然气的控制该杂质的指标含量;F为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预设吸附时间。
[0016] 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,用于检测吸附塔吸附工段进口管道中天然气的杂质含量;流量计,用于检测吸附塔 吸附工段进口管道中天然气的流量;控制器,与所述第一杂质检测单元和所述流量计相连 接,用于接收所述吸附工段进口管道中天然气的杂质含量和流量,并根据所述进口管道的 杂质含量和流量确定预设吸附时间,并在实际吸附时间达到所述预设吸附时间时,发出控 制所述吸附工段阀门关闭、所述再生工段阀门打开的控制信号。
[0017] 进一步地,上述天然气吸附塔控制系统还包括:第二杂质检测单元,用于实时检测 所述吸附塔的再生工段出口管道中天然气的杂质含量;所述控制器与所述第二杂质检测单 元相接,用于接收所述杂质含量,并在所述杂质含量达到杂质预设值时发出控制所述再生 工段阀门关闭、所述冷吹工段阀门打开的控制信号。
[0018] 进一步地,上述天然气吸附塔控制系统还包括:温度检测单元,用于实时检测所述 吸附塔的冷吹工段出口管道中天然气的温度;所述控制器与所述温度检测单元相连接,用 于接收所述温度,并在所述温度达到预设温度时发出控制所述冷吹工段阀门关闭的控制信 号。
[0019] 本发明中的天然气吸附塔控制装置和控制系统具有与控制方法相同的技术效果。
[0020] 又一方面,本发明还提出了一种净化系统,该系统包括至少一个吸附单元和上述 任一种天然气吸附
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