天然气净化装置、净化系统、处理系统及吸附剂再生方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及天然气处理技术领域，具体而言，涉及天然气净化装置、净化系统、处理系统及吸附剂再生方法。
[0002]
【背景技术】
[0003]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。
[0004]—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。
[0005]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 Adsorpt1n)。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。
[0006]一般而言，TSA变温吸附包括吸附、热吹和冷吹三个工段，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、热吹和冷吹工序的进气，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，打开与热吹工序对应的阀门，输入高温气体，用高温解吸气将吸附剂吸附的水和酸性气体等杂质解吸出来，热吹完成后关闭与热吹工序对应的阀门，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。当吸附塔的温度降到预设温度值时，冷吹结束后再进入吸附工序，这样就构成吸附剂的吸附与再生的循环，达到连续分离和净化气体的目的。PSA变压吸附包括吸附和热吹两个工段，这两个工段的工作过程与TSA变温吸附中的吸附工段和热吹工段的工作过程相同，只是省略了 TSA变温吸附中的冷吹工段。
[0007]一般而言，TSA变温吸附的冷吹工序中，冷吹气通入吸附塔内进行换热，使得吸附塔的温度降低，相应的冷吹气的温度升高，由吸附塔输出。输出的温度升高的冷吹气直接输入至天然气管网中，并没有对其热量进行充分利用，造成能源的浪费。此外，热吹工序中需要向吸附塔通入高温气体，一般是通过加热装置将天然气处理系统中的低温气体进行加热至预设温度后输入吸附塔，由于该气体温度较低，因此需要耗费较多的能源对气体进行加热成为高温气体，这也势必会造成能源的浪费。
[0008]
【发明内容】
[0009]鉴于此，本发明提出了一种天然气净化装置、净化系统、处理系统及吸附剂再生方法，旨在解决冷吹工序输出的气体的热量不能充分利用进而造成能源浪费的问题。
[0010]—个方面，本发明提出了一种天然气净化装置，该净化装置包括:第一吸附塔、第二吸附塔、预加热装置和升温装置；其中，预加热装置的入口用于与冷气源相连接，接收冷气源提供的冷气；预加热装置的出口与第一吸附塔的冷吹工段入口相连接，第一吸附塔的冷吹工段出口通过升温装置与第二吸附塔的热吹工段入口相连接；第二吸附塔的热吹工段出口用于输出第二吸附塔内的气体。
[0011 ] 进一步地，上述天然气净化装置中，升温装置为加热器。
[0012]进一步地，上述天然气净化装置还包括:第一控制阀和第二控制阀；其中，冷气源依次通过第一控制阀、预加热装置与第一吸附塔的冷吹工段入口相连接；冷气源还通过第二控制阀与第一吸附塔的冷吹工段入口相连接，并且第一控制阀和预加热装置所在的管路与第二控制阀所在的管路形成并联管路。
[0013]进一步地，上述天然气净化装置中，预加热装置为第一换热器。
[0014]进一步地，上述天然气净化装置还包括:第三吸附塔和压缩机；其中，第三吸附塔的吸附工段入口用于向第三吸附塔内通入原料天然气；第三吸附塔的吸附工段出口通过压缩机与第一换热器的第一通道的入口相连接，第一换热器的第一通道的出口用于输出气体；以及，冷气源通过第一控制阀与第一换热器的第二通道的入口相连接，第一换热器的第二通道的出口与第一吸附塔的冷吹工段入口相连接。
[0015]进一步地，上述天然气净化装置还包括:第二换热器；其中，第二换热器的第一通道的入口与第一换热器的第一通道的出口相连接，第二换热器的第一通道的出口用于将气体输出；第二换热器的第二通道的入口用于接收闪蒸汽；第二换热器的第二通道的出口与升温装置的燃料入口相连接，用于为升温装置提供燃料；第二换热器的第二通道的出口还用于将闪蒸汽输出。
[0016]另一个方面，本发明提出了一种天然气净化系统，该天然气净化系统包括至少一个上述的天然气净化装置。
[0017]再一个方面，本发明提出了一种天然气处理系统，该天然气处理系统包括上述的天然气净化系统。
[0018]又一个方面，本发明提出了一种吸附塔内吸附剂再生方法，该吸附剂再生方法包括如下步骤:温度差确定步骤，确定处于冷吹工序的吸附塔输出的气体与输入的气体之间的温度差；第一执行步骤，当温度差大于预设值时，将用于对处于冷吹工序的吸附塔进行降温的冷气先与处于吸附工序的吸附塔输出的气体进行换热升温，再将换热升温后的气体输入处于冷吹工序的吸附塔内，作为冷吹气；再生步骤，将处于冷吹工序的吸附塔输出的气体加热至预设温度后，输入处于热吹工序的吸附塔内，作为再生气。
[0019]进一步地，上述吸附塔内吸附剂再生方法中，在温度差确定步骤与再生步骤之间还包括:第二执行步骤，当温度差小于等于预设值时，将冷气直接输入处于冷吹工序的吸附塔内，作为冷吹气。
[0020]本发明将第一吸附塔的冷吹工段出口输出的温度较高的气体经升温装置加热升温后通入第二吸附塔内作为再生气，解决了现有技术中吸附塔的冷吹工段出口输出的温度升高的冷吹气直接输入天然气管网而造成的能源浪费的问题，实现了对能源的有效利用，大大地提高了能源的利用率；并且，与现有技术中对天然气处理系统中的低温气体进行加热作为再生气相比，由于本发明中的第一吸附塔输出的气体的温度高于现有技术中的低压低温气体，所以本发明中的升温装置消耗的能量低，可以进一步节约能源；此外，冷气输入第一吸附塔之前先进行预热升温，一方面，冷气经过预热升温后具有一定的温度，经过第一吸附塔换热之后输入升温装置内，则降低了升温装置能量的消耗，另一方面，避免了温度比较低的冷气与温度较高的第一吸附塔进行直接接触导致第一吸附塔的损坏，有效地保护了第一吸附塔，延长了第一吸附塔的使用寿命。
【附图说明】
[0021]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:
图1为本发明实施例提供的净化装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的吸附塔内吸附剂再生方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的吸附塔内吸附剂再生方法的又一流程图。
[0022]
【具体实施方式】
[0023]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实