一种低温毛细凝聚脱出天然气中重烃的方法
【专利摘要】本发明公开了一种低温毛细凝聚脱出天然气中重烃的方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将原料天然气经过第一热交换器预冷，预冷温度5.5～-15.5℃，在此温度下，原料天然气中的重烃未出现凝结的现象；（2）预冷后的低温原料气进入填充有毛细多孔材料的塔组，所述塔内操作压力为2-8MPa，重烃被凝聚在毛细多孔材料的内孔中，产品气从塔下部流出。本发明适用于含凝点较高、易挥发组分不宜采用深冷脱除重烃的天然气，也适用于重烃含量超标的一般天然气的液化工厂的原料气。脱除重烃后的原料天然气满足天然气液化对于原料天然气对重烃含量的要求。
【专利说明】一种低温毛细凝聚脱出天然气中重烃的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及天然气的脱除杂质方法，特别涉及一种在天然气液化前预处理，低温毛细凝聚脱出天然气中重烃的方法。
【背景技术】
[0002]天然气是一种清洁能源，具有热值高、燃烧效率高、燃烧后污染排放少等特点。随着城市管网建设的日益完善，管道天然气的使用日渐广泛。由于天然气气田一般与用气需求往往并非在同一地区，有些甚至跨国，而且天然气的使用具有时段性和季节性，因此，以天然气输送为目的和解决天然气时效性的液化天然气成为一种重要的手段。随着液化天然气的用户向交通行业的拓展，液化天然气在降低污染、提高效益等方面发挥出越来越大的作用。[0003]天然气分常规天然气和非常规天然气，常规天然气一般指天然气的气田气，而非常规天然气则包含范围更广，如煤层气、沼气、油田伴生气、页岩气和天然气水合物等，其中天然气水合物又被称为可燃冰。这些气源均可作为生产液化天然气的原料，由于气藏地理位置不同，天然气的组成可能有很大的差异，这些原料气CH4是主要组分，另外可能含有H2,CO2, H2S, N2, C2H6, C3H8, 1-C4H10, n_C4H10，Neo-C5H12 (新戊烷)，1-C5H12, n_C5H12，C6H14, C7H16, C6H6,甲苯，乙苯，二甲苯，环烷烃，H2O, Hg等，有的甚至含有Cltl以上的组分，复杂的组分对液化天然气的生产有很大的影响。
[0004]液化天然气工厂主要包括原料气的预处理、冷凝液化、天然气的储存等三个工序。其中原料气的预处理对液化天然气产品品质、设备安全性和工厂长周期稳定运行都有很大的影响，因此，在天然气液化工厂设计、运行的过程中需要严格控制进入天然气液化冷箱原料气的预处理。
[0005]一般液化工厂的预处理包含脱酸气、脱水、脱汞等，脱酸气的目的主要是将天然气中的H2S和CO2利用物理、化学或物理化学的方法脱除，因为H2S对钢具有一定的腐蚀性，会导致容器和设备的腐蚀，而CO2在一定的压力下,冷却至一定的温度时,在尚未形成液相时即变成固相，导致冷箱冰堵，因此，液化工厂要求原料气进入冷箱前，需将CO2和H2S分别脱除至50ppm (V/V)和4ppm (V/V)以下。由于H2O能与烃类化合物形成固相水合物，另外在低于0°C时，自身也可能形成固相，因此，原料气进入冷箱前，水含量要求低于IOppb (V/V)。
[0006]由于各地的天然气的组分不同，当天然气中含有其他的重烃时，如Neo-C5H12, C6H6或甲苯，乙苯以及碳链长度大于6个碳原子时，原料气的预处理必须充分考虑这些烃类组分的脱除。表1列出了几种天然气中常见烃类的凝点。
[0007]表1几种常见烃类的常压下的凝点
[0008]
M INeo-C5H12~In-C5H12 Eh^| 环己烧~WW [Z?
凝点 °C -16.57 -129.73~ -95.31 6，539 5753-94.97 -94.95[0009]从表中可以看出，原料天然气中含有一定量的上述烃类和比上述烃类还重的组分如庚烷、辛烷等、二甲苯或其它环烷烃时，这些原料气进入冷箱很容易导致冷箱的冻堵，从而影响工厂的稳定运行。
[0010]因此，当燃料气中含有较重烃类，尤其是Ne0-C5H12, C6H6，甲苯，环己烷以及含有一定量的C5+时，必须对这些烃类进行脱除，降低到这些烃类允许存在的含量范围。
[0011]专利ZL2005100118034.4中描述了采用溶剂吸收的方式脱除原料气中烃类的工艺，该工艺利用天然气中重烃自身溶解吸收的方式脱除原料气中的重烃，这种分离方式需要采用分离吸收塔，并配合大量的液体的循环，动设备多。采用该专利提供脱重烃的方式，在脱除含有Neo-C5H12,苯，环己烷等高挥发型的重烃时，并不能满足冷箱对于Neo-C5H12,苯，环己烷等的含量的要求。
[0012]利用低温冷凝脱除重烃也有一定的应用，专利ZL200610046233.0利用常规的深冷冷冻方式，冷冻脱除石油天然气中的水和重烃。
[0013]中国专利申请200910119273.7利用深冷冷冻，然后将气体经过吸附塔吸附，将杂质气体吸附到吸附剂的表面来达到提纯的目的。但从表1中可以看出，当原料气中含有C6H6、环己烷、Neo-C5时，由于这些物质的凝固点较高，而液化天然气则需要将C6H6、环己烷、Neo-C5等降低至5ppm以下，否则，在下一步液化时，。易出现冷箱冻堵的现象。而这些物质的蒸汽压较高，因此，采用常规的冷冻法再加上普通吸附的方法基本不可能达到这样的脱除浓度。
【发明内容】
[0014]本发明的目的在于提供一种能低温毛细凝聚脱出天然气中重烃的方法，适用于含凝点较高且易挥发组分不宜采用深冷脱除重烃的天然气，也适用于重烃含量超标的一般天然气的液化工厂的原料气。脱除重烃后的原料天然气满足天然气液化对于原料天然气对重烃含量的要求。`
[0015]为达到上述目的，本发明的技术方案为:一种低温毛细凝聚脱出天然气中重烃的方法，其特征在于:包括以下步骤:
[0016](I)、将原料天然气经过第一热交换器预冷，预冷温度5.5~-15.5°C，在此温度下，原料天然气中的重烃未出现凝结的现象；
[0017](2)、预冷后的低温原料气进入填充有毛细多孔材料的塔组，所述塔内操作压力为2-8MPa，重烃被凝聚在毛细多孔材料的内孔中，产品气从塔下部流出。
[0018]采用上述技术方案，将原料天然气预冷至5.5~-15.5°C，在此温度下，原料天然气中的重烃未出现凝结的现象，不会出现因重烃凝结导致管道堵住的现象出现。
[0019]经过预冷的原料天然气，进入塔内通过毛细凝聚脱出重烃，(所谓毛细凝聚现象是指，在毛细孔道内，饱和蒸汽压低于平液面下的蒸汽压PO即发生凝聚，当毛细孔直径越小时，凝聚所需的蒸汽压越低，换句话说，当毛细孔直径越小时，可在较低的P/P0压力下，在孔中形成凝聚液，但随着孔尺寸增加，只有在更高的P/P0压力下形成凝聚液。)。也就是说:在毛细多孔材料内表面，与其接触的物质会产生富集效应，由于毛细孔的存在，加压条件下，降低与毛细物质接触的物料的温度，会产生毛细凝聚，凝聚液的溶解特性，会促进凝聚过程进一步发生，并降低产品其中易挥发组分的含量。[0020]本发明正是利用毛细孔隙的特点，通过将原料气预冷，然后加压，使原料天然气中的重烃组分被毛细凝聚结合凝聚液溶解实现重烃及易冻堵组分与轻组分分离，轻组分则流出体系，实现原料天然气重烃脱除，满足天然气液化对于原料气中重烃含量的要求，避免冻堵冷箱换热器。
[0021]在上述技术方案中:步骤(1)中所述超标重烃为碳原子数大于等于5的重烃。
[0022]在上述技术方案中:所述毛细多孔材料为活性炭或硅胶或氧化铝或多孔无定型硅铝酸盐或沸石或中孔分子筛。
[0023]在上述技术方案中:为了达到更好的毛细凝聚效果，步骤(2)中，所述操作压力为4MPa-6.2MPa。
[0024]在上述技术方案中:还包括步骤(3)塔中毛细多孔材料床层再生的过程，所述再生方式为抽真空和升温气提两种方式中的至少一种。采用两种再生方式的结合，再生效果更好，效率更高，再生后出来的重烃可用于制作重烃产品。
[0025]在上述技术方案中:步骤(2)中:所述塔组包括至少两台塔，使至少一台处于工作状态。这样方便连续生产，生产效率高。
[0026]在上述技术方案中:所述塔为一台，采用凝聚和再生间歇操作的方式。
[0027]有益效果:本发明根据天然气中各组分低温凝聚特性，采用低温毛细凝聚的方法，对天然气中的重烃进行 脱除，满足液化天然气工艺中对进入冷箱原料气中重烃含量的要求，该工艺路线通过降低压力抽真空和(或)提高床层温度的方式对毛细多孔床层进行再生，通过多塔顺序操作的方式运行，实现连续操作。具有动设备少，运行稳定，操作简便的特点。本发明对于原料气中含C6H6、环己烷、Neo-C5H12等不宜采用深冷法脱除重烃的原料天然气尤其适用，脱除重烃后的原料天然气满足天然气液化对原料气中重烃含量的要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为本发明实施例1脱出天然气中重烃使用系统的结构示意图；
[0029]图2为本发明实施例2脱出天然气中重烃使用系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步的说明:
[0031]实施例1
[0032]如图1所示，本过程采用两塔低温毛细凝聚脱重烃流程。本发明的塔与目前市面上使用的吸附塔的结构相同。所述第一塔2和第二塔3平行排列，异相操作。第一塔2和第二塔3内填充的毛细多孔材料采用椰壳活性炭，表观直径3mm，孔径7.8nm-15000nm,集中分布在108nm,比表面积1030m2/g,堆密度0.43g/cm3,使用前经过充分干燥。
[0033]原料天然气经过第一热交换器I预冷，预冷温度6.5°C。预冷后的低温原料气从第一塔2上部进入第一塔2内，重烃(碳原子数大于5的烃类)被富集凝聚在床层，净化后的产品气从第一塔2下部流出。第一塔2内的操作压力为4MPa。
[0034]此时第二塔3则处于降压、再生、升压和备用状态。床层再生采用抽真空的方式。再生时，控制床层的压力70Pa。再生出来的气相从第二塔3顶部出口处的真空泵4抽吸排除，经第二热交换器5冷却并分离出液相重烃作为重烃产品。真空再生，8h/周期。[0035]当第二塔3再生完成后，原料天然气又由第二塔3进入工作状态，第一塔2则处于再生状态。
[0036]经本实施例的原料天然气的处理结果如下表所示:
【权利要求】
1.一种低温毛细凝聚脱出天然气中重烃的方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)、将原料天然气经过第一热交换器预冷，预冷温度5.5～-15.5°C，在此温度下，原料天然气中的超标重烃未出现凝结的现象； (2)、预冷后的低温原料气进入填充有毛细多孔材料的塔组，所述塔内操作压力为2-8MPa，重烃被凝聚在毛细多孔材料的内孔中，产品气从塔下部流出。
2.根据权利要求1所述低温毛细凝聚脱出天然气中重烃的方法，其特征在于:步骤(1)中所述超标重烃为碳原子数大于等于5的重烃。
3.根据权利要求1所述低温毛细凝聚脱出天然气中重烃的方法，其特征在于:所述毛细多孔材料为活性炭或硅胶或氧化铝或多孔无定型硅铝酸盐或沸石或中孔分子筛。
4.根据权利要求1-3任一项所述低温毛细凝聚脱出天然气中重烃的方法，其特征在于:步骤(2)中，所述塔内操作压力为4MPa-6.2MPa。
5.根据权利要求1-3任一项所述低温毛细凝聚脱出天然气中重烃的方法，其特征在于:还包括步骤(3)塔中毛细多孔材料床层再生的过程，所述再生方式为抽真空和升温气提两种方式中的至少一种。
6.根据权利要求5所述低温毛细凝聚脱出天然气中重烃的方法，其特征在于:步骤(2)中:所述塔组包括至少两台塔，使其中至少一台处于工作状态。
7.根据权利要求5所述低温毛细凝聚脱出天然气中重烃的方法，其特征在于:所述塔为一台，采用毛细凝聚和再生间歇操作的方式。
【文档编号】C10L3/10GK103497804SQ201310467386
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月9日 优先权日:2013年10月9日
【发明者】张金桥, 魏江涛, 曾桃, 陈昌禄 申请人:重庆耐德工业股份有限公司