本发明涉及化工领域，具体而言，涉及一种采用膜分离净化生产液化天然气的装置及方法。
背景技术：
液化天然气(liquefiednaturalgas，简称lng)，主要成分是甲烷，被公认是地球上最干净的能源。通常，液化天然气是净化后的天然气经压缩、冷却至其沸点(-161.5摄氏度)温度后变成液体，通常液化天然气储存在-161.5摄氏度、0.1mpa左右的低温储存罐内。
但是天然气(原料气)通常含有水分、co2重烃的杂质，需要脱除净化成净化气之后才能进行液化以制备液化天然气。
技术实现要素：
本发明的目的之一在于提供一种采用膜分离净化生产液化天然气的装置及方法。
为了解决上述技术问题中的至少一个，本发明提供了以下技术方案：
一种采用膜分离净化生产液化天然气的装置，包括：
脱水脱烃单元和第一膜分离脱碳单元，所述脱水脱烃单元被配置成脱除原料气中的水和烃，所述第一膜分离脱碳单元被配置成将脱除水和烃的原料气采用膜分离方式脱碳。
进一步地，在本发明的可选实施例中，还包括吸附脱碳单元，所述吸附脱碳单元被配置成将经过所述第一膜分离脱碳单元脱碳后的原料气进一步脱碳。
本发明还提供了一种采用膜分离净化生产液化天然气的方法，其特征在于，包括：
将原料气进行脱水和脱烃，然后采用膜分离法对脱水和脱烃后的原料气进行脱碳以制备净化气。
进一步地，在本发明的可选实施例中，还包括：先将原料气采用膜分离脱碳后，再采用吸附脱碳方式进一步对原料气脱碳。
本发明还提了一种采用膜分离净化生产液化天然气的装置，包括脱水脱烃脱碳单元和再生气处理单元，所述再生气处理单元包括再生气管路、脱水脱烃单元和膜分离脱碳单元，所述再生气管路与所述脱水脱烃脱碳单元连接；
所述脱水脱烃单元被配置成脱除从所述脱水脱烃脱碳单元出来的再生气中的水和烃，所述膜分离脱碳单元被配置成将脱除水和烃的再生气采用膜分离方式脱碳。
进一步地，在本发明的可选实施例中，还包括吸附脱碳单元，所述吸附脱碳单元被配置成将经过所述膜分离脱碳单元脱碳后的再生气进一步脱碳。
本发明还提供一种采用膜分离净化生产液化天然气的方法，其特征在于，包括：
采用吸附的方式对原料气进行脱水、脱烃和脱碳；
再生气再生时，再生气将原料气进行脱水、脱烃和脱碳时产生的水分、烃和co2带出，将再生气脱水脱烃，然后将脱水脱烃后的再生气通过膜分离脱碳脱除co2后返回原料气入口。
本发明还提供了一种采用膜分离净化生产液化天然气的装置，包括：
膜分离脱水脱碳单元和吸附脱水脱碳脱重烃单元；所述膜分离脱水脱碳单元被配置成脱除原料气中的水和co2，所述吸附脱水脱碳脱重烃单元被配置成将脱除水和co2的原料气进行脱水、脱碳和脱重烃。
进一步地，在本发明的可选实施例中，所述吸附脱水脱碳脱重烃单元包括第一吸附设备，所述第一吸附设备被配置成将脱除水和co2的原料气同时进行脱水、脱碳和脱重烃。
进一步地，在本发明的可选实施例中，所述吸附脱水脱碳脱重烃单元包括依次连接的第二吸附设备和第三吸附设备，所述第二吸附设备被配置成将脱除水和co2的原料气进行脱水和脱重烃，所述第三吸附设备被配置成将脱除水和重烃的原料气进行脱碳。
进一步地，在本发明的可选实施例中，所述吸附脱水脱碳脱重烃单元包括依次连接的第四吸附设备、第五吸附设备和第六吸附设备，所述第四吸附设备被配置成将脱除水和co2的原料气进行脱水，所述第五吸附设备被配置成将经过所述第四吸附设备脱水的原料气进行脱重烃，所述第六吸附设备被配置成将脱重烃后的原料气进行脱碳。
进一步地，在本发明的可选实施例中，还包括再生气处理单元，所述再生气处理单元被配置成将所述吸附脱水脱碳脱重烃单元排出的再生气输送到所述膜分离脱水脱碳单元的前端。
进一步地，在本发明的可选实施例中，所述再生气处理单元包括再生气管路和第二膜分离脱碳单元，所述再生气管路将所述吸附脱水脱碳脱重烃单元排出的再生气先输送给第二膜分离脱碳单元后再输送到所述膜分离脱水脱碳单元的前端。
一种采用膜分离净化生产液化天然气的方法，包括：
将原料气进行脱水和脱烃，然后采用膜分离法对脱水和脱烃后的原料气进行脱碳以制备净化气；
可选地，还包括：先将原料气采用膜分离脱碳后，再采用吸附脱碳方式进一步对原料气脱碳。
一种采用膜分离净化生产液化天然气的方法，包括：
采用吸附的方式对原料气进行脱水、脱烃和脱碳；
再生气再生时，再生气将原料气进行脱水、脱烃和脱碳时产生的水分、烃和co2带出，将再生气脱水脱烃，然后将脱水脱烃后的再生气通过膜分离脱碳脱除co2后返回原料气入口。
可选地，还包括：先将再生气采用膜分离脱碳后，再采用吸附脱碳方式进一步对再生气脱碳。
本发明还提供一种采用膜分离净化生产液化天然气的方法，包括：
通过膜分离法对水、co2进行脱除，然后再通过吸附对水、co2进一步脱除并且脱除重烃；
其中，采用吸附脱除水、co2和重烃时，包括以下三种方式之一：
(1)依次进行吸附脱水、吸附脱重烃和吸附脱co2；
(2)先进行吸附脱水和重烃，然后进行吸附脱碳；
(3)同时进行脱水脱重烃脱碳。
进一步地，在本发明的可选实施例中，还包括对吸附脱除水、co2和重烃时产生的再生气进行处理的步骤，该步骤包括将所述再生气经过膜分离脱碳处理后作为原料气使用。
本发明的有益效果包括：本发明的采用膜分离净化生产液化天然气的装置及方法，首次在净化生产液化天然气的工艺系统中使用膜分离设备及膜分离工艺，尤其是首次使用膜分离脱碳设备及方法，在大量脱碳过程中，不仅过滤过程简单，膜分离设备不需要再生，可以简化分子筛脱碳配套的再生气管路及相关设备等，而且膜分离脱碳成本更低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明第一种实施方式提供的采用膜分离净化生产液化天然气装置的示意图；
图2是本发明第一种实施例提供的采用膜分离净化生产液化天然气装置的示意图；
图3是本发明第二种实施方式提供的采用膜分离净化生产液化天然气装置的示意图；
图4是本发明第二种实施例提供的采用膜分离净化生产液化天然气装置的示意图；
图5是本发明第三种实施方式提供的采用膜分离净化生产液化天然气装置的示意图；
图6是本发明第三种实施例提供的采用膜分离净化生产液化天然气装置的示意图；
图7是本发明第四种实施方式提供的采用膜分离净化生产液化天然气装置的示意图；
图8是本发明第四种实施例提供的采用膜分离净化生产液化天然气装置的示意图；
图9是本发明第五种实施方式提供的采用膜分离净化生产液化天然气装置的示意图；
图10是本发明第五种实施例提供的采用膜分离净化生产液化天然气装置的示意图；
图11是本发明第六种实施方式提供的采用膜分离净化生产液化天然气装置的示意图；
图12是本发明第六种实施例提供的采用膜分离净化生产液化天然气装置的示意图。
图标：脱水脱烃单元100；第一膜分离脱碳单元200；第一膜分离设备210；第二膜分离设备220；第三膜分离设备230；分子筛脱碳单元300；增压机400；第二膜分离脱碳单元500；膜分离脱水脱碳单元600；分子筛脱水脱碳脱重烃单元700。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本申请实施例中涉及吸附设备的地方具体以分子筛设备举例说明，例如分子筛脱碳单元、分子筛脱水脱烃单元等。
如图1所示，本发明的一种实施方式提供了一种采用膜分离净化生产液化天然气的装置，包括脱水脱烃单元100和第一膜分离脱碳单元200。脱水脱烃单元100被配置成脱除原料气中的水和烃，第一膜分离脱碳单元200被配置成将脱除水和烃的原料气采用膜分离方式脱碳。第一膜分离脱碳单元200可以包括一个膜分离设备或者多个膜分离设备。
进一步地，如图2所示，本发明的一种可选实施例中，第一膜分离脱碳单元200包括第一膜分离设备210、第二膜分离设备220和第三膜分离设备230。其中，第一膜分离设备210、第二膜分离设备220和第三膜分离设备230的部件和结构可以参照现有常见的膜分离设备，采用的气体分离膜是能够从天然气中分离出co2的膜。膜分离设备都具有第一出口和第二出口，原料气进入膜分离设备后，其中原料气中的绝大部分co2(理想状态是全部co2)透过气体分离膜并从第二出口排出，这部分气体也可以被称为渗透气，原料气中的其余气体(包括少量co2)被截留并从第一出口排出，这部分气体也可以被称为截留气。
第一膜分离设备210的入口与脱水脱烃单元100的出口连接，第一膜分离设备210的第一出口与第二膜分离设备220的入口连接，第一膜分离设备210的第二出口连接至增压机400，增压机400再与第三膜分离设备230的入口连接，第一膜分离设备210的渗透气的压力相较于截留气小很多(例如渗透气的压力为0.05mpa)，所以渗透气在被送到第三膜分离设备230前需要采用增压机400增压(例如增压到5.2mpa)。
高压的(例如5mpa)原料气首先进入脱水脱烃单元100脱除原料气中的水和烃。脱水脱烃单元100可以包括可同时脱除水和烃的脱水脱烃设备，可选地，也可以包括脱水设备和脱烃设备，脱水设备连接在脱烃设备的前端，先脱水再脱烃。
经过脱水和烃的原料气(例如含有3％的co2)进入第一膜分离设备210，原料气中大部分气体被截留，少部分气体渗透，截留气中仅含有少量的co2(例如含有0.5％的co2)而渗透气中主要是co2。第一膜分离设备210的截留气从第一出口排出并进入第二膜分离设备220进一步脱碳。第二膜分离设备220的第一出口排出的截留气通常已经可以达到净化气对含量的要求(例如含有80％的co2)，当然，也可以根据实际情况判断是否需要进一步增加膜分离设备或其他脱碳设备以进一步脱碳。
第二膜分离设备220的第二出口连接增压机400后连接至第一膜分离设备210的入口；第二膜分离设备220的渗透气中可能含有甲烷等有用的气体成分，所以将第二膜分离设备220的渗透气增压后输送给第一膜分离设备210，可以提高原料气的利用率，此外，渗透气的压力相较于截留气小很多(例如渗透气的压力为0.05mpa)，所以渗透气在被送到第一膜分离设备210前需要采用增压机400增压(例如增压到5.1mpa)。同理，第三膜分离设备230的第一出口连接增压机400后连接至第一膜分离设备210的入口。第三膜分离设备230主要进一步回收第一膜分离设备210的渗透气中的甲烷等气体，所以将第三膜分离设备230的截留气输送给第一膜分离设备210，可以提高原料气的利用率。而对于第三膜分离设备230的渗透气则可以直接排放后工序进行处理。
进一步地，如图3所示，在本发明的另一种实施方式中，采用膜分离净化生产液化天然气的装置还包括分子筛脱碳单元300，分子筛脱碳单元300被配置成将经过第一膜分离脱碳单元200脱碳后的原料气进一步脱碳。
进一步地，如图4所示，本发明的一种可选实施例中，并与图2所示的实施例相比，采用膜分离净化生产液化天然气的装置增加了分子筛脱碳单元300，并去掉了第二膜分离设备220。第一膜分离设备210的第一出口直接连接分子筛脱碳单元300的入口。第三膜分离设备230的连接关系参见对图2所示实施例的描述。
进一步地，分子筛脱碳单元300可以包括多个能够交替进行脱碳的分子筛吸附脱碳设备。此外，分子筛脱碳单元300需要再生气对其进行再生，而对分子筛脱碳单元300进行再生后的再生气可以排放到与第三膜分离设备230连接的增压机400的前端，也可以经过增压后排放到第一膜分离设备210的前端。
本发明实施例还提供了一种采用膜分离净化生产液化天然气的方法，其特征在于，包括：
将原料气进行脱水和脱烃，然后采用膜分离法对脱水和脱烃后的原料气进行脱碳以制备净化气。
进一步地，在本发明的可选实施例中，还包括：先将原料气采用膜分离脱碳后，再采用吸附脱碳方式进一步对原料气脱碳。
如图5所示，本发明可选实施方式还提了一种采用膜分离净化生产液化天然气的装置，包括脱水脱烃脱碳单元和再生气处理单元，再生气处理单元包括再生气管路、脱水脱烃单元100和膜分离脱碳单元，再生气管路与脱水脱烃脱碳单元连接；脱水脱烃单元100被配置成脱除从脱水脱烃脱碳单元出来的再生气中的水和烃，膜分离脱碳单元200被配置成将脱除水和烃的再生气采用膜分离方式脱碳。经过膜分离脱碳单元200净化的再生气返回脱水脱烃脱碳单元。
如图6所示，本发明的可选实施例提供了一种采用膜分离净化生产液化天然气的装置，包括脱水脱烃脱碳单元、脱水脱烃单元100和第一膜分离脱碳单元200，并且采用了与图2所示的实施例中相同的第一膜分离脱碳单元200。区别主要在于，图2中，第一膜分离脱碳单元200设置在原料气处理的主路上，而图6中，第一膜分离脱碳单元200设置在原料气支路上处理再生气。如图6所示，第一膜分离设备210的入口连接脱水脱烃单元100的出口，而脱水脱烃单元100的入口连接脱水脱烃脱碳单元的再生气出口。此外，第二膜分离设备220的第一出口连接至脱水脱烃脱碳单元的入口，以使第二膜分离设备220的截留气输送给脱水脱烃脱碳单元作为再生气返回，减少原料气浪费。
进一步地，在本发明的可选实施例中，如图7所示，还包括分子筛脱碳单元300，分子筛脱碳单元300被配置成将经过膜分离脱碳单元脱碳后的再生气进一步脱碳。经过分子筛脱碳单元300净化的再生气返回脱水脱烃脱碳单元。
进一步地，本发明实施例还提供了一种采用膜分离净化生产液化天然气的方法，包括：先采用吸附的方式，例如分子筛吸附塔将原料气进行脱水脱烃脱碳，并采用冷凝的方式对脱水脱烃脱碳过程中形成的再生气进行脱水脱烃，然后再采用膜分离的方式对再生气进行脱碳处理，接着再采用分子筛脱碳的方式对再生气进行处理，然后将经过上述步骤脱除了水、碳及重烃的再生气重复利用以用于吸附塔再生。
进一步地，如图8所示，本发明的一种可选实施例中，第一膜分离设备210的第一出口连接至分子筛脱碳单元300的入口，经过分子筛脱碳单元300脱碳后的气体输送到脱水脱烃脱碳单元的前端。而分子筛脱碳单元300的再生气可以排到第一膜分离设备210的入口或者经增压后排放给第三膜分离设备230。
本发明实施例还提供一种采用膜分离净化生产液化天然气的方法，包括：
采用吸附的方式对原料气进行脱水、脱烃和脱碳；
再生气再生时，再生气将原料气进行脱水、脱烃和脱碳时产生的水分、烃和co2带出，将再生气脱水脱烃，然后将脱水脱烃后的再生气通过膜分离脱碳脱除co2后返回原料气入口。
如图9所示，本发明的一种可选实施方式还提供了一种采用膜分离净化生产液化天然气的装置，包括：
膜分离脱水脱碳单元600和分子筛脱水脱碳脱重烃单元700，膜分离脱水脱碳单元600被配置成脱除原料气中的水和co2，分子筛脱水脱碳脱重烃单元700被配置成将脱除水和co2的原料气进行脱水、脱碳和脱重烃。
进一步地，如图10所示，本发明的一种实施例中，采用膜分离净化生产液化天然气的装置，包括膜分离脱水脱碳单元600和分子筛脱水脱碳脱重烃单元700。其中膜分离脱水脱碳单元600包括第一膜分离设备210、第三膜分离设备230和增压机400。第一膜分离设备210的入口接原料气(压力5mpa)，第一膜分离设备210的第一出口连接分子筛脱水脱碳脱重烃单元700，用以将经过第一膜分离设备210脱碳后的截留气输送给分子筛脱水脱碳脱重烃进一步脱碳并且脱除水和重烃。
第一膜分离设备210的第二出口连接增压机400后接到第三膜分离设备230的入口，用以将第一膜分离设备210的渗透气增压后输送给第三膜分离设备230进一步脱碳。第三膜分离设备230的第一出口连接至第一膜分离设备210的入口。用于分子筛脱水脱碳脱重烃单元700再生的再生气可以经增压后输送给第一膜分离设备210或者输送给第三膜分离设备230。
进一步地，在本发明的可选实施例中，分子筛脱水脱碳脱重烃单元700包括第一分子筛设备，第一分子筛设备被配置成将脱除水和co2的原料气同时进行脱水、脱碳和脱重烃。
进一步地，在本发明的可选实施例中，分子筛脱水脱碳脱重烃单元700包括依次连接的第二分子筛设备和第三分子筛设备，第二分子筛设备被配置成将脱除水和co2的原料气进行脱水和脱重烃，第三分子筛设备被配置成将脱除水和重烃的原料气进行脱碳。
进一步地，在本发明的可选实施例中，分子筛脱水脱碳脱重烃单元700包括依次连接的第四分子筛设备、第五分子筛设备和第六分子筛设备，第四分子筛设备被配置成将脱除水和co2的原料气进行脱水，第五分子筛设备被配置成将经过第四分子筛设备脱水的原料气进行脱重烃，第六分子筛设备被配置成将脱重烃后的原料气进行脱碳。
进一步地，在本发明的可选实施例中，还包括再生气处理单元，再生气处理单元被配置成将分子筛脱水脱碳脱重烃单元700排出的再生气输送到膜分离脱水脱碳单元600的前端。
进一步地，如图11所示，在本发明的可选实施例中，再生气处理单元包括再生气管路和第二膜分离脱碳单元500，再生气管路将分子筛脱水脱碳脱重烃单元700排出的再生气先输送给第二膜分离脱碳单元500后再输送到膜分离脱水脱碳单元600的前端。
进一步地，如图12所示，在本发明的可选实施例中，第二膜分离脱碳单元500与第一膜分离脱碳单元200结构基本相同，分子筛脱水脱重烃脱碳单元与第二膜分离脱碳单元500的第一膜分离设备210之间增设有增压泵，用以将分子筛脱水脱重烃脱碳单元的再生气增压后输送给第二膜分离脱碳单元500的第一膜分离设备210，而第二膜分离脱碳单元500的第一膜分离设备210的第一出口连接至第一膜分离脱碳单元600的第一膜分离设备210的入口。
本发明还提供一种采用膜分离净化生产液化天然气的方法，其特征在于，包括：
通过膜分离法对水、co2进行脱除，然后再通过分子筛对水、co2进一步脱除并且脱除重烃；
其中，采用分子筛脱除水、co2和重烃时，包括以下三种方式之一：
(1)依次进行分子筛脱水、分子筛脱重烃和分子筛脱co2；
(2)先进行分子筛脱水和重烃，然后进行分子筛脱碳；
(3)同时进行脱水脱重烃脱碳。
进一步地，在本发明的可选实施例中，还包括对吸附脱除水、co2和重烃时产生的再生气进行处理的步骤，该步骤包括将所述再生气经过膜分离脱碳处理后作为原料气使用。
首次在净化生产液化天然气的工艺系统中使用膜分离设备及膜分离工艺，尤其是首次使用膜分离脱碳设备及方法，在大量脱碳过程中，不仅过滤过程简单，膜分离设备不需要再生，可以简化分子筛脱碳配套的再生气管路及相关设备等，而且膜分离脱碳成本更低。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。