本实用新型涉及一种新型的多塔连续水合物法天然气脱酸装置。
背景技术：
目前，醇胺溶液吸收法是应用最广泛，工艺最为成熟的天然气脱酸工艺。然而，其仍然面临再生能耗高、腐蚀性强、运行成本高等问题。因此，人们开始寻求更为科学、环保、高效的脱酸工艺。变压吸附、膜分离、高压水洗、水合物法等工艺应运而生，然而，除水合物法之外，其他工艺均须依次经过天然气脱硫、脱碳过程，进而实现天然气脱酸。水合物法基于CO2、H2S、CH4生成水合物的相平衡条件差异，可一步实现CO2/H2S与CH4的分离。同时，现有的脱酸工艺分离得到的CO2均为气态，还须面临后续对其封存所需的能耗。而水合物法最终可得到固体的CO2水合物，可直接进行封存，降低了能耗。总地来说，水合物法因为其能耗低、操作简单、便于脱酸后气体的储存等特点，被视为最具前景的天然气脱酸工艺之一。专利CN104673416A、CN105385 479A等均设计了水合物法天然气脱酸的装置与工艺。然而其均是与液态水反应，为了保证反应的连续性，须控制水合物浆中固体水合物的量小于30%，因此，需要大量的、不会生成水合物的液体水。然而对这部分水的降温制冷过程，浪费了近60%的冷量。本实用新型基于此设计了一种新型的多塔连续水合物法天然气脱酸装置，克服了现有技术的缺陷和不足。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供多塔连续水合物法天然气脱酸装置，该装置操作简便，原理可靠，包含多个反应塔，各塔轮流作为分解塔和水合塔，实现连续操作，避免常用的水合物法天然气脱酸装置中冷量浪费大的问题，具有广阔的市场前景。
为达到以上技术目的，本实用新型提供以下技术方案。
多塔连续水合物法天然气脱酸装置，由分离罐、压缩机、冷凝器、分解塔与水合塔及阀门、管道组成，所述分解塔与水合塔通过阀门连接冷凝器、压缩机和分离罐，所述分解塔与水合塔的结构一致，内部包含若干脱酸管，脱酸管内部填充着表面有一层水凝胶的泡沫金属，水凝胶层为水合反应提供所需水，实现气-固水合反应过程，脱酸管之间、脱酸管与塔壁之间有气体流动的缝隙；所述分解塔与水合塔塔底有进气管道，塔顶连接气态CO2/H2S管道、脱酸后的天然气管道，脱酸后的天然气管道上设置CO2/H2S浓度检测器。
为了提高水合物法分离过程的效率，该装置采用多塔并联的方式，所述分解塔与水合塔可以为1—4组单元。
由于塔中为低温、高压条件，为了避免CO2与H2S部分液化，导致脱酸管堵塞，在塔底设置液体出口，当塔内液态CO2/H2S超过设计值时，打开阀门，排出液态CO2/H2S。
利用上述装置进行天然气脱酸的工艺，依次包括以下步骤：
（1）原料天然气通过分离罐进行预处理，将其中含有的重烃与液体水脱除，再经过压缩机与冷凝器，依次对其进行加压、冷凝；
（2）预处理后的天然气进入分解塔中，由脱酸管与塔壁之间的缝隙通过，预冷后进入水合塔的脱酸管中，天然气中的CO2/H2S生成固体水合物从天然气中分离出来，净化后的天然气进入到下一组单元，再次净化；
（3）净化后的天然气经过CO2/H2S浓度检测器，达标后从管道流出；
（4）如果CO2/H2S浓度检测器显示净化后的天然气中CO2/H2S浓度不达标，说明水合塔脱酸管中CO2水合物与H2S水合物已经饱和，通过调节阀门切换分解塔和水合塔，实现连续脱酸。
所述步骤（4）通过调节阀门切换分解塔和水合塔，实现连续脱酸，过程如下：调节阀门，使预处理后的天然气先进入水合塔由脱酸管与塔壁之间的缝隙通过，与脱酸管内部形成的水合物换热，让生成的CO2水合物与H2S水合物分解，脱酸管“再生”，分解得到的CO2与H2S由塔顶排出，天然气降温后再进入分解塔中的脱酸管，其中的CO2/H2S生成固体水合物从天然气中分离出来，净化后的天然气进入到下一组单元，再次净化，完成脱酸过程。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：在脱酸管内发生气-固水合反应，降低水合物法天然气脱酸工艺的总能耗；采用多塔模式，通过调节阀门实现分解塔和水合塔的切换，能够实现连续脱酸。
附图说明
图1是多塔连续水合物法天然气脱酸装置的结构示意图。
图中：1是原料天然气，2是重烃与液体水，3是预处理后的天然气，4是脱酸后的天然气，5是气态CO2/H2S，6是液态CO2/H2S，7是分离罐，8是压缩机，9是冷凝器，10、11是第一组分解塔、水合塔，12、13是第二组分解塔、水合塔，14~39是阀门，40是CO2/H2S浓度检测器。
图2是本实用新型中分解塔/水合塔的轴向横截图。
图中：41是分解塔/水合塔塔壁，42是脱酸管，43是分解塔/水合塔塔内缝隙。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
参看图1、图2。
多塔连续水合物法天然气脱酸装置，由分离罐7、压缩机8、冷凝器9、分解塔10与水合塔11及阀门、管道组成，所述分解塔10与水合塔11通过阀门连接冷凝器9、压缩机8和分离罐7，所述分解塔与水合塔的结构一致，内部包含若干脱酸管42，所述脱酸管内部填充着表面有一层水凝胶的泡沫金属，水凝胶中溶有400~1000ppm的十二烷基硫酸钠（SDS），脱酸管之间、脱酸管与塔壁41之间有气体流动的缝隙43；所述分解塔与水合塔塔底有进气管道和液体出口管道，塔顶连接气态CO2/H2S管道、脱酸后的天然气管道，脱酸后的天然气管道上设置CO2/H2S浓度检测器40。
为了提高水合物法分离过程的效率，该装置采用多塔并联的方式，所述分解塔与水合塔可以为1—4组单元，图1中给出了2组单元，可通过调节阀门决定是否采用第二组单元即分解塔12和水合塔13。
为了避免高压、低温条件下，CO2与H2S部分液化导致脱酸管堵塞，所述分解塔与水合塔塔底设有液体出口，当塔内液体CO2与H2S超过设计值时，打开阀门22和25，排出液态CO2/H2S 6。
实施例1：
针对于低酸气浓度的天然气，由于CO2与H2S的浓度较小，仅通过一次水合反应即可达到脱酸要求，因此，采用双塔系统，即一个水合塔、一个分解塔即可实现连续操作。
将阀门26~38均关闭，将阀门39打开。原料天然气1首先通入分离罐7，得到预处理后的天然气3、重烃与液体水2。经过预处理的天然气3通过压缩机8加压至2~4MPa，再经过冷凝器9降温至5~8℃。加压、降温后的天然气通过分解塔10进一步降温，再通入水合塔11。温度为2~5℃，压力为1~3MPa条件下，CO2与H2S生成固体水合物从天然气中分离出来。分解塔10中生成的水合物在预冷原料气的同时，自身分解得到气态CO2/H2S 5，脱酸管42再生。
所述分解塔10与水合塔11的内部结构一致，当水合塔内水合物饱和时，可通过调节阀门14~25，实现水合塔和分解塔的互换。
所述脱酸管42内部填充有泡沫金属，泡沫金属表面有一层水凝胶，水凝胶中溶有400~1000ppm的SDS。固态的水凝胶层为发生水合反应的主要场所，能够降低水合反应中的冷量需求量，减少能耗。
所述阀门14、15、17、18、20、22、24、25与塔内脱酸管内部连通，阀门16、19、21与23与塔内缝隙43连通。当塔10为分解塔，塔11为水合塔时，所述阀门14、16、18、21、24打开，阀门15、17、19、20、23关闭。加压冷凝后的原料气经过阀门16进入塔10，通过塔内缝隙43与脱酸管内的水合物换热降温，降温后的原料气通过阀门21流出，再经阀门24通入到塔11内脱酸管42内部。天然气流经脱酸管42，与水凝胶层反应，CO2与H2S生成水合物，实现天然气脱酸。脱酸后的天然气4进入到下一级操作单元，塔10脱酸管内的水合物经原料气加热后分解，得到气态CO2/H2S 5，通入下一级单元。
所述脱酸后的天然气出口处，设置有CO2/H2S浓度检测器40，当浓度高于设计值时，说明脱酸管已达饱和。关闭阀门14、16、18、21、24，打开阀门15、17、19、20、23，实现分解塔10和水合塔11的互换，保证装置的连续进行。
实施例2：
针对中高浓度酸气的天然气或要求精脱酸的天然气，由于CO2与H2S的浓度较大（或需要脱除的CO2与H2S的量较多），须通过多次水合反应，因此，采用多塔系统，在此以2组单元，即四塔系统进行举例说明，为了实现操作过程将阀门39关闭，将阀门38打开。
原料天然气1首先通入分离罐7，得到预处理后的天然气3、重烃与液体水2。预处理后的天然气3通过压缩机8加压至2~4MPa，再经过冷凝器9降温至5~8℃。加压、降温后的天然气通过分解塔10进一步降温，再通入水合塔11。在温度为2~5℃，压力为1~3MPa条件下，部分CO2与H2S生成固体水合物从天然气中分离出来。得到初脱酸后的天然气通入分解塔12中，进行进一步降温，降温后通入水合塔13进行进一步脱酸，以得到要求浓度的天然气。分解塔10和12中生成的水合物在预冷天然气的同时，自身分解得到气态CO2/H2S 5，脱酸管42再生。
所述分解塔10、12与水合塔11、13的内部结构一致，当水合塔内水合物饱和时，可通过调节阀门14~36，实现水合塔和分解塔的互换。
所述脱酸管42内部填充有泡沫金属，泡沫金属表面有一层水凝胶，水凝胶中溶有400~1000ppm的SDS。固态的水凝胶层为发生水合反应的主要场所，能够降低水合反应中的冷量需求量，减少能耗。
所述阀门14、15、17、18、20、22、24、25、26、27、29、30、32、34、36、37与塔内脱酸管内部连通，阀门16、19、21、23、28、31、33、35与塔内缝隙43连通。当塔10与12为分解塔，塔11与13为水合塔时，所述阀门14、16、18、21、24、26、28、30、33、36打开，阀门15、17、19、20、23、27、29、31、32、35关闭。加压冷凝后的原料气经过阀门16进入塔10，通过塔内缝隙43与脱酸管内的水合物换热降温，降温后的原料气通过阀门21流出，再经阀门24通入到塔11内脱酸管42内部。天然气流经脱酸管42，与水凝胶层反应，CO2与H2S生成水合物，实现天然气脱酸。初脱酸后的天然气依次通过阀门38与28通入塔12，通过塔内缝隙43与脱酸管内的水合物换热降温，降温后的原料气通过阀门33流出，再经阀门36通入到塔13内脱酸管42内部。天然气流经脱酸管42，与水凝胶层反应，CO2与H2S生成水合物，实现天然气进一步脱酸，得到要求浓度的天然气。
所述初脱酸的天然气与脱酸天然气出口处，均设置有CO2/H2S浓度检测器40，当初脱酸段出口处的CO2/H2S浓度检测器40显示浓度高于设计值时，说明该段脱酸管已达饱和。关闭阀门14、16、18、21、24，打开阀门15、17、19、20、23，实现分解塔10和水合塔11的互换，保证装置的连续进行。当脱酸天然气出口处的CO2/H2S浓度检测器40显示浓度高于设计值时，说明该段脱酸管已达饱和。关闭阀门26、28、30、33、36，打开阀门27、29、31、32、35，实现分解塔12和水合塔13的互换，保证装置的连续进行。