专利名称：一种天然气干燥及液化工艺方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及富含烃类气体的净化及液化生产，具体涉及一种天然气干燥及液化工艺方法和装置。
背景技术：
天然气由于其环保性而成为取代其他燃料的最佳物质，其应用领域已逐渐扩大到发电、汽车用气、工业用气、城市居民用气、化工用气等方面。随着天然气消费量的增长，作为天然气最有效的供用形式之一，液化天然气的贸易量也已成为能源市场增长最快的领域之一。液化天然气工业的不断发展，则对天然气液化方法和装置以及前期的天然气净化方法和装置在能耗、投资和效率等方面提出了更高的要求。 目前，在比较成熟的天然气净化及液化工艺中，采用较多的是如图I所示的工艺方法。为保证液化工艺及设备安全稳定运行，在原料气进行深冷液化之前需将其中所含酸性气体组分、水等脱除至液化所需精度。如图I中所示，原料气首先进入脱酸系统，在其中脱除酸性气体如C02，H2S等，酸性气体含量合格后，出脱酸系统且含有饱和水的混合气体直接去脱水系统进行深度脱水，达到所需精度后的干燥天然气去冷箱系统液化。上述传统工艺中，进脱水系统的天然气中因为出脱酸系统时携带了饱和水，原料气处理量较大时如直接进入脱水系统会给脱水系统造成比较大的负荷。针对这一问题，本发明做了相应的改进，在混合气体进入脱水系统之前进行预脱水，从而显著降低脱水系统负荷，减小脱水设备的尺寸并减少脱水吸附剂用量。
发明内容
本发明提供了一种天然气干燥及液化工艺方法和装置，将上述现有工艺流程加以改进，采用一种全新的流程将原料气脱水并液化。其装置包括吸附干燥系统、制冷剂压缩系统和冷箱系统。该制冷剂压缩系统产生的气相制冷剂及液相制冷剂为冷箱系统提供冷量后通过冷剂返回通道返回冷剂压缩系统入口 ；冷箱系统包含一组板翅式换热器组、与所述板翅式换热器组的换热通道连接的两台节流装置、与所述板翅式换热器组的一个换热通道连接的一台天然气分水罐和与所述板翅式换热器组的另一换热通道连接的一台天然气重烃分离器。本发明所采用工艺流程首先将待干燥天然气送入冷箱中预冷，可脱去其中70wt%以上(优选80wt%以上，更优选85wt%以上，特别优选90wt%以上)的水分，从而显著降低天然气干燥系统的负荷，减小干燥设备尺寸并减少吸附剂消耗量。在第一个方面，本发明提供一种天然气干燥及液化工艺方法，其包括如下工艺流程:脱酸后(即脱酸性气体后)的原料天然气首先进入冷箱中的板翅式换热器组进行预冷，被冷却至5°C 20°C后出换热器组，进入天然气分水罐从罐底部脱去水分，天然气分水罐顶部气相继续进入吸附干燥系统脱水，脱水后的天然气返回换热器组(例如后一级换热器)中冷却至_30°C -60°C后，出板翅式换热器组而进入重烃分离器进行气液分离，重烃分离器底部获得重烃(C6和C6以上重烃组分)，由重烃分离器顶部分离出的气相流股继续进入换热器组，并在其中被冷却至_130°C _166°C后出冷箱，得到液化天然气(LNG)。在一个优选实施方式中，板翅式换热器组采用如下制冷剂循环工艺流程来为冷箱提供冷量从制冷剂压缩系统来的液相制冷剂首先进入换热器组的第一换热通道，在其中被预冷至约_30°C -80°C，经节流阀节流至O. 2 O. 8MPaA后进入冷剂返回通道(即第三换热通道)，与从换热器组后续换热器返回的制冷剂流股汇合，为换热器组提供冷量后出冷箱；由制冷剂压缩系统来的的气相制冷通过换热器组的第二换热通道冷却至-135°C _169°C，再经节流阀节流至O. 2 O. 8MPaA后进入换热器组冷剂返回通道，为换热器提供冷量后返回制冷剂压缩系统。
这里，压力单位MPaA为兆帕，绝对压力。在本申请中“任选”表示有或没有。在本申请中“吸附干燥”与“干燥吸附”可互换使用。“干燥塔”与“吸附塔”可互换使用。吸附干燥系统可以采用本领域常用的吸附干燥系统(例如变压吸附干燥系统)，优选采用两塔或三塔等压吸附干燥流程，采用分子筛吸附脱水，可将水分脱除至常压露点(-76。。。优选地，当吸附干燥系统采用两塔等压吸附干燥流程时来自天然气分水罐顶部的预脱水后的天然气，经吸附干燥系统的入口通道，首先分成两路气流；其中第一路气体作为工艺气直接去处于干燥过程的第一吸附塔或第二吸附塔，其中第一吸附塔和第二吸附塔交替进行吸附过程和再生过程，处于干燥过程的吸附塔中装填的吸附剂将气体中的水分吸附下来，未被吸附的气体去吸附干燥系统的出口通道；第二路气体作为再生气进入再生过程，其中吸附塔的再生过程包括加热再生和冷吹两个步骤；在加热再生步骤中，该第二路气体经加热器升温至一定温度例如200-3000C (优选210-280°C，更优选220-260°C，再进一步优选240°C左右)后，用于加热需要再生的第二吸附塔或第一吸附塔，使吸附剂升温，其中的水分得以解吸出来，解吸气经冷却和分液后再与第一路气体混合，然后去处于干燥过程的吸附塔进行干燥；在冷吹过程中，来自工艺气的再生气体直接去处于再生过程的第二吸附塔或第一吸附塔，将吸附塔温度降至常温，再生气体然后经冷却和分液后与作为工艺气的另一路气体混合，最后去处于干燥过程的第一吸附塔或第二吸附塔进行干燥。优选地，当吸附干燥系统采用三塔等压吸附干燥流程时来自天然气分水罐顶部的预脱水后的天然气，经吸附干燥系统的入口通道，首先分成两路气流；其中第一路气体作为工艺气直接去处于干燥过程的第一吸附塔或第二吸附塔，其中第一吸附塔和第二吸附塔交替进行吸附过程和再生过程，处于干燥过程的吸附塔中装填的吸附剂将气体中的水分吸附下来，未被吸附的气体去吸附干燥系统的出口通道；第二路气体作为再生气进入再生过程，其中吸附塔的再生过程包括加热再生和冷吹两个步骤；在加热再生步骤中，该第二路气体首先经第三吸附塔进行干燥，然后经加热器升温至一定温度例如200-300°C (优选210-280°C，更优选220-260°C，再进一步优选240°C左右)后，用于加热需要再生的第二吸附塔或第一吸附塔塔，使吸附剂升温，其中的水分得以解吸出来，解吸气经冷却和分液后再与第一路气体混合，然后去处于干燥过程的吸附塔进行干燥；在冷吹过程中，来自工艺气的再生气体直接去处于再生过程的第二吸附塔或第一吸附塔，将吸附塔温度降至常温，然后再经加热器加热后去所述第三吸附塔，对第三吸附塔中的吸附剂进行加热干燥，再生气体然后经冷却和分液后与作为工艺气的另一路气体混合，最后去处于干燥过程的第一吸附塔或第二吸附塔进行干燥。重烃分离器3的使用可以脱除重烃组分，例如C6和C6以上的重烃组分，例如C6和C6以上的重烃组分被脱除至彡217ppm(优选彡200ppm,更优选彡IOOppm,进一步优选
50ppm,最优选< IOppm)。
在一个更优选的实施方式中，其中吸附干燥系统采用两塔或三塔等压吸附干燥工艺，其中每一个干燥塔独立地具有至少一个，至多32个，优选2-16个、更优选4-16、进一步优选6-14个、仍然进一步优选8-12个的吸附剂床层或复合床层。每一个干燥塔的各吸附剂复合床层独立地装填选自3A或4A分子筛、活性氧化铝、活性炭以及耐水硅胶中的一种或两种或多种吸附剂，其中3A分子筛、4A分子筛或活性氧化铝作为脱水吸附剂，活性炭或耐水硅胶作为脱重烃吸附剂。如果干燥塔中仅仅填装吸附水分的一个或两个或多个(例如2-16个，优选3-12个、更优选3-8个、更优选4-6个)吸附剂床层(例如3A分子筛、4A分子筛或活性氧化铝)，则由重烃分离器单独实施重烃脱除；而如果干燥塔中同时填装吸附水分的一个或两个或多个(例如2-16个，优选3-12个、更优选3-8个、更优选4_6个)吸附剂床层(例如3A分子筛、4A分子筛或活性氧化铝)和吸附重烃的一个或两个或多个(例如2-16个，优选3-12个、更优选3-8个、更优选4-6个)吸附剂床层(活性炭或耐水硅胶)，则由吸附重烃的吸附剂床层与后续的重烃分离器相结合来实施重烃脱除。进一步优选地，每一个吸附塔(或干燥塔)具有用于脱水的至少一个分子筛吸附剂床层和任选的用于脱重烃的至少一个活性炭吸附剂床层；优选每一个吸附塔具有用于脱水的2-16个、优选3-12个、更优选3-8个、更优选4-6个分子筛吸附剂床层和任选的用于脱重烃的2-16个、优选3-12个、更优选3-8个、更优选4-6个活性炭吸附剂床层。进一步优选地，其中吸附干燥系统是按照以下方式操作的经脱酸处理后的富含甲烷混合气体分成两部分，一部分作为工艺气流进入干燥工序，另一部分作为再生气进入再生工序，进入干燥工序的富含甲烷的混合气体经干燥处理，在干燥塔吸附剂复合床层中脱除气体中的水分和任选地脱除C6和C6以上重烃，其中水分脱除至常压露点< -76°C，C6和C6以上的重烃组分任选被脱除至彡217ppm ;进入再生工序的富甲烷的气体作为干燥塔再生过程的再生气体，完成再生过程后，该部分再生气返回系统工艺气流中。更进一步优选地，其中吸附干燥系统是按照以下方式操作的经脱酸处理后的富含甲烷的混合气体首先经流量调节阀(Vl)分成两路气流；其中第一路气体作为工艺气直接去处于干燥过程的第一干燥塔(Tl)或第二干燥塔(T2)，其中第一干燥塔和第二干燥塔交替进行干燥过程和再生过程，处于干燥过程的干燥塔(Tl或T2)中装填的干燥剂将气体中的水分吸附下来以及任选装填的重烃吸附剂将气体中的重烃吸附下来，经干燥处理后的产品气体常压露点< _76°C，C6和C6以上的重烃组分任选地被脱除至彡217ppm ；第二路气体作为再生气进入再生过程，其中干燥塔的再生过程包括加热再生和冷吹两个步骤，在加热再生步骤中，该第二路气体首先经第三干燥塔(T3)进行干燥，然后经加热器(El)升温至例如200-300°C (优选210-280°C，更优选220-260°C，再进一步优选240°C左右)后，加热需要再生的干燥塔(T2或Tl)，使吸附剂升温，其中的水分和重烃得以解吸出来，解吸气经冷却(E2)和分液(T4)后再与作为原料气的第一路气体混合，然后去处于干燥过程的干燥塔进行干燥；在冷吹过程中，来自工艺气的再生气体直接去处于再生过程的第二干燥塔(T2)或第一干燥塔(Tl)，将干燥塔温度降至常温，然后再经加热器加热后去所述第三干燥塔(T3)，对第三干燥塔中的吸附剂进行加热干燥，再生气体然后经冷却(E2)和分液(T4)后与作为工艺气的另一路气体混合，最后去处于干燥过程的第一干燥塔或第二干燥塔进行干燥。在另一个优选实施方式中，经吸附干燥系统脱水后的天然气进入后续的以活性炭等为吸附剂的脱重烃纯化系统脱除重烃后，再进入冷箱系统液化。根据本发明的第二个方面，提供一种天然气干燥及液化工艺装置，其特征在于，该 装置包括一种天然气干燥及液化装置，该装置包括吸附干燥系统、制冷剂压缩系统和冷箱系统，其中制冷剂压缩系统具有一个气相冷剂出口通道、一个液相冷剂出口通道和入口通道；其中冷箱系统包括一组板翅式换热器组，它包含至少六个换热通道第一、第二、第三、第四、第五和第六换热通道，所述第一换热通道和第二换热通道经由两根管道分别与所述制冷剂压缩系统的液相冷剂出口通道和气相冷剂出口通道连接，第三换热通道与所述制冷剂压缩系统的入口通道连接；与所述板翅式换热器组的第一换热通道和第三换热通道连接的第一台节流装置；与所述板翅式换热器组的第二换热通道和第三换热通道连接的第二台节流装置；和与所述板翅式换热器组的一个换热通道即第四换热通道连接的一台天然气分水罐，入口端与所述板翅式换热器组的另一个换热通道即第五换热通道连接的一台天然气重烃分离器；用于输送脱酸后天然气(原料气)的管道通过换热器组的上述第四换热通道连接到天然气分水罐，天然气分水罐顶部气相端连接吸附干燥系统的一个入口通道，吸附干燥系统的一个出口通道连接冷箱中板翅式换热器组的第五换热通道的入口，第五换热通道的出口连接到重烃分离器，重烃分离器的顶部气相端通过换热器组的一个换热通道即第六换热通道后出冷箱。任选地，重烃分离器的顶部气相端依次通过换热器组的第六换热通道后进一步通过换热器组的另外第七换热通道后出冷箱。使用该装置的工艺过程说明如下脱酸后的天然气(原料气)管道通过换热器组第四换热通道连接天然气分水罐中部，天然气分水罐的顶部气相通道连接吸附干燥系统的入口，吸附干燥系统的出口管道连接换热器组的第五换热通道后连接重烃分离器，重烃分离器顶部气相端通过换热器组的第六换热通道后依次通过换热器组后续各级换热器；
冷箱系统的冷量由制冷剂压缩系统产生的制冷剂提供；由制冷剂压缩系统来的液相制冷剂管道通过换热器组的第一换热通道连接第一节流装置的一端，第一节流装置的另一端与换热器的第三换热通道连接；由冷剂压缩系统来的气相制冷剂管道通过换热器组的第二换热通道连接第二节流装置的一端，第二节流装置的另一端连接第三换热通道后连接制冷剂压缩系统的入口。根据优选的实施方式，其中吸附干燥系统包括第一干燥塔(Tl)和第二干燥塔(T2)，第一干燥塔和第二干燥塔二者交替地处于干燥过程和再生 过程，第三干燥塔(T3)，加热器(El)，气液分离器(T4)，和冷却器(E2)，每一个干燥塔具有一个或两个或多个吸附剂复合床层，脱酸后的富含甲烷的气体的输送管被分成两个支路即第一支路和第二支路，其中在第一支路上设置第一个阀门(Vl);在第一个阀门(Vl)之后再分三路分别经由第二个阀门(V2)、第一干燥塔(Tl)的导入管、第一干燥塔Tl和第三阀门(V3)通向液化系统，经由第四个阀门(V4)、第二干燥塔(T2)的导入管、第二干燥塔(T2)和第五阀门(V5)通向液化系统，以及经由任选的阀门、气液分离器(T4)的导出管、气液分离器(T4)、气液分离器(T4)的导入管连接到冷却器(E2)的导出端口 ；上述第二支路分别经由第十阀门(VlO)和第十一阀门(Vll)和经由第十二个阀门(V12)和第十三个阀门(V13)连接到冷却器(E2)的导入管；在第一个干燥塔(Tl)与第三个阀门(V3)之间引出支管和在第二个干燥塔(T2)与第五个阀门(V5)之间引出支管，这两个支管分别经由第八个阀门(V8)和第九个阀门(V9)之后汇合连接到加热器(El)的一端，加热器的另一端连接到第三个干燥塔(T3)的一端，干燥塔(T3)的另一端经由管道连接在第十二个阀门(V12)和第十三个阀门(V13)之间的管道上；在第一个干燥塔(Tl)与第二个阀门(V2)之间引出支管和在第二个干燥塔(T2)与第四个阀门(V4)之间引出支管，这两个支管分别经由第六个阀门(V6)和第七个阀门(V7)之后汇合连接到在第十阀门(VlO)和第十一阀门(Vll)之间的管道上。一般，借助于各阀门来控制各个过程的进行。更优选地，每一个干燥塔独立地具有至少一个，至多32个，优选2-16个、更优选4-16、进一步优选6-14个、仍然进一步优选8-12个的吸附剂床层或复合床层。每一个干燥塔的各吸附剂复合床层独立地装填选自3A或4A分子筛、活性氧化铝、活性炭以及耐水硅胶中的一种或两种或多种吸附剂，其中3A分子筛、4A分子筛或活性氧化铝作为脱水吸附剂，活性炭或耐水硅胶作为脱重烃吸附剂。进一步优选地，每一个吸附塔具有用于脱水的至少一个分子筛吸附剂床层和任选的用于脱重烃的至少一个活性炭吸附剂床层；优选每一个吸附塔具有用于脱水的2-16个、优选3-12个、更优选3-8个、更优选4_6个分子筛吸附剂床层和任选的用于脱重烃的2-16个、优选3-12个、更优选3-8个、更优选4_6个活性炭吸附剂床层。本发明的优点I、本发明所采用工艺流程首先将原料气送入冷箱中预冷至5°C 20°C，这一方法可脱去原料气中70wt%以上的水分，优选80wt%以上，更优选85wt%以上，特别优选90wt%以上的水分，从而可以显著降低天然气干燥系统的负荷，减小干燥设备尺寸并减少吸附剂消耗量。
在经过重烃分离器的处理之后，重烃组分，例如C6和C6以上的重烃组分，基本上被脱除。C6和C6以上的重烃组分被脱除至彡217ppm(优选彡200ppm,更优选彡IOOppm,进一步优选< 50ppm,最优选< IOppm)。此外，如果采用两塔或三塔吸附干燥系统，则还有以下优点2、如果利用复合床层同时脱除水分和重烃，降低了设备投资费用及后期系统能耗。本发明的从富含甲烷的混合气体中生产液化天然气的干燥脱水复合脱重烃工艺，使本发明比常规工艺路线简单且达到很好的净化效果，并降低了净化过程能耗，而且各单元操作指标更加清晰明了、易控。3、采用等压干燥脱水脱重烃，干燥塔的吸附、加热和冷却过程几乎在同样的压力下操作，提高了程控阀门的寿命。4、再生气不需单独的纯净气而是采用工艺气体，流程简单，同时由于是一个独立的系统，开停车方便。5、C6和C6以上的重烃组分被脱除至< 217ppm (优选< 200ppm,更优选< IOOppm,进一步优选< 50ppm,更进一步优选< 30ppm,再进一步优选< 20ppm,最优选< IOppm)。此外，6、如果采用三塔流程，冷吹时可将已加热的干燥塔的热量转移至下一塔，系统能耗低。另外，重烃分离器和在干燥塔中脱重烃吸附剂例如活性炭或耐水硅胶的相结合使用使得C6和C6以上的重烃组分被脱除更彻底，一般被脱除至彡217ppm，优选至彡200ppm,更优选< IOOppm,进一步优选< 50ppm,最优选< lOppm。本发明的工艺或装置通过采用两塔或三塔吸附干燥流程，可将天然气中的水分脱除至常压露点< _76°C，优选< -78°C，更优选< -80°C。
图I是现有技术的工艺流程简图；图2是本发明所述工艺装置配置图。图3是本发明的作为吸附干燥系统的复合脱水脱重烃工艺装置的流程图。
具体实施例方式下面结合附图进一步说明如图2所示，脱酸后的原料天然气首先进入冷箱内的板翅式换热器组I中进行预冷，被冷却至5°C 20°C后出冷箱，进入天然气分水罐2从罐底部脱去水分，天然气分水罐2顶部气相继续进入吸附干燥系统脱水，脱水后的天然气返回换热器组I的后续换热器中冷却至_30°C _60°C后，进入重烃分离器3进行气液分离，重烃分离器3底部获得重烃，由重烃分离器3顶部分离出的气相流股继续进入换热器组I的其余各级换热器，并在其中被冷却至-130°C -166°C后出冷箱，得到液化天然气(LNG)。
制冷剂循环工艺流程制冷剂压缩系统采用Cl C5和N2 (例如N2 5mol % _25mol %, Cl IOmol % -25mol%, C2 30mol% -55mol%, C3 IOmol % -25mol%, C5 IOmol % -25mol%,基于全部冷剂气体的总摩尔数)组成的混合工质作为制冷剂，从制冷剂压缩系统来的液相制冷剂首先进入换热器组I的第一换热通道，在其中被预冷至约_30°C _80°C，经节流阀41节流至O. 2 O. SMPaA后进入换热器组I的冷剂返回通道(即第三换热通道)，与从换热器组I后续换热器(即第二换热通道)返回的制冷剂流股汇合，为换热器组I提供冷量后出冷箱；由制冷剂压缩系统来的的气相制冷通过换热器组I的第二换热通道冷却至-135°C _169°C，再经节流阀42节流至O. 2 O. 8MPaA后进入换热器组I的冷剂返回通道(即第三换热通道)，为换热器组I提供冷量后返回制冷剂压缩系统。这里，压力单位MPaA为兆帕，绝对压力。吸附干燥系统可采用常规的吸附干燥系统，优选采用两塔或三塔等压吸附干燥流 程，采用分子筛吸附脱水，可将水分脱除至常压露点< _76°C。优选地，当吸附干燥系统采用两塔等压吸附干燥流程时来自天然气分水罐顶部的预脱水后的天然气，经吸附干燥系统的入口通道，首先分成两路气流；其中第一路气体作为工艺气直接去处于干燥过程的第一吸附塔或第二吸附塔，其中第一吸附塔和第二吸附塔交替进行吸附过程和再生过程，处于干燥过程的吸附塔中装填的吸附剂将气体中的水分吸附下来，未被吸附的气体去吸附干燥系统的出口通道；第二路气体作为再生气进入再生过程，其中吸附塔的再生过程包括加热再生和冷吹两个步骤；在加热再生步骤中，该第二路气体经加热器升温至一定温度后，用于加热需要再生的第二吸附塔或第一吸附塔，使吸附剂升温，其中的水分得以解吸出来，解吸气经冷却和分液后再与第一路气体混合，然后去处于干燥过程的吸附塔进行干燥；在冷吹过程中，来自工艺气的再生气体直接去处于再生过程的第二吸附塔或第一吸附塔，将吸附塔温度降至常温，再生气体然后经冷却和分液后与作为工艺气的另一路气体混合，最后去处于干燥过程的第一吸附塔或第二吸附塔进行干燥。优选地，当吸附干燥系统采用三塔等压吸附干燥流程时来自天然气分水罐顶部的预脱水后的天然气，经吸附干燥系统的入口通道，首先分成两路气流；其中第一路气体作为工艺气直接去处于干燥过程的第一吸附塔或第二吸附塔，其中第一吸附塔和第二吸附塔交替进行吸附过程和再生过程，处于干燥过程的吸附塔中装填的吸附剂将气体中的水分吸附下来，未被吸附的气体去吸附干燥系统的出口通道；第二路气体作为再生气进入再生过程，其中吸附塔的再生过程包括加热再生和冷吹两个步骤；在加热再生步骤中，该第二路气体首先经第三吸附塔进行干燥，然后经加热器升温至一定温度后，用于加热需要再生的第二吸附塔或第一吸附塔塔，使吸附剂升温，其中的水分得以解吸出来，解吸气经冷却和分液后再与第一路气体混合，然后去处于干燥过程的吸附塔进行干燥；在冷吹过程中，来自工艺气的再生气体直接去处于再生过程的第二吸附塔或第一吸附塔，将吸附塔温度降至常温，然后再经加热器加热后去所述第三吸附塔，对第三吸附塔中的吸附剂进行加热干燥，再生气体然后经冷却和分液后与作为工艺气的另一路气体混合，最后去处于干燥过程的第一吸附塔或第二吸附塔进行干燥。如图3所示，本发明的吸附干燥系统(干燥脱水复合脱重烃的装置)包括
第一干燥塔(Tl)和第二干燥塔(T2)，第一干燥塔和第二干燥塔二者交替地处于干燥过程和再生过程，第三干燥塔(T3)(即，辅助干燥塔)，加热器(El)，气液分离器(T4)，和冷却器(E2)，
每一个干燥塔具有一个或两个或多个吸附剂复合床层，例如3-20个床层，4-18个床层，5-16个床层，6-14个床层或8-12个床层，脱酸后的富含甲烷的气体(原料气或工艺气)的输送管被分成两个支路即第一支路和第二支路，其中在第一支路上设置第一个阀门Vl ;在第一个阀门Vl之后再分三路分别经由第二个阀门V2、第一干燥塔Tl的导入管(指该塔处于干燥过程时的导入管)、第一干燥塔Tl和第三阀门V3通向液化系统，经由第四个阀门V4、第二干燥塔T2的导入管、第二干燥塔T2和第五阀门V5通向液化系统，以及经由任选的阀门(未画出)、气液分离器T4的导出管、气液分离器T4、气液分离器T4的导入管连接到冷却器E2的导出端口 ；上述第二支路分别经由第十阀门VlO和第i^一阀门Vll和经由第十二个阀门V12和第十三个阀门V13连接到冷却器E2的导入管；在第一个干燥塔Tl与第三个阀门V3之间引出支管和在第二个干燥塔T2与第五个阀门V5之间引出支管，这两个支管分别经由第八个阀门V8和第九个阀门V9之后汇合连接到加热器El的一端(上端口或下端口)，加热器的另一端连接到第三个干燥塔T3的一端(上端口或下端口)，干燥塔T3的另一端经由管道连接在第十二个阀门V12和第十三个阀门V13之间的管道上；在第一个干燥塔Tl与第二个阀门V2之间引出支管和在第二个干燥塔(T2)与第四个阀门(V4)之间引出支管，这两个支管分别经由第六个阀门V6和第七个阀门V7之后汇合连接到在第十阀门VlO和第i^一阀门Vll之间的管道上。下面参照附图3说明干燥脱水复合脱重烃工艺流程干燥脱水复合脱重烃的装置由三台干燥塔Tl、T2和T3、一台加热器E1、一台冷却器E2、一台气液分离器T4组成；三台干燥塔中两台为主干燥塔T1、T2，一台辅助干燥塔T3 ；主干燥塔干燥及再生交替进行；再生分加热和冷却两个步骤；经干燥复合脱重烃后的产品气体常压露点< -76V (优选< -78°C，更优选< -80°C )，C6和C6以上的重烃组分脱除至
217ppm(优选< 200ppm,更优选< IOOppm,进一步优选< 50ppm,最优选< IOppm)。等压干燥脱水复合脱重烃工艺，再生气采用工艺气体，经再生过程后返回工艺气，相比传统工艺，降低了工艺气体损耗，提高了气体的液化率；干燥脱水复合脱重烃单元采用吸附剂复合床层，同时脱除水分和重烃，降低了设备投资费用及后期系统能耗；其干燥塔的吸附、加热和冷却过程几乎在同样的压力下操作，提高了设备寿命。。现以干燥塔Tl吸附为例，说明其操作过程脱除酸性气体后的富甲烷混合气首先分成两路，两路气流的流量通过流量调节阀Vl调节一路作为再生气，一路作为主流气体。其中主流气体经阀V2直接去干燥塔Tl，干燥塔Tl中装填的干燥剂及重烃脱除剂将气体中的水分和重烃吸附下来，气体经阀V3完成净化去后序液化工序。另一台干燥塔T2处于再生过程，干燥塔T2的再生过程包括加热和冷吹两个步骤
在加热再生步骤中，再生气依次经阀V12、干燥塔T3、加热器E1、阀V9、干燥塔T2、阀V7、阀Vll、冷却器E2、气液分离器T4，再与即将进入到处于吸附过程的干燥塔Tl中的工艺气体汇合，经阀V2进入正处于吸附过程的干燥塔Tl，完成对干燥塔T2的加热过程。再生气取自工艺气体，加热再生过程中不需要外来的任何载气，经再生步骤后再生气返回工艺气体。在对干燥塔T2进行加热的同时，再生气体对预干燥塔T3进行了冷却，将干燥塔T3内吸附剂及材料蓄热带走再进入加热器E1，降低加热再生所需的能量消耗。再生气在进入干燥塔T2以前，已经过干燥塔T3预干燥，再生气中的水分含量已很少(原料气中的水分含量通常减少了 80-99% )，降低干燥塔T2的干燥负荷。在冷吹步骤中，再生气依次经阀V10、阀V7、干燥塔T2、阀V9、加热器E1、干燥塔T3、阀V13、冷却器E2、气液分离器T4，再与即将进入到处于吸附过程的干燥塔Tl中的工艺气体汇合，经阀V2进入正处于吸附过程的干燥塔Tl中，完成对干燥塔T2的冷却过程。 同样，再生气取自工艺气体，加热再生过程中不需要外来的任何载气，经再生步骤后再生气返回工艺气体。在对干燥塔T2进行冷却的同时，再生气体对预干燥塔T3进行了加热，将干燥塔T2内吸附剂及材料蓄热带走再进入加热器E1，降低加热再生所需的能量消耗。再生气在进入干燥塔T3以前，已经过干燥塔T2预干燥，再生气中的水分含量已很少，降低干燥塔T3的干燥负荷。干燥塔T2经过上述加热和冷却过程后，等待进入下一次吸附操作。干燥塔Tl的再生过程与干燥塔T2的再生过程完全一样，只是需要动作的阀门编号不同。两台干燥塔交替吸附再生，实现连续操作处理气体。每一个干燥塔的复合床层可装填3A或4A分子筛、活性氧化铝、活性炭以及硅胶等吸附剂中的一种或两种或多种。接着，以干燥塔T2吸附为例，说明其操作过程脱除酸性气体后的富甲烷的混合气首先分成两路，两路气流的流量通过流量调节阀Vl调节一路作为再生气，一路作为主流气体。其中主流气体经阀V4直接去干燥塔T2，干燥塔T2中装填的干燥剂及重烃脱除剂将气体中的水分和重烃吸附下来，气体经阀V5完成净化去后序液化工序。另一台干燥塔Tl处于再生过程，干燥塔Tl的再生过程包括加热和冷吹两个步骤在加热再生步骤中，再生气依次经阀V12、干燥塔T3、加热器E1、阀V8、干燥塔Tl、阀V6、阀Vll、冷却器E2、气液分离器T4，再与即将进入到处于吸附过程的干燥塔T2中的工艺气体汇合，经阀V4进入正处于吸附过程的干燥塔T2，完成对干燥塔Tl的加热过程。再生气取自工艺气体，加热再生过程中不需要外来的任何载气，经再生步骤后再生气返回工艺气体。在对干燥塔Tl进行加热的同时，再生气体对预干燥塔T3进行了冷却，将干燥塔T3内吸附剂及材料蓄热带走再进入加热器E1，降低加热再生所需的能量消耗。再生气在进入干燥塔Tl以前，已经过预干燥塔T3预干燥，再生气中的水分含量已很少，降低干燥塔Tl的干燥负荷。在冷吹步骤中，再生气依次经阀V10、阀V6、干燥塔Tl、阀V8、加热器E1、干燥塔T3、阀V13、冷却器E2、气液分离器T4，再与即将进入到处于吸附过程的干燥塔T2中的工艺气体汇合，经阀V4进入正处于吸附过程的干燥塔T2，完成对干燥塔Tl的冷却过程。
同样，再生气取自工艺气体，加热再生过程中不需要外来的任何载气，经再生步骤后再生气返回工艺气体。在对干燥塔Tl进行冷却的同时，再生气体对预干燥塔T3进行了加热，将干燥塔Tl内吸附剂及材料蓄热带走再进入加热器E1，降低加热再生所需的能量消耗。再生气在进入干燥塔T3以前，已经过干燥塔Tl预干燥，再生气中的水分含量已很少，降低干燥塔T3的干燥负荷。干燥塔Tl经过上述加热和冷却过程后，等待进入下一次吸附操作。优选地，吸附干燥系统采用两塔或三塔等压吸附干燥工艺复合脱水脱重烃，每一个吸附塔(或干燥塔)具有用于脱水的至少一个分子筛吸附剂床层和用于脱重烃的至少一个活性炭吸附剂床层，两种床层之和一般是两个(即每一种有一个)、三个、四个(例如两个分子筛床层和两个活性炭床层)、五个(例如两个分子筛床层和三个活性炭床层)、六个、七个、八个、九个、十个、十一个、十二个、十三个、十四个、十五个或十六个，或甚至三十二个。任选地，经吸附干燥系统脱水后的天然气可以进入后续的以活性炭等为吸附剂的脱重烃纯化系统脱除重烃后，再进入冷箱系统液化。 采用除本专利所述混合制冷剂循环工艺流程以外的、为冷箱提供冷量的工艺流程，也属于本专利的保护范围。S卩，凡涉及到冷箱预冷原料气预脱水，再经吸附干燥系统精脱水的工艺流程均属本专利保护范围。
权利要求
1.一种天然气干燥及液化方法，其特征在于脱酸后的原料天然气首先进入冷箱中的板翅式换热器组进行预冷，被冷却至5°c 20°C后出换热器组，进入天然气分水罐从罐底部脱去水分，天然气分水罐顶部气相继续进入吸附干燥系统脱水，脱水后的天然气返回换热器组中冷却至_30°C -60°C后，出板翅式换热器组而进入重烃分离器进行气液分离，重烃分离器底部获得重烃，由重烃分离器顶部分离出的气相流股继续进入换热器组，并在其中被冷却至_130°C _166°C后从冷箱内的换热器组中流出，得到液化天然气。
2.根据权利要求I所述的天然气干燥及液化方法，其中在板翅式换热器中采用如下制冷剂循环工艺流程 从制冷剂压缩系统来的液相制冷剂首先进入冷箱中的换热器组的第一换热通道，在其中被预冷至约_30°C _80°C，经节流阀节流至O. 2 O. 8MPaA后进入冷剂返回通道即第三换热通道，与从换热器组的后续第二换热通道返回的制冷剂流股汇合，为换热器组提供冷量后出冷箱；由制冷剂压缩系统来的的气相制冷通过换热器组的第二换热通道即第三换热通道被冷却至_135°C _169°C，再经节流阀节流至O. 2 O. 8MPaA后进入换热器组的冷剂返回通道为换热器提供冷量，之后返回制冷剂压缩系统。
3.根据权利要求I或2所述的一种天然气干燥及液化方法，其吸附干燥系统采用两塔或三塔等压吸附干燥工艺，采用分子筛吸附脱水，将水分脱除至常压露点<-76°C。
4.根据权利要求I或2所述的一种天然气干燥及液化方法，其中，经吸附干燥系统脱水后的天然气进入后续的以活性炭为吸附剂的脱重烃纯化系统脱除重烃后，再进入冷箱系统液化。
5.根据权利要求1-4中任何一项所述的一种天然气干燥及液化方法，其吸附干燥系统采用两塔或三塔等压吸附干燥工艺，其中每一个吸附塔具有用于脱水的至少一个分子筛吸附剂床层和任选的用于脱重烃的至少一个活性炭吸附剂床层；优选每一个吸附塔具有用于脱水的2-16个、优选3-8个分子筛吸附剂床层和任选的用于脱重烃的2-16个、优选3_8个活性炭吸附剂床层。
6.根据权利要求5所述的方法，其中吸附干燥系统是按照以下方式操作的经脱酸处理后的富含甲烷混合气体分成两部分，一部分作为工艺气流进入干燥工序，另一部分作为再生气进入再生工序，进入干燥工序的富含甲烷的混合气体经干燥处理，在干燥塔吸附剂复合床层中脱除气体中的水分和任选地脱除C6和C6以上重烃，其中水分脱除至常压露点(-76°C，C6和C6以上的重烃组分任选被脱除至彡217ppm ;进入再生工序的富甲烷的气体作为干燥塔再生过程的再生气体，完成再生过程后，该部分再生气返回系统工艺气流中。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于吸附干燥系统是按照以下方式操作的 经脱酸处理后的富含甲烷的混合气体首先经流量调节阀(Vl)分成两路气流；其中第一路气体作为工艺气直接去处于干燥过程的第一干燥塔(Tl)或第二干燥塔(T2)，其中第一干燥塔和第二干燥塔交替进行干燥过程和再生过程，处于干燥过程的干燥塔(Tl或T2)中装填的干燥剂将气体中的水分吸附下来及任选装填的重烃吸附剂将气体中的重烃吸附下来，经干燥处理后的产品气体常压露点< _76°C，C6和C6以上的重烃组分任选地被脱除至< 217ppm ； 第二路气体作为再生气进入再生过程，其中干燥塔的再生过程包括加热再生和冷吹两个步骤，在加热再生步骤中，该第二路气体首先经第三干燥塔(T3)进行干燥，然后经加热器(El)升温至例如200-300°C后，加热需要再生的干燥塔(T2或Tl)，使吸附剂升温，其中的水分和重烃得以解吸出来，解吸气经冷却(E2)和分液(T4)后再与作为原料气的第一路气体混合，然后去处于干燥过程的干燥塔进行干燥；在冷吹过程中，来自工艺气的再生气体直接去处于再生过程的第二干燥塔(T2)或第一干燥塔(Tl)，将干燥塔温度降至常温，然后再经加热器加热后去所述第三干燥塔(T3)，对第三干燥塔中的吸附剂进行加热干燥，再生气体然后经冷却(E2)和分液(T4)后与作为工艺气的另一路气体混合，最后去处于干燥过程的第一干燥塔或第二干燥塔进行干燥。
8.一种天然气干燥及液化工艺装置，其特征在于，该装置包括吸附干燥系统、制冷剂压缩系统和冷箱系统， 其中制冷剂压缩系统具有一个气相冷剂出口通道、一个液相冷剂出口通道和入口通道； 其中冷箱系统包括 一组板翅式换热器组，它包含至少六个换热通道第一、第二、第三、第四、第五和第六换热通道，所述第一换热通道和第二换热通道经由两根管道分别与所述制冷剂压缩系统的液相冷剂出口通道和气相冷剂出口通道连接，第三换热通道与所述制冷剂压缩系统的入口通道连接； 与所述板翅式换热器组的第一换热通道和第三换热通道连接的第一台节流装置； 与所述板翅式换热器组的第二换热通道和第三换热通道连接的第二台节流装置； 和 与所述板翅式换热器组的一个换热通道即第四换热通道连接的一台天然气分水罐，入口端与所述板翅式换热器组的另一个换热通道即第五换热通道连接的一台天然气重烃分离器； 用于输送脱酸后天然气的管道通过换热器组的上述第四换热通道连接到天然气分水罐，天然气分水罐顶部气相端连接吸附干燥系统的一个入口通道，吸附干燥系统的一个出口通道连接冷箱中板翅式换热器组的第五换热通道的入口，第五换热通道的出口连接到重烃分离器，重烃分离器的顶部气相端通过换热器组的一个换热通道即第六换热通道后出冷箱。
9.根据权利要求8所述的天然气干燥及液化工艺装置，其特征在于，重烃分离器的顶部气相端依次通过换热器组的第六换热通道后进一步通过换热器组的另外第七换热通道后出冷箱。
10.根据权利要求8所述的天然气干燥及液化工艺装置，其中吸附干燥系统包括 第一干燥塔(Tl)和第二干燥塔(T2)，第一干燥塔和第二干燥塔二者交替地处于干燥过程和再生过程， 第三干燥塔(T3)， 加热器(El)， 气液分离器(T4)，和 冷却器(E2)， 每一个干燥塔具有一个或两个或多个吸附剂复合床层， 脱酸后的富含甲烷的气体的输送管被分成两个支路即第一支路和第二支路，其中在第一支路上设置第一个阀门(Vl);在第一个阀门(Vl)之后再分三路分别经由第二个阀门(V2)、第一干燥塔(Tl)的导入管、第一干燥塔Tl和第三阀门(V3)通向液化系统，经由第四个阀门(V4)、第二干燥塔(T2)的导入管、第二干燥塔(T2)和第五阀门(V5)通向液化系统，以及经由任选的阀门、气液分离器(T4)的导出管、气液分离器(T4)、气液分离器(T4)的导入管连接到冷却器(E2)的导出端口 ；上述第二支路分别经由第十阀门(VlO)和第十一阀门(Vll)和经由第十二个阀门(V12)和第十三个阀门(V13)连接到冷却器(E2)的导入管；在第一个干燥塔(Tl)与第三个阀门(V3)之间引出支管和在第二个干燥塔(T2)与第五个阀门(V5)之间引出支管，这两个支管分别经由第八个阀门(V8)和第九个阀门(V9)之后汇合连接到加热器(El)的一端，加热器的另一端连接到第三个干燥塔(T3)的一端，干燥塔(T3)的另一端经由管道连接在第十二个阀门(V12)和第十三个阀门(V13)之间的管道上；在第一个干燥塔(Tl)与第二个阀门(V2)之间引出支管和在第二个干燥塔(T2)与第四个阀门(V4)之间引出支管，这两个支管分别经由第六个阀门(V6)和第七个阀门(V7)之后汇合连接到在第十阀门(VlO)和第十一阀门(Vll)之间的管道上。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于每一个干燥塔的各吸附剂复合床层独立地装填选自3A或4A分子筛、活性氧化铝、活性炭以及耐水硅胶中的一种或两种或多种吸附剂，其中3A分子筛、4A分子筛或活性氧化铝作为脱水吸附剂，活性炭或耐水硅胶作为脱重烃吸附剂。
全文摘要
本发明涉及一种天然气干燥及液化工艺方法及装置，该方法所采用装置包括吸附干燥系统、制冷剂压缩系统和冷箱系统，冷箱系统包括一组板翅式换热器组、一台天然气分水罐、一台重烃分离器和两台节流装置。本发明在现有工艺流程基础上加以改进，首先将原料气送入冷箱中预冷，再进入天然气分水罐分离出冷凝水分，以脱去其中70wt％以上的水分，再送去吸附干燥系统深度脱水，可以显著降低天然气干燥系统的负荷，减小干燥设备尺寸并减少吸附剂消耗量。
文档编号F25J1/02GK102643694SQ20121012812
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月27日 优先权日2012年4月27日
发明者付吉国, 何振勇, 郑海燕 申请人:新地能源工程技术有限公司