本实用新型属于天然气净化技术领域，特别涉及一种降压再生的LNG原料气脱水装置。
背景技术：
天然气常用的脱水方法主要有低温分离法、溶剂吸收法、固体吸附法和膜分离法等。因LNG(Liquefied Natural Gas，液化天然气)原料气中会不可避免的含有一定量的水分，这些水分主要是天然气在脱酸气(H2S、CO2等杂质)时从醇胺溶液中带出的，为了避免其在低温环境下冻结而堵塞冷箱和阀门等，影响整个LNG工厂的正常稳定运行，需要对LNG原料气中的水分进行脱除。
由于LNG原料气要求深度干燥，水分的含量通常要求在1ppmv以下，因此，LNG原料气脱水一般采用分子筛作为吸附剂的固体吸附法。传统的分子筛脱水一般多采用等压再生方式的双塔流程，这种流程有以下不足之处：其一，分子筛床层再生时热量没用充分利用且操作弹性小；其二，需要增设一个再生气压缩机；其三，分子筛床层的再生效果不太理想，而影响分子筛脱水精度的因素主要是分子筛床层是否充分再生。
因此，如何设计一种能够克服上述缺陷的原料气脱水装置，是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现要素：
本实用新型提供了一种降压再生的LNG原料气脱水装置，不增设再生气压缩机，采用分子筛三塔脱水流程，通过在流程中设置升压系统及泄压系统实现吸附塔内分子筛床的降压再生，使分子筛床得到充分地再生，使其彻底地恢复重新吸收水分的能力，从而保证LNG原料气的脱水指标合格。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种LNG原料气脱水装置，包括：原料进气管道，输出管道，第一吸附塔，第二吸附塔，第三吸附塔，再生气加热器，第一升压器，第二升压器，第三升压器，以及依次连通的降压器、再生气冷却器、再生气气液分离器，
均与所述第一吸附塔的第一端口连通的第一进气管道、第一冷吹排出管道、和第一热吹排出管道，
均与所述第一吸附塔的第二端口连通的第一升压管道、第一出气管道、第一冷吹进入管道、和第一热吹进入管道，
均与所述第二吸附塔的第一端口连通的第二进气管道、第二冷吹排出管道、和第二吹热排出管道，
均与所述第二吸附塔的第二端口连通的第二升压管道、第二出气管道、第二冷吹进入管道、和第二热吹进入管道，
均与所述第三吸附塔的第一端口连通的第三进气管道、第三冷吹排出管道、和第三热吹排出管道，
均与所述第三吸附塔的第二端口连通的第三升压管道、第三出气管道、第三冷吹进入管道、和第三热吹进入管道，
串接于所述第一进气管道的第一进气阀，串接于所述第二进气管道的第二进气程控阀，串接于所述第三进气管道的第三进气程控阀，串接于所述第一冷吹排出管道的第一塔顶冷吹阀，串接于所述第二冷吹排出管道的第二塔顶冷吹阀，串接于所述第三冷吹排出管道的第三塔顶冷吹阀，串接于所述第一热吹排出管道的第一塔顶热吹阀，串接于所述第二热吹排出管道的第二塔顶热吹阀，串接于所述第三热吹排出管道的第三塔顶热吹阀，串接于所述第一升压管道的第一升压器，串接于所述第二升压管道的第二升压器，串接于所述第三升压管道的第三升压器，串接于所述第一出气管道的第一脱水阀，串接于所述第二出气管道的第二脱水阀，串接于所述第三出气管道的第三脱水阀，串接于所述第一冷吹进入管道的第一冷吹进入阀，串接于所述第二冷吹进入管道的第二冷吹进入阀，串接于所述第三冷吹进入管道的第三冷吹进入阀，串接于所述第一热吹进入管道的第一热吹进入阀，串接于所述第二热吹进入管道的第二热吹进入阀，串接于所述第三热吹进入管道的第三热吹进入阀，
其中，所述第一进气管道、所述第二进气管道和所述第三进气管道均与所述原料进气管道连通；
所述第一冷吹排出管道、第二冷吹排出管道和第三冷吹排出管道均与所述再生气加热器连通；
所述第一热吹排出管道、第二热吹排出管道和第三热吹排出管道均与所述降压器连通；
所述第一出气管道、所述第二出气管道和所述第三出气管道均与所述输出管道连通；
所述第一冷吹进入管道、所述第二冷吹进入管道和所述第三冷吹进入管道均与所述输出管道连通；
所述第一热吹进入管道、所述第二热吹进入管道和所述第三热吹进入管道均与所述再生气加热器连通，
所述第一升压管道、所述第二升压管道和所述第三升压管道均与所述输出管道连通。
优选地，在上述LNG原料气脱水装置中，还包括串联于所述输出管道上的净化装置。
优选地，在上述LNG原料气脱水装置中，还包括串联于所述输出管道上的调节阀。
优选地，在上述LNG原料气脱水装置中，所述净化装置为粉尘过滤器。
优选地，在上述LNG原料气脱水装置中，所述第一升压器为串联连接的第一升压阀和第一升压阻力元件，
第二升压器为串联连接的第二升压阀和第二升压阻力元件，
第三升压器为串联连接的第三升压阀和第三升压阻力元件。
优选地，在上述LNG原料气脱水装置中，所述降压器包括：
程控阀；
并联设置在所述程控阀两端的第一阻力元件。
优选地，在上述LNG原料气脱水装置中，还包括串联于所述再生气气液分离器的排出污水端口上的第二阻力元件。
优选地，在上述LNG原料气脱水装置中，所述第一升压阻力元件、所述第二升压阻力元件、所述第三升压阻力元件、所述第一阻力元件、所述第二阻力元件和/或所述调节阀为截止阀。
本实用新型提供的LNG原料气脱水装置，采用降压再生方式的分子筛三塔脱水流程。三个吸附塔的上下分别由管线与阀门相连接。原料气通过入口管线与第一吸附塔、第二吸附塔以及第三吸附塔相连，经由其中第一吸附塔脱除水后的天然气通过该吸附塔塔底的脱水阀及管线，一部分天然气通过第二个吸附塔底部的冷吹进入阀进入，作为第二吸附塔的冷吹气，对其床层进行冷吹，之后通过吸附塔顶部的冷吹排出阀，排出后进入再生气加热器，经加热后的气体作为第三个吸附塔的热吹气，热吹气从吸附塔底部的热吹进入阀，进入床层并对床层进行加热使其吸附的水分解析，然后从吸附塔顶部的塔顶热吹阀排出。本方案采用分子筛三塔脱水流程，通过在流程中设置升压系统及泄压系统实现吸附塔内分子筛床的降压再生，使分子筛床得到充分地再生，使其彻底地恢复重新吸收水分的能力，从而保证LNG原料气的脱水指标合格。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本实用新型所提供的LNG原料气脱水装置的工艺流程图。
上图中：第一吸附塔D1A、第二吸附塔D1B、第三吸附塔D1C；第一进气阀K1A、第二进气阀K1B、第三进气阀K1C；第一脱水阀K2A、第二脱水阀K2B、第三脱水阀K2C；第一塔顶冷吹阀K3A、第二塔顶冷吹阀K3B、第三塔顶冷吹阀K3C；第一冷吹进入阀K4A、第二冷吹进入阀K4B、第三冷吹进入阀K4C；第一塔顶热吹阀K5A、第二塔顶热吹阀K5B、第三塔顶热吹阀K5C；第一热吹进入阀K6A、第二热吹进入阀K6B、第三热吹进入阀K6C；第一升压阀K7A、第二升压阀K7B、第三升压阀K7C；第一升压阻力元件V1A、第二升压阻力元件V1B、第三升压阻力元件V1C；程控阀K8；第一阻力元件V2、第二阻力元件V3、调节阀V4；粉尘过滤器F1；再生气加热器H1；再生气冷却器E1；再生气气液分离器S1；原料气A、净化气B、再生气C、污水D。
具体实施方式
本实用新型的核心是提供一种LNG原料气脱水装置，不增设再生气压缩机，采用分子筛三塔脱水流程，通过在流程中设置升压系统及泄压系统实现吸附塔内分子筛床的降压再生，使分子筛床得到充分地再生，使其彻底地恢复重新吸收水分的能力，从而保证LNG原料气的脱水指标合格。
为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型提供的技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
请参考图1，本实用新型所提供的一种LNG原料气脱水装置，包括第一吸附塔D1A、第二吸附塔D1B、第三吸附塔D1C、再生气加热器H1、第一升压器，第二升压器，第三升压器，以及依次连通的降压器、再生气冷却器E1、再生气气液分离器S1。上述三个吸附塔的上部和下部分别设有管线与阀门相连接。
本实用新型提供的LNG原料气脱水装置，采用降压再生方式的分子筛三塔脱水流程。三个吸附塔的上下分别由管线与阀门相连接。原料气通过入口管线与第一吸附塔、第二吸附塔以及第三吸附塔相连，经由其中第一吸附塔脱除水后的天然气通过该吸附塔塔底的脱水阀及管线，一部分天然气通过第二个吸附塔底部的冷吹进入阀进入，作为第二吸附塔的冷吹气，对其床层进行冷吹，之后通过吸附塔顶部的冷吹排出阀，排出后进入再生气加热器，经加热后的气体作为第三个吸附塔的热吹气，热吹气从吸附塔底部的热吹进入阀，进入床层并对床层进行加热使其吸附的水分解析，然后从吸附塔顶部的塔顶热吹阀排出。本方案采用分子筛三塔脱水流程，通过在流程中设置升压系统及泄压系统实现吸附塔内分子筛床的降压再生，使分子筛床得到充分地再生，使其彻底地恢复重新吸收水分的能力，从而保证LNG原料气的脱水指标合格。
具体其中，第一进气管道、第一冷吹排出管道、和第一热吹排出管道均与第一吸附塔D1A的第一端口连通。第一升压管道、第一出气管道、第一冷吹进入管道、和第一热吹进入管道均与第一吸附塔D1A的第二端口连通。第二进气管道、第二冷吹排出管道、和第二吹热排出管道均与第二吸附塔D1B的第一端口连通。第二升压管道、第二出气管道、第二冷吹进入管道、和第二热吹进入管道均与第二吸附塔D1B的第二端口连通。第三进气管道、第三冷吹排出管道、和第三热吹排出管道均与第三吸附塔D1C的第一端口连通。第三升压管道、第三出气管道、第三冷吹进入管道、和第三热吹进入管道均与第三吸附塔D1C的第二端口连通。
第一进气阀K1A串接于第一进气管道，第二进气程控阀K1B串接于第二进气管道，第三进气程控阀K1C串接于第三进气管道，第一塔顶冷吹阀K3A串接于第一冷吹排出管道，第二塔顶冷吹阀K3B串接于第二冷吹排出管道，第三塔顶冷吹阀K3C串接于第三冷吹排出管道，第一塔顶热吹阀K5A串接于第一热吹排出管道，第二塔顶热吹阀K5B串接于第二热吹排出管道，第三塔顶热吹阀K5C串接于第三热吹排出管道，第一升压器串接于第一升压管道，第二升压器串接于第二升压管道，第三升压器串接于第三升压管道，第一脱水阀K2A串接于第一出气管道，第二脱水阀K2B串接于第二出气管道，第三脱水阀K2C串接于第三出气管道，第一冷吹进入阀K4A串接于第一冷吹进入管道，第二冷吹进入阀K4B串接于第二冷吹进入管道，第三冷吹进入阀K4C串接于第三冷吹进入管道，第一热吹进入阀K6A串接于第一热吹进入管道，第二热吹进入阀K6B串接于第二热吹进入管道，第三热吹进入阀K6C串接于第三热吹进入管道。
其中，第一进气管道、第二进气管道和第三进气管道均与原料进气管道连通。第一冷吹排出管道、第二冷吹排出管道和第三冷吹排出管道均与再生气加热器H1连通。再生气加热器H1，用于将一个吸附塔的冷吹气加热到设定值如280℃后作为另一个吸附塔的热吹气。第一热吹排出管道、第二热吹排出管道和第三热吹排出管道均与降压器连通。第一出气管道、第二出气管道和第三出气管道均与输出管道连通。第一冷吹进入管道、第二冷吹进入管道和第三冷吹进入管道均与输出管道连通。第一热吹进入管道、第二热吹进入管道和第三热吹进入管道均与再生气加热器H1连通。第一升压管道、第二升压管道和第三升压管道均与输出管道连通。
本方案脱水装置的升压系统为第一升压器、第二升压器和第三升压器，用于给完成冷吹操作的吸附塔升压。
进一步，本方案还包括串联于输出管道上的净化装置以及串联于输出管道上的调节阀V4。用于对进入第一冷吹进入管道的第一冷吹进入阀K4A、第二冷吹进入管道的第二冷吹进入阀K4B以及第三冷吹进入管道的第三冷吹进入阀K4C的再生气进行净化。净化装置可以为粉尘过滤器F1，用于过滤随天然气中带出的分子筛粉尘，以避免粉尘带入下游工序对后续的设备管线等造成堵塞。粉尘过滤器F1与第一冷吹进入阀K4A、第二冷吹进入阀K4B以及第三冷吹进入阀K4C之间还连接有调节阀V4。脱水装置中再生气包括热吹气和冷吹气的来源为经吸附处理后的净化气，流量的大小可以通过安装在管线上的调节阀V4控制。本装置设置有升压组件，即第一升压阀和第一升压阻力元件、第二升压阀和第二升压阻力元件、以及第三升压阀、第三升压阻力元件，通过取一部分脱水后的天然气对完成冷吹操作的吸附塔升压。
第一升压器为串联连接的第一升压阀K7A和第一升压阻力元件V1A，第二升压器为串联连接的第二升压阀K7B和第二升压阻力元件V1B，第三升压器为串联连接的第三升压阀K7C和第三升压阻力元件V1C。第一升压阀K7A、第二升压阀K7B、第三升压阀K7C为开关阀在管路中只有通断作用，而第一升压阻力元件V1A、第二升压阻力元件V1B、第三升压阻力元件V1C为设置的阻力元件，其阻力大小可在一定范围内调整，通过调整其阻力的大小可以控制系统升压的速度，以免出现吸附塔升压速度过而损坏分子筛床层的情况出现。
本方案的泄压系统为降压器，用于给吸附塔在进行热吹操作前泄压，降压器具体还包括程控阀K8以及并联设置在程控阀K8两端的第一阻力元件V2。程控阀K8为开关阀在管路中只有通断作用，而第一阻力元件V2为设置的阻力元件，其阻力大小可在一定范围内调整，通过调整其阻力的大小可以控制系统泄压的速度，以免出现吸附塔泄压速度过而损坏分子筛床层的情况出现。该分子筛系统的泄压操作分两阶段：第一阶段，在刚开始泄压操作时因吸附塔和下游装置即再生气气液分离器S1的压差较大。只打开第一阻力元件V2，和第一塔顶热吹阀K5A、第二塔顶热吹阀K5B以及第三塔顶热吹阀K5C中的一个，以保证泄压速度不超过0.3Mpa/min，符合天然气脱水设计规范(SY/T 0076-2008)的要求；第二阶段，打开程控阀K8、第一阻力元件V2和第一塔顶热吹阀K5A、第二塔顶热吹阀K5B以及第三塔顶热吹阀K5C中的一个将分子筛床层的压力泄压到设定值。再生气气液分离器S1的排出污水端口上设置有第二阻力元件V3。当再生气气液分离器S1排出污水D时，第二阻力元件V3用于控制污水排出速度。
本方案通过加入泄压系统可以实现分子筛床层的降压再生，因吸附脱水的原理是利用水分子和分子筛间范德瓦尔斯力的一个物理吸附过程，在较低的压力下有利于再生操作，可以使分子筛吸附剂得到充分地再生，使其彻底地恢复重新吸收水分的能力，从而保证LNG原料气的脱水指标合格。
从吸附塔顶部的第一塔顶热吹阀K5A、第二塔顶热吹阀K5B或第三塔顶热吹阀K5C排出的再生气C依次经过再生气冷却器E1、再生气气液分离器S1后，再生气气液分离器S1中分离出的水进入排污系统，而再生气气液分离器S1顶部的再生气则返回到原料气压缩机，实现对再生气的循环回收利用。
其中，本方案中的第一升压阻力元件V1A、第二升压阻力元件V1B、第三升压阻力元件V1C、第二阻力元件V2、第三阻力元件V3和/或调节阀V4为截止阀。
原料气A在脱水装置中的控制过程具体为：原料气A通过入口管线与第一吸附塔D1A、第二吸附塔D1B以及第三吸附塔D1C相连，脱除水后的天然气通过吸附塔塔底的排出管线进入到净化装置，过滤后的净化气一部分输出到下游工序，另一部分作为本单元的冷吹气，其流量的大小可通过调节阀V4进行调节。冷吹气通过吸附塔底部的第一冷吹进入阀K4A、第二冷吹进入阀K4B或第三冷吹进入阀K4C，进入其中一个吸附塔对其床层进行冷吹，之后通过吸附塔顶部的第一塔顶冷吹阀K3A、第二塔顶冷吹阀K3B或第三塔顶冷吹阀K3C，排出后进入再生气加热器H1，经再生气加热器H1加热后的气体作为另一个吸附塔的热吹气，热吹气从吸附塔底部的第一热吹进入阀K6A、第二热吹进入阀K6B或第三热吹进入阀K6C，进入床层并对床层进行加热使其吸附的水分解析，然后从吸附塔顶部的第一塔顶热吹阀K5A、第二塔顶热吹阀K5B或第三塔顶热吹阀K5C排出，即完成处理成再生气C。
本实用新型所提供的一种LNG原料气脱水装置，三个吸附塔的上部和下部分别设有管线与阀门相连接。原料气A经由吸附塔、净化装置又回到吸附塔完成冷吹操作，从吸附塔出来后又通过再生气加热器加热后作为第三个吸附塔的热吹气。本装置设置的升压组件，即第一升压阀和第一升压阻力元件、第二升压阀和第二升压阻力元件、以及第三升压阀、第三升压阻力元件，通过取一部分脱水后的天然气给完成冷吹操作的吸附塔升压。阻力元件阻力大小可在一定范围内调整，通过调整其阻力的大小可以控制系统升压的速度。本实用新型提供了一种LNG原料气脱水装置，不增设再生气压缩机，采用分子筛三塔脱水流程，通过在流程中设置升压措施以免出现吸附塔升压速度过快而损坏分子筛床层的情况出现，具有再生效果好、再生能耗低的优点。
在一种具体实施方式中，第一吸附塔D1A、第二吸附塔D1B和第三吸附塔D1C按照程序控制在每个周期中分别要完成吸附、泄压、热吹、等待、冷吹、升压过程。其分子筛时序控制过程见下表1：
表1吸附塔分子筛时序控制
表内所表述的吸附周期0-8小时、8-16小时、16-24小时只是一种实施方式的例举，在实际应用当中，每个吸附周期可为其他时间段如6、10、12小时等。下面以第一吸附塔D1A进行吸附操作，第二吸附塔D1B进行泄压、热吹、等待1操作，第三吸附塔D1C进行等待2、冷吹、升压操作为例进行说明，具体过程如下其他过程类似，只需要切换吸附塔上相应位置的控制阀：
第一吸附塔D1A进行吸附操作、第二吸附塔D1B进行泄压操作、第三吸附塔D1C进行等待2操作时：如图1所示，原料气A由入口管线通过第一进气阀K1A进入到第一吸附塔D1A中，在吸附塔中脱水后由第一脱水阀K2A通过出口管线进入到粉尘过滤器F1中，过滤后的净化气B输出到下游工序；第二吸附塔D1B进行泄压操作时，第二吸附塔D1B中的压力通过打开第二塔顶热吹阀K5B、第一阻力元件V2、程控阀K8进行泄放，泄放气体依次通过再生气冷却器E1和再生气气液分离器S1分离掉水后返回原料气A压缩机增压，实现泄放气体的回收利用；第三吸附塔D1C进行等待2操作时，第三吸附塔D1C上设置的所有阀门均处于关闭状态，等待第二吸附塔D1B完成泄放操作后进入冷吹操作。
第一吸附塔D1A进行吸附操作、第二吸附塔D1B进行热吹操作、第三吸附塔D1C进行冷吹操作时：如图1所示，原料气A由入口管线通过第一进气阀K1A进入到第一吸附塔D1A中，在吸附塔中脱水后由第一脱水阀K2A通过出口管线进入到粉尘过滤器F1中，过滤后的净化气B一部分输出到下游工序，另一部分作为本单元的冷吹气。冷吹气的流量可通过冷吹气管线上的调节阀V4进行调节，冷吹气通过第三冷吹进入阀K4C进入到第三吸附塔D1C中，对床层进行冷吹，之后冷吹气由第三塔顶冷吹阀K3C排出到再生气加热器H1加热到约280℃后作为第二吸附塔D1B的热吹气，使冷吹气中的热量得到了充分利用。热吹气通过第二热吹进入阀K6B进入到第二吸附塔D1B中，对床层进行加热并将床层中吸附的水解析出来由第二塔顶热吹阀K5B排出进入再生气冷却器E1，然后通过再生气分离器V1分离掉水后返回原料气A压缩机增压，实现再生气的循环回收利用。
第一吸附塔D1A进行吸附操作、第二吸附塔D1B进行等待1操作、第三吸附塔D1C进行升压操作时：如图1所示，原料气A由入口管线通过第一进气阀K1A进入到第一吸附塔D1A中，在吸附塔中脱水后由第一脱水阀K2A通过出口管线进入到粉尘过滤器F1中，过滤后的净化气B输出到下游工序；第二吸附塔D1B进行等待1操作时，第二吸附塔D1B上设置的所有程控阀均处于关闭状态，等待第一吸附塔D1A、第三吸附塔D1C完成相应操作后进入下一步；第一吸附塔D1C进行升压操作时，通过打开阀门第三升压阀K7C、第三升压阻力元件V1C对第三吸附塔D1C进行缓慢升压，升压气体来自于经第一吸附塔D1A脱水后的净化气B。
本方案所提供的脱水装置为降压再生的三塔流程，其操作弹性大，再生时的热量能够充分利用，通过设置升压系统、泄压系统可以实现分子筛床层的降压再生，因吸附脱水的原理是利用水分子和分子筛间范德瓦尔斯力的一个物理吸附过程，在较低的压力下有利于再生操作，可以使分子筛吸附剂得到充分地再生，使其彻底地恢复重新吸收水分的能力，从而保证LNG原料气的脱水指标合格。本文所述三个吸附塔可以不同，也可以具有对称性和互换性，其规格、型号可以相同，可以装填有相同数量的分子筛，设置有相同数量、规格的阀门。
本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。