本发明涉及一种利用低温分离工艺脱除天然气中汞的装置及方法。
背景技术：
随着全球天然气资源的大量开发，以及天然气作为清洁能源在工业与民用中的应用，天然气在能源领域担任着越来越重要的作用，天然气脱汞工艺已成为天然气加工和处理的一个重要组成部分。
汞是天然气中一种常见有害重金属元素，汞具有高挥发性、高毒性、强腐蚀性，在天然气处理过程中汞不仅腐蚀设备而且给人体健康带来很大威胁，汞一旦进入环境还会造成环境污染。因此，安全开发和利用含汞天然气，保护人身安全，防止汞污染环境的有效措施是将天然气中的汞脱除，降低天然气中汞含量。在目前的天然气处理中已有化学吸附、溶液吸收、低温分离、阴离子树脂和膜分离等工艺。
技术实现要素：
为了克服现有技术的缺点，本发明提供了一种天然气脱汞装置及方法，旨在解决天然气处理中由于汞对设备的腐蚀和对环境的危害，有效降低汞对醇烃液系统以及乙二醇再生系统的影响，减少吸附剂用量降低工程投资。
本发明所采用的技术方案是：一种天然气脱汞装置，包括原料气预冷器、原料气分离器、原料气后冷器、制冷设施和低温分离器，其中：原料气预冷器的底部出口通过管线与原料气分离器的进口连接，原料气分离器的气相出口通过管线与原料气后冷器的顶部进口连接，原料气后冷器的底部出口通过管线与制冷设施的进口连接，制冷设施的出口通过管线与低温分离器的进口连接，低温分离器的气相出口通过管线与原料气后冷器的底部进口连接，原料气后冷器的顶部出口通过管线与原料气预冷器的底部进口连接；所述低温分离器的侧面出口通过管线与醇再生系统连接，所述低温分离器的底部出口通过管线与汞收集系统连接，在靠近低温分离器的侧面出口处设置有脱汞内构件。
本发明还提供了一种天然气脱汞方法，包括如下步骤：
步骤一、原料气依次进入原料气预冷器、原料气分离器、原料气后冷器和制冷设施，经制冷设施降温后进入低温分离器进行低温分离，待低温分离器的液位达到正常液位为止；
步骤二、低温分离器分离后的产品气经顶部的气相出口进入原料气后冷器，再经上部出口进入原料气预冷器，最后经原料气预冷器上部出口至外输装置；
步骤三、低温醇烃液由低温分离器侧面采出后经管线进入醇再生系统；
步骤四、低温汞由低温分离器底部采出后经管线进入汞收集系统。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：通过对低温分离器的内部结构进行改进，设置脱汞内构件，将醇烃液由低温分离底部采出更改为由侧面采出，低温液体汞则由低温分离器底部分出进行低温脱汞脱水脱烃；本发明采用原料气预冷器、原料气分离器、原料气后冷器、制冷设施、低温分离器组成的低温分离脱汞脱水脱烃系统，有效地利用低温分离器分离脱除原料气中的汞、水和重烃类。本发明的积极效果具体表现如下：
（1）本发明通过低温分离工艺，使得天然气中的汞由气相进入液相，能够有效分离出天然气中的汞，醇烃液从低温分离器侧向采出，低温液体汞液从低温分离器底部采出，避免对下游天然气处理设备的腐蚀和对环境的危害。
（2）本发明降低了醇烃液中的汞含量，能够有效减少汞对醇烃液和乙二醇再生系统的腐蚀和危害。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1 为本发明的工艺流程图；
图2为低温分离器的结构示意图。
具体实施方式
一种天然气脱汞装置，如图1所示，包括：原料气预冷器1、原料气分离器2、原料气后冷器3、制冷设施4、低温分离器5、外输装置6等，其中：
原料气预冷器1的底部出口通过管线<2>与原料气分离器2的进口连接，原料气分离器2的气相出口通过管线<3>与原料气后冷器3的顶部进口连接，原料气后冷器3的底部出口通过管线<4>与制冷设施4的进口连接，制冷设施4的出口通过管线<5>与低温分离器5的进口连接，低温分离器5的气相出口通过管线<6>与原料气后冷器3的底部进口连接，原料气后冷器3的顶部出口通过管线<7>与原料气预冷器1的底部进口连接；原料气预冷器1的旁通管线<8>通过管线<9>与外输装置6的进口连接，外输装置6的出口与管线<10>连接。
在原料气预冷器1的旁通管线<8>上设置有调节阀。
低温分离器5的侧面出口通过管线<11>与醇再生系统连接，在管线<11>上设置有液位调节阀，用于控制低温分离器5的液位；低温分离器5的底部出口通过管线<12>与汞收集系统连接。
原料气分离器2的液相出口与管线<13>连接，在管线<13>上设置有液位调节阀；用于控制原料气分离器2的液位。
所述低温分离器的结构如图2所示，包括入口管嘴21、气相出口22、醇烃液出口23、液体汞出口24、脱汞内构件25、一级至四级气液分离元件26至29，其中：
脱汞内构件25、一级至四级气液分离元件26至29设置在低温分离器内部，均与低温分离器筒体紧密衔接。其中：一级气液分离元件26位于分离器入口处，向上依次为二级气液分离元件27、三级气液分离元件28、四级气液分离元件29，在低温分离器的侧面靠近出口23处设置脱汞内构件25。
低温分离器的工作流程是：经制冷设施4制冷后的天然气、液体汞及醇烃液由入口21进入低温分离器，气液两相依次经过一至四级气液分离元件的分离后，气相由出口22离开低温分离器，成为合格的天然气产品，醇烃液及液体汞则沉降至低温分离器底部；在醇烃液出口23处设置的脱汞内构件25将醇烃液和液体汞分离，醇烃液由出口23采出，液体汞由出口24采出。
本发明还提供了一种天然气脱汞方法，包括如下步骤：
步骤一、脱汞脱水脱烃装置开工时，原料气自管线<1>至原料气预冷器1，然后经管线<2>至原料气分离器2，再经管线<3>至原料气后冷器3，再经管线<4>至制冷设施4，降温至所需制冷温度后通过管线<5>进入低温分离器5低温分离，待低温分离器5液位达到正常液位为止；
步骤二、产品气自管线<6>至原料气后冷器3，再经管线<7>至原料气预冷器1，最后经管线<9>至外输装置6；
其中原料气预冷器1旁通管线<8>上调节阀根据原料气管线<2>的温度进行调节至水合物生成温度的3~5℃以上。
步骤三、低温醇烃液由低温分离器5侧面采出自管线<11>进入醇再生系统。
步骤四、低温汞由低温分离器5底部采出自管线<12>进入汞收集系统。
其中原料气分离器2的液位由管线<13>上的液位调节阀控制，低温分离器5的液位由管线<11>上的液位调节阀控制。
本发明的工作原理是：将传统的低温分离器结构形式进行改进，在低温分离器内部设置脱汞内构件，将传统的醇烃液由低温分离器底部采出更改为由侧面采出。在低温的条件下，汞由气相进入到液相中，根据汞与醇烃液的较大密度差在低温分离器中实现液体汞与醇烃液的分离；此外可以根据低温分离器气相中汞含量的高低，采用低温分离+吸附剂吸附工艺，选择性在后端增加吸附脱汞工艺。