本发明涉及天然气液化技术中的天然气预处理技术领域，具体涉及一种脱除天然气中二氧化碳的工艺系统及方法。
背景技术：
：
天然气是一种绿色环保、经济实惠、安全可靠的优质能源，发展天然气工业，天然气液化技术中天然气净化工艺的研究也尤为重要，因天然气中的较高凝固点组分如二氧化碳、水分及重烃等在天然气液化过程中会凝固并堵塞设备，必须在液化之前将其脱除；传统的湿法脱除天然气中二氧化碳，其流程复杂，设备繁多，醇胺试剂有毒性，操作中需补充溶液及脱盐水。
天然气脱二氧化碳处理方法可分为湿法与干法两种，湿法脱二氧化碳发展较为成熟且应用较多的为醇胺法，醇胺法具有吸收、再生的工艺脱除精度比较高、处理量大、天然气甲烷收率高等优点，满足lng装置对净化气的要求，但醇胺法流程复杂，设备繁多，醇胺试剂有毒性，且在操作中需定期补充胺液及脱盐水，脱二氧化碳工序需与脱水工序分离设置，针对缺水或用地紧张的地区适用性不好；干法脱二氧化碳中采用变温吸附法（tsa）可达到天然气脱二氧化碳、脱水及脱重烃目的，具有流程简单、操作简便、无腐蚀及污染、占地面积小、运行费用低等显著优点，但单一利用常规变温吸附法时，因再生气中二氧化碳不同于水分及重烃，冷却后无法分离出去，造成这部分再生气无法循环利用，以资源利用最大化为原则，再生气可用作分布式能源发电,但在不采用分布式能源的场合，这部分再生气白白浪费掉了，造成lng装置天然气甲烷回收率不高，因此传统干法脱碳并不适用于不采用分布式能源的场合。
技术实现要素：
：
本发明的目的是提供一种脱除天然气中二氧化碳的工艺系统及方法，流程简单、适用性强，工艺采用三塔（也可根据情况采用二塔）变温吸附（tsa）与循环增压机串联流程脱除天然气中二氧化碳性气体或其他杂质。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种脱除天然气中二氧化碳的工艺系统，其组成包括：原料天然气入口，所述的原料天然气入口通过阀门分别与吸附塔a、吸附塔b、吸附塔c的进口管连接，吸附塔a、吸附塔b、吸附塔c的出口管通过阀门与净化天然气管连接，净化天然气管通过阀门与各冷吹进口管相连，各冷吹出口管与冷吹气冷却器进口管相连，冷吹气冷却器出口管与净化天然气管相连，加热器出口管通过阀门分别与吸附塔a、吸附塔b、吸附塔c进口管相连，吸附塔a、吸附塔b、吸附塔c出口加热气管通过阀门与蓄热器进口管相连，蓄热器出口管与循环增压机进口管相连，循环增压机出口管与加热器进口管相连。
所述的脱除天然气中二氧化碳的工艺系统，所述的蓄热器出口管通过阀门与燃料气缓冲罐进口管连接，所述的燃料气缓冲罐出口管与燃料气管连接，升温过程中吸附塔脱除的二氧化碳及天然气的少量混合气体作为燃料。
所述的脱除天然气中二氧化碳的工艺系统，所述的蓄热器出口管与再生气冷却器进口管连接，所述的再生气冷却器出口管通过阀门与所述的原料天然气管连接，所述的循环增压机进口设置净化气补充管路。
所述的脱除天然气中二氧化碳的工艺系统，所述的吸附塔a、所述的吸附塔b、所述的吸附塔c填料为分子筛、分子筛与活性炭复合床、分子筛与硅胶复合床或分子筛与其他吸附剂组合，不限于其它填料。
一种脱除天然气中二氧化碳的工艺系统及方法，该方法包括如下步骤：
首先原料天然气的来源适用于各种天然气，尤其适用于天然气中二氧化碳气体含量较少的状况，采用二塔或三塔变温吸附与循环增压机串联流程脱除天然气中二氧化碳；
当采用三塔变温吸附与循环增压机串联流程时，蓄热器出口管与再生气冷却器进口管相连，再生气冷却器出口管通过阀门与原料天然气管相连，当吸附塔a处于吸附状态、吸附塔b处于冷吹状态时，吸附塔c处于加热状态，循环增压机启动将吸附塔c及蓄热器、加热器内的天然气形成闭式循环加热，加热温度升高后为防止吸附塔c压力超高，部分天然气经过蓄热器后排放进入燃料气缓冲罐，在加热周期即将结束时停止循环增压机运行并关闭处于加热状态吸附塔c的进气阀门；处于加热状态吸附塔c泄压至稍高于燃料缓冲罐的压力，吸附塔c内富含杂质的气体大部分排出后打开吸附塔c进气阀门升压，此过程减少了吸附塔内气体中的杂质含量；
吸附塔c升压结束后，并且在系统切换之前一小段时间内，重新运行循环增压机，吸附塔c继续处于加热状态，循环增压机进口设置冷吹气补充管路，用于在加热即将结束时用净化气置换吸附塔内气体，这些含有残留二氧化碳的气体经再生气冷却器冷却后回到原料天然气进口管道进入吸附塔a循环吸附；避免在下一个冷吹阶段筒内残留过多的二氧化碳带到下个工序；加热结束时吸附塔c开始进入冷吹阶段同时吸附塔b处于吸附状态，而吸附塔a处于加热状态；冷吹时利用部分净化气将吸附塔内吸附剂冷却而冷吹气被冷吹气冷却器冷却至常温后进入下道工序；
当需要较大的燃料需求，在循环加热过程中连续补充净化气体，加热结束时可以将吸附塔c内介质中的二氧化碳稀释到符合要求，则吸附塔无需泄压与升压过程；所述的脱除天然气中二氧化碳的工艺系统，不仅可以脱除原料天然气中的二氧化碳，也可以脱除原料天然气中的重烃和水分。
有益效果：
1.本发明主要是提供一种脱除天然气中二氧化碳的工艺系统及方法，适用于各种天然气来源，尤其适用于天然气中二氧化碳气体含量较少的状况，解决了不采用分布式能源时常规变温吸附法脱二氧化碳无法有效利用再生气问题。
本发明主要针对缺水或用地紧张的地区，适用性好，lng装置天然气甲烷回收率高，同时本发明的流程简单、投资小、对环境友好、占地面积小，具有操作方便等优点。
本发明为了解决吸附法工艺中再生气无法回收的问题，将再生气通过循环增压机将再生气循环加热，使得吸附塔填料升温，在加温过程中吸附塔内随温度升高析出的含有二氧化碳的天然气进入燃料缓冲罐，在加热即将结束时将处于加热状态的吸附塔泄压，将吸附塔内含杂质气体泄入燃料缓冲罐，吸附塔内压力仅略高于燃料缓冲罐，之后再升压，此举大大减少了出系统再生气的流量，升压后的处于加热状态的吸附塔仍残留少量的二氧化碳等杂质，为达到进一步净化目的，重新启动循环加热过程并将加热气体导入再生气冷却器冷却后并入原料气管进入吸附过程，以确保这些少许的含杂质气体不会在冷吹过程中带入下道工序。
附图说明：
附图1是本发明的流程结构示意图。
其中：1、吸附塔a、2、吸附塔b、3、吸附塔c、4、循环增压机、5、加热器、6、蓄热器、7、冷吹气冷却器、8、再生气冷却器、9、燃料气缓冲罐。
具体实施方式：
实施例1：
一种脱除天然气中二氧化碳的工艺系统，其组成包括：原料天然气入口，所述的原料天然气入口通过阀门分别与吸附塔a1、吸附塔b2、吸附塔c3的进口管连接，吸附塔a、吸附塔b、吸附塔c的出口管通过阀门与净化天然气管连接，净化天然气管通过阀门与各冷吹进口管相连，各冷吹出口管与冷吹气冷却器7进口管相连，冷吹气冷却器出口管与净化天然气管相连，加热器5出口管通过阀门分别与吸附塔a、吸附塔b、吸附塔c进口管相连，吸附塔a、吸附塔b、吸附塔c出口加热气管通过阀门与蓄热器6进口管相连，蓄热器出口管与循环增压机4进口管相连，循环增压机出口管与加热器进口管相连。
实施例2：
根据实施例1所述的一种脱除天然气中二氧化碳的工艺系统，所述的蓄热器出口管通过阀门与燃料气缓冲罐9进口管连接，所述的燃料气缓冲罐出口管与燃料气管连接，升温过程中吸附塔脱除的二氧化碳及天然气的少量混合气体作为燃料。
实施例3：
根据实施例2所述的一种脱除天然气中二氧化碳的工艺系统，所述的蓄热器出口管与再生气冷却器8进口管连接，所述的再生气冷却器出口管通过阀门与所述的原料天然气管连接，所述的循环增压机进口设置净化气补充管路。
实施例4：
根据实施例2或3所述的一种脱除天然气中二氧化碳的工艺系统，所述的吸附塔a、所述的吸附塔b、所述的吸附塔c填料为分子筛、分子筛与活性炭复合床、分子筛与硅胶复合床或分子筛与其他吸附剂组合，不限于其它填料。
实施例5：
根据实施例1-4之一所述的脱除天然气中二氧化碳的工艺系统的方法，该方法包括如下步骤：
首先原料天然气的来源适用于各种天然气，尤其适用于天然气中二氧化碳气体含量较少的状况，采用二塔或三塔变温吸附与循环增压机串联流程脱除天然气中二氧化碳；
当采用三塔变温吸附与循环增压机串联流程时，蓄热器出口管与再生气冷却器进口管相连，再生气冷却器出口管通过阀门与原料天然气管相连，当吸附塔a处于吸附状态、吸附塔b处于冷吹状态时，吸附塔c处于加热状态，循环增压机启动将吸附塔c及蓄热器、加热器内的天然气形成闭式循环加热，加热温度升高后为防止吸附塔c压力超高，部分天然气经过蓄热器后排放进入燃料气缓冲罐，在加热周期即将结束时停止循环增压机运行并关闭处于加热状态吸附塔c的进气阀门；处于加热状态吸附塔c泄压至稍高于燃料缓冲罐的压力，吸附塔c内富含杂质的气体大部分排出后打开吸附塔c进气阀门升压，此过程减少了吸附塔内气体中的杂质含量；
吸附塔c升压结束后，并且在系统切换之前一小段时间内，（所述的一小段时间是根据原料天然气中的二氧化碳含量及装置规模来确定；）重新运行循环增压机，吸附塔c继续处于加热状态，循环增压机进口设置冷吹气补充管路，用于在加热即将结束时用净化气置换吸附塔内气体，这些含有残留二氧化碳的气体经再生气冷却器冷却后回到原料天然气进口管道进入吸附塔a循环吸附；避免在下一个冷吹阶段筒内残留过多的二氧化碳带到下个工序；加热结束时吸附塔c开始进入冷吹阶段同时吸附塔b处于吸附状态，而吸附塔a处于加热状态；冷吹时利用部分净化气将吸附塔内吸附剂冷却而冷吹气被冷吹气冷却器冷却至常温后进入下道工序；当计算确定的冷吹气体流量超过净化气体流量时，可以采用循环增压冷却的方式；
当有较大的燃料需求时，在循环加热过程中连续补充净化气体，加热结束时可以将吸附塔c内介质中的二氧化碳稀释到符合要求，则吸附塔无需泄压与升压过程；所述的脱除天然气中二氧化碳的工艺系统，不仅可以脱除原料天然气中的二氧化碳，也可以脱除原料天然气中的重烃和水分；
本系统不仅可以脱除原料天然气中的二氧化碳，也可以脱除原料天然中的其他杂质如重烃和水分，但应分开设置成二套系统，采用同一种脱除方法，先脱除重烃及水分，后脱除二氧化碳，这是因为循环再生气即使温度较高，其中的水分仍会被分子筛微量吸附从而残留的水分会影响下个周期对二氧化碳的吸附效果；
本申请较传统的湿法脱碳工艺，流程简单、设备少、工程造价低、操作方便，传统的天然气液化装置预处理工艺，脱碳工艺大多采用活性mdea工艺，mdea法采用45%～50%的mdea水溶液，并添加适量的活化剂以提高二氧化碳的吸收速率，mdea不易降解，具有较强的抗化学和热降解能力，腐蚀性小，蒸汽压低，溶液循环率低，并且烃溶解能力小，是目前应用最广泛的气体净化处理溶剂，特别是当原料天然气中二氧化碳含量较高（通常大于1%）时，该工艺应用范围广泛，目前国内几乎所有的天然气液化工程均采用mdea工艺，该工艺虽然具有净化程度高、甲烷损失小等突出优点，但是工艺复杂、占地面积大、投资较大，针对天然气中二氧化碳含量较低的情况，也可以采用分子筛吸附的方法脱除二氧化碳，但是传统的分子筛吸附工艺对于含有二氧化碳的再生气只能作为发电机或燃气轮机燃料，因为含碳再生气不像脱水再生气，仅靠冷却将二氧化碳分离，吸附法只能适应采用分布式能源的场合，因而限制了吸附法的使用范围，对于不采用分布式能源的天然气液化工厂，无论原料天然气中二氧化碳含量高低，均只能采用传统的mdea脱碳的工艺。
为了解决吸附法工艺中再生气无法回收的问题，再生气通过循环增压机将再生气循环加热，使得吸附塔填料升温，在加温过程中吸附塔内随温度升高析出的含有二氧化碳的天然气进入燃料缓冲罐，在加热即将结束时将处于加热状态的吸附塔泄压，将吸附塔内含杂质气体泄入燃料缓冲罐，吸附塔内压力仅略高于燃料缓冲罐，之后再升压，此举大大减少了出系统再生气的流量，升压后的处于加热状态的吸附塔仍残留少量的二氧化碳等杂质，为达到进一步净化目的，补充少量净化气重新启动循环加热过程并将加热气体导入再生气冷却器冷却后并入原料气管进入吸附过程，以确保这些少许的含杂质气体不会在冷吹过程中带入下一工序；
本申请出系统再生气流量小，少量的再生气可作为分子筛加热及冬季取暖之用，特别适合不采用分布式能源的二氧化碳含量较低的天然气液化装置；
以100×104nm3/d天然气液化工程（假定原料气中二氧化碳含量0.6%）为例，本发明与传统工艺相比如下：