天然气净化系统的制作方法

本申请涉及化工领域，具体而言，涉及一种天然气净化系统。

背景技术：

液化天然气(lng)，是净化后的天然气经压缩、冷却至其沸点(-161.5摄氏度)温度后变成液体，通常液化天然气储存在-161.5摄氏度、0.1mpa左右的低温储存罐内。

天然气含有重烃和水，采用常规的一步吸附法天然气净化流程，随着时间的推移，吸附剂能力下降，脱重烃不合格，最终造成冷箱冻堵。

技术实现要素：

本申请实施例的目的在于提供一种天然气净化系统，其旨在改善现有的天然气净化的冷箱易冻堵的问题。

本申请第一方面提供一种天然气净化系统，天然气净化系统包括mdea脱酸装置、tsa脱水脱烃装置以及tsa脱烃保护装置；所述tsa脱水脱烃装置连接在所述mdea脱酸装置与所述tsa脱烃保护装置之间，所述tsa脱烃保护装置能对所述tsa脱水脱烃装置输出的气体再次脱水、脱重烃；tsa脱烃保护装置或者所述tsa脱水脱烃装置输出的部分产品气作为再生气能被再次输入所述tsa脱烃保护装置进行吸附剂再生。

tsa脱烃保护装置对所述tsa脱水脱烃装置输出的气体再次脱水、脱重烃；tsa脱烃保护装置输出的部分产品气作为再生气能被再次输入所述tsa脱烃保护装置进行吸附剂再生；可以在整个天然气净化系统持续运行的情况下对吸附剂再生，避免了重烃和水的脱除不完全，可以避免因为吸附剂达到饱和而导致重烃以及水进入冷箱造成冻堵。

在本申请第一方面的一些实施例中，上述所述tsa脱烃保护装置包括：

至少两个脱烃塔，所述脱烃塔用于对所述tsa脱水脱烃装置输出的气体再次脱水、脱重烃；

再生气进气管，所述再生气进气管与所述脱烃塔连接，用于为所述脱烃塔输送再生气；以及

再生气出气管，所述再生气出气管用于输出进行吸附剂再生后的气体。

tsa脱烃保护装置再次脱水、脱重烃，再生气进气管输送再生气，再生气对脱烃塔内的吸附剂再生，避免吸附剂饱和之后不再有脱水、脱重烃的作用，避免重烃和水进入液化系统。

在本申请第一方面的一些实施例中，上述再生气出气管的出气端与所述mdea脱酸装置的进气口或者所述tsa脱水脱烃装置的进气口连接。

在本申请第一方面的一些实施例中，上述tsa脱烃保护装置还包括依次连接的第一再生气冷却器和第一再生气分离器，所述再生气出气管的出气端与所述第一再生气冷却器连接；所述第一再生气分离器用于对所述再生后的气体进行气液分离。

再生气出气管的出气端输出的气体可以输送至天然气脱酸装置或者tsa脱水脱烃装置，对再生气再次利用，减低成本，环保。第一再生气冷却器使再生后的气体内的重烃和水液化；第一再生气分离器主要用于分离再生气出气管内的气体和液体，将液体与气体分离开，再将气体输送至天然气脱酸装置或者tsa脱水脱烃装置；避免再生气内的重烃与水再次进入天然气净化系统，避免不必要的能耗。

在本申请第一方面的一些实施例中，上述天然气脱烃保护装置还包括第一再生气加热器，第一再生气加热器安装于再生气进气管的进气端与再生气进气管的出气端之间。

第一再生气加热器安装于再生气进气管，为流经再生气进气管的气体加热，增加再生气对吸附剂的再生作用，促进吸附剂内的重烃与水的脱附。

在本申请第一方面的一些实施例中，上述天然气净化系统还包括再生气压缩装置，所述再生气压缩装置用于为所述再生气出气管输出的气体加压。

再生气压缩装置可以为进入mdea脱酸装置、tsa脱水脱烃装置的气体加压，加压后的气体能顺利进入mdea脱酸装置、tsa脱水脱烃装置。

在本申请第一方面的一些实施例中，上述tsa脱水脱烃装置包括：

至少两个吸附塔，所述吸附塔用于对所述mdea脱酸装置输出的气体脱水、脱重烃；

再生气进料管，所述再生气进料管与所述吸附塔连接，用于为所述吸附塔输送再生气；以及

再生气出料管，所述再生气出料管用于输出所述吸附塔内的再生后的气体。

再生气进料管能向tsa脱水脱烃装置的吸附塔输送再生气，对吸附剂进行再生然后经过再生气出料管输出。可以避免因为吸附剂达到饱和而导致重烃以及水进入液化系统。

在本申请第一方面的一些实施例中，上述再生气出料管的出口与tsa脱水脱烃装置的进气口连接。

再生气出料管出口的气体再次输入天然气脱水脱烃装置，循环使用，避免浪费。

在本申请第一方面的一些实施例中，上述tsa脱水脱烃装置还包括依次连接的第二再生气冷却器和第二再生气分离器，所述再生气出料管的出口与所述第二再生气冷却器连接，所述第二再生气分离器用于对所述再生后的气体进行气液分离。

在本申请第一方面的一些实施例中，上述tsa脱水脱烃装置还包括第二再生气加热器，所述第二再生气加热器用于对所述再生气进行加热

第二再生气冷却器使重烃、水被冷却，然后再通过第二再生气分离器将重烃、水与气体分离，分离后得到的气体再输入天然气脱水脱烃装置。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本申请实施例提供的天然气净化系统第一实施方式的结构简图；

图2示出了本申请实施例提供的天然气净化系统第一实施方式的结构示意图；

图3示出了本申请实施例提供的天然气脱烃保护装置的结构示意图；

图4示出了本申请实施例提供的tsa脱水脱烃装置的结构示意图；

图5示出了本申请实施例提供的天然气净化系统第一实施方式的流程框图；

图6示出了本申请实施例提供的天然气净化系统第二实施方式的流程框图。

图标：100-天然气净化系统；101-mdea脱酸装置；102-天然气液化装置；103-再生气压缩装置；110-tsa脱水脱烃装置；200-tsa脱烃保护装置；201-第一阀；202-第二阀；203-第三阀；204-第四阀；205-第五阀；206-第六阀；210-第一脱烃塔；211-第一进气管；212-第一出气管；213-第一出气阀；220-第二脱烃塔；221-第二进气管；222-第二出气管；223-第二出气阀；230-再生气进气管；240-再生气出气管；250-第一再生气分离器；251-第一再生气冷凝器；260-第一再生气加热器；301-调节阀；302-支管；310-第一吸附塔；320-第二吸附塔；330-第三吸附塔；340-再生气出料管；350-第二再生气分离器；351-第二再生气冷凝器；360-第二再生气加热器。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例

图1示出了本申请实施例提供的天然气净化系统100第一实施方式的结构简图；图2示出了本申请实施例提供的天然气净化系统100第一实施方式的结构示意图，请参阅图1与图2，本申请实施例提供一种天然气净化系统100，主要用于净化天然气。

天然气净化系统100包括tsa脱水脱烃装置110、tsa脱烃保护装置200以及mdea脱酸装置101。tsa脱水脱烃装置110的出口与tsa脱烃保护装置200的进口连接；tsa脱水脱烃装置110的入口与mdea脱酸装置101的出口连接；tsa脱烃保护装置200的出口可以与天然气液化装置102连接。

tsa脱水脱烃装置110主要用于脱水、脱重烃，tsa脱烃保护装置200主要用于再次将脱水、脱重烃后的气体脱水与脱重烃，避免tsa脱水脱烃装置110内的填料饱和后水与重烃进入天然气液化装置102导致冷箱冻堵。

以下介绍本申请实施例提供的tsa脱烃保护装置200的结构。

图3示出了本申请实施例提供的tsa脱烃保护装置200的结构示意图，请参阅图3。

在本申请的实施例中，tsa脱烃保护装置200包括两个脱烃塔，即第一脱烃塔210、第二脱烃塔220；第一脱烃塔210配置有第一进气管211和第一出气管212，第一进气管211设置有第一阀201，第一出气管212设置有第一出气阀213。

第二脱烃塔220配置有第二进气管221和第二出气管222，第二进气管221设置有第二阀202；第二出气管222设置有第二出气阀223。

第一进气管211通过第一阀201与tsa脱水脱烃装置110连接，第一出气管212用于输出第一脱烃塔210内的气体。第二进气管221通过第二阀202与tsa脱水脱烃装置110连接，第二出气管222用于输出第二脱烃塔220内的气体。第一脱烃塔210、第二脱烃塔220主要用于再次将经过tsa脱水脱烃装置110脱重烃和脱水后的气体进一步脱水和脱重烃。

再生气进气管230分别通过第五阀205、第六阀206与第一脱烃塔210、第二脱烃塔220连接。通过第一出气阀213、第二出气阀223第五阀205以及第六阀206控制是否需要向第一脱烃塔210或者第二脱烃塔220内输送再生气。

第一脱烃塔210、第二脱烃塔220分别通过第三阀203、第四阀204与再生气出气管240连接。通过第一阀201、第二阀202、第三阀203以及第四阀204控制第一脱烃塔210或者第二脱烃塔220内的气体从再生气出气管240输出。再生气即tsa脱烃保护装置200进行脱重烃、脱水后的部分产品气，换言之，两个脱烃塔中的一个进行脱重烃、脱水，然后将脱重烃、脱水后的部分产品气作为再生气通过出气阀输送至另一个脱烃塔内对吸附剂进行再生，一段时间后，两个脱烃塔内气体的流动方向交换。

tsa脱烃保护装置200在进行脱重烃、脱水的过程中，同时进行吸附剂进行再生，一段时间后采用经过再生后的吸附剂所在的脱烃塔脱重烃、脱水；确保气体中的重烃、水的含量低，避免冷箱冻堵。

在本实施例中，tsa脱烃保护装置200包括两个脱烃塔。在本申请的其他实施例中，tsa脱烃保护装置200可以包括三个、四个、六个等多个脱烃塔，每个脱烃塔的均配置有进气管和出气管；每个脱烃塔的出气管均设置有出气阀；每个出气阀均与再生气进气管230的进气端连接，每个出气管均通过阀门与再生气进气管230的出气端连接。

相应地，tsa脱烃保护装置200包括多个脱烃塔的实施方式中，多个脱烃塔中的至少一个进行脱重烃、脱水，后将脱重烃、脱水后的部分产品气作为再生气通过出气阀输送至其余脱烃塔内对吸附剂进行再生，一段时间后，更换，如此循环，可避免因为吸附剂达到饱和而导致重烃以及水进入液化系统的冷箱造成冻堵。

需要说明的是，tsa脱烃保护装置200运行时，再生气进气管230以及再生气出气管240可以间隔通入再生气，换言之，tsa脱烃保护装置200运行时，并不是需要一直对脱烃塔内的吸附剂进行再生，例如，刚开始开车时，吸附剂均未饱和，可以不对其进行再生。

在本申请的一些实施例中，tsa脱烃保护装置200还包括第一再生气加热器260。第一再生气加热器260安装于再生气进气管230，为流经再生气进气管230的气体加热(例如加热至240℃及以上)，增加再生气对吸附剂的再生作用，促进吸附剂内的重烃与水的脱附。

承上所述，当再生气进气管230向第一脱烃塔210输送再生气时，第五阀205打开，使第一脱烃塔210内的进行吸附剂再生后的气体从再生气出气管240输出；相应地，当再生气进气管230向第二脱烃塔220输送再生气时，第六阀206打开，使第二脱烃塔220内进行吸附剂再生后的气体从再生气出气管240输出。

在本申请的一些实施例中，上述再生气出气管240的出气端与mdea脱酸装置101的进气口或者tsa脱水脱烃装置110的进气口连接。

换言之，再生气出气管240的出气端输出的气体可以输送至mdea脱酸装置101或者tsa脱水脱烃装置110，对再生气再次利用，降低成本，环保。

可以理解的是，在本申请的其他实施例中，再生气出气管240的出气端也可以与其他装置连接，例如与锅炉的进气口等，可以做其他用途。

进一步地，tsa脱烃保护装置200还包括依次连接的第一再生气冷凝器251和第一再生气分离器250，再生气出气管240的出气端与第一再生气冷凝器251连接；第一再生气分离器250与mdea脱酸装置101的进气口或者tsa脱水脱烃装置110的进气口连接。

以下介绍tsa脱烃保护装置200在使用时的一种运行状态。

第一阀201、第一出气阀213、第六阀206以及第四阀204打开；第二阀202、第三阀203、第五阀205以及第二出气阀223关闭。

第一脱烃塔210对经过tsa脱水脱烃装置110的气体脱重烃、脱水后的气体再次脱重烃、脱水；从第一出气管212输出的气体有一部分作为再生气经过第一再生气加热器260加热，然后经过第六阀206进入第二脱烃塔220，对塔中的吸附剂进行再生，然后经过第四阀204流出，经过第一再生气冷凝器251冷却(例如将再生气过冷至0～20℃)，使重烃与水冷凝，然后经过第一再生气分离器250分离，再将气体输送至mdea脱酸装置101或者tsa脱水脱烃装置110。

一段时间后，第一阀201、第一出气阀213、第六阀206以及第四阀204关闭；第二阀202、第三阀203、第五阀205以及第二出气阀223打开。再生气进入第一脱烃塔210，对塔中的吸附剂进行再生，在该时间段内，第二脱烃塔220进行脱重烃、脱水。如此循环。

在本申请的一些实施例中，天然气净化系统100还包括再生气压缩装置103，再生气压缩装置103与再生气出气管240的出口连接。

再生气出气管240输出的气体进入再生气压缩装置103，被压缩后的气体有利于输送，更容易进入mdea脱酸装置101或者tsa脱水脱烃装置110。

在本申请的实施例中，第一脱烃塔210、第二脱烃塔220内的吸附剂可以为活性炭、分子筛、硅胶等。第一脱烃塔210、第二脱烃塔220为填料塔，第一脱烃塔210、第二脱烃塔220的内部结构参见天然气净化中对重烃和水的脱附塔，本实施例将不再赘述。

以下介绍本申请实施例提供的tsa脱水脱烃装置110的结构。

图4示出了本申请实施例提供的tsa脱水脱烃装置110的结构示意图，图5示出了本申请实施例提供的天然气净化系统100第一实施方式的流程框图；请参阅图3至图5。

承上所述，tsa脱水脱烃装置110主要用于为天然气脱重烃、脱水，tsa脱水脱烃装置110脱重烃、脱水后的气体输送至tsa脱烃保护装置200。

在本实施例中，tsa脱水脱烃装置110包括三个吸附塔，即第一吸附塔310、第二吸附塔320以及第三吸附塔330。

第一吸附塔310、第二吸附塔320以及第三吸附塔330均通过管道与mdea脱酸装置101的出料管道连接。

第一吸附塔310、第二吸附塔320以及第三吸附塔330均通过阀门与再生气出料管340连接，使第一吸附塔310、第二吸附塔320以及第三吸附塔330的再生气可以通过再生气出料管340输出。

在本申请的实施例中，tsa脱水脱烃装置110还包括依次连接的第二再生气冷凝器351、第二再生气分离器350，再生气出料管340与第二再生气冷凝器351连接，第二再生气冷凝器351与第二再生气分离器350连接，第二再生气冷凝器351为再生气出料管340输出的含有重烃以及水的气体降温，使重烃和水液化，第二再生气分离器350用于将再生气出料管340输出的含有重烃以及水的气体进行分离，第二再生气分离器350的出口与tsa脱水脱烃装置110的进气口连接。在本实施例中，tsa脱水脱烃装置110包括两个第二再生气冷凝器351，对再生气出料管340输出的含有重烃以及水的气体两级冷却。

采用第二再生气分离器350分离重烃和水，可以避免从吸附剂脱附得到的水和重烃再次进入天然气净化系统100，增加吸附剂的脱附的负载，节约成本。

在本实施例中，tsa脱水脱烃装置110还包括调节阀301；再生气出料管340与调节阀301的出口连接。通过支管302与第一吸附塔310、第二吸附塔320以及第三吸附塔330连接，支管302的进口设置于调节阀301的进口前端。

相应地，第一吸附塔310、第二吸附塔320以及第三吸附塔330的出口均通过阀门与tsa脱烃保护装置200连接。

在本实施例中，tsa脱水脱烃装置110还包括第二再生气加热器360，第二再生气加热器360用于加热再生气；被加热后的再生气载进入第一吸附塔310、第二吸附塔320或者第三吸附塔330。

以下介绍tsa脱水脱烃装置110在使用时的一种运行状态。mdea脱酸装置101的出料管道输出的气体进入tsa脱水脱烃装置110脱重烃、脱水。

调节阀301打开，mdea脱酸装置101的出料管道输出的气体只进入第一吸附塔310，第一吸附塔310进行吸附；吸附之后输送至tsa脱烃保护装置200。

打开支管302上与第二吸附塔320连接的阀门，对第二吸附塔320内的吸附剂进行脱附即“冷吹”，第二吸附塔320输出的气体再通过第二再生气加热器360加热；加热的气体之后进入第三吸附塔330(图4中从第三吸附塔330的下端进入)，对第三吸附塔330内的吸附剂进行脱附再生；再生之后通过再生气出料管340输送至第二再生气冷凝器351、第二再生气分离器350，第二再生气分离器350分离重烃和水；再输送至调节阀301的出口。

换言之，第一吸附塔310对气体进行吸附，第二吸附塔320进行“冷吹”，第三吸附塔330进行吸附剂再生。

一段时间后，需要对第三吸附塔330降温，通过调节与第一吸附塔310、第二吸附塔320以及第三吸附塔330连接的阀门，使第三吸附塔330进行“冷吹”，第一吸附塔310进行吸附剂再生，第二吸附塔320进行吸附脱水脱重烃。如此循环，避免吸附剂达到饱和后无法脱重烃、脱水，避免冷箱冻堵。

在本申请的其他实施例中，tsa脱水脱烃装置110也可以包括两个、四个、六个等多个吸附塔。承上所述，在使用tsa脱水脱烃装置110的过程中，多个吸附塔的至少一个进行脱重烃、脱水。

一段时间后，更换进行脱重烃、脱水的吸附塔以及进行吸附剂再生的吸附塔，如此循环，可以避免因为吸附剂达到饱和而导致重烃以及水进入冷箱造成冻堵。

图6示出了本申请实施例提供的天然气净化系统100第二实施方式的流程框图，请参阅图6。

在本实施方式中的tsa脱水脱烃装置110与tsa脱烃保护装置200与第一实施方式相同，在此不再进行赘述。

第二实施方式与第一实施方式的区别之一在于：

在本实施方式中，天然气净化系统100不包括再生气压缩装置103，天然气净化系统100还包括天然气压缩单元，再生气出气管240输出的气体与天然气压缩单元的进气端连接，输送至天然气压缩单元，然后再进mdea脱酸装置101。

需要说明的是，在本申请中，吸附塔、脱烃塔、压缩机、分离器、加热器等均可以采用化工行业中常见的设备，天然气净化系统100中需要设置的压力表、阀门、辅路管道等均可以根据需求设置，本实施例将不再对其进行赘述；相应地，在本申请中所述的“连接”可以选择化工设备中的适当的连接方式，本实施例将不再赘述。

本申请实施例提供的天然气净化系统100的主要优点在于：

tsa脱烃保护装置200对所述tsa脱水脱烃装置110输出的气体再次脱水、脱重烃；tsa脱烃保护装置200输出的部分产品气作为再生气能被再次输入所述tsa脱烃保护装置200进行吸附剂再生；可以在整个天然气净化系统100持续运行的情况下对吸附剂再生，避免重烃和水的脱除不完全，可以避免因为吸附剂达到饱和而导致重烃以及水进入天然气液化装置102。

tsa脱烃保护装置200中多个脱烃塔中的至少一个进行脱重烃、脱水，后将脱重烃、脱水后的部分气体通过出气阀输送至其余脱烃塔内对吸附剂进行再生，一段时间后进行交换，如此循环，可以避免因为吸附剂达到饱和而导致重烃以及水进入天然气液化装置102冻堵。

tsa脱水脱烃装置110包括多个吸附塔，通过再生气进料管、支管302、再生气出料管340以及调节阀301等阀门的配合，使其中部分吸附塔进行脱重烃、脱水，同时其余部分吸附塔进行吸附剂进行再生，一段时间后进行交换；确保气体中的重烃、水的含量低，避免冷箱冻堵。如此循环，避免吸附剂达到饱和后无法脱重烃、脱水，避免冷箱冻堵。

本申请还提供一种天然气净化方法，包括以下步骤：

将脱酸、脱水脱烃后的原料气通入tsa脱烃保护装置再次脱水脱重烃，所述tsa脱烃保护装置包括至少两个脱烃塔再次脱烃；

将所述tsa脱烃保护装置输出的部分气体通入所述tsa脱烃保护装置中的部分脱烃塔对吸附剂进行再生。

进一步地，上述对吸附剂进行再生后得到的气体再次输送至mdea脱酸装置的进气口或者tsa脱水脱烃装置的进气口。

进一步地，在本实施例中，经过mdea脱酸装置脱酸后的天然气进入tsa脱水脱烃装置，脱水脱重烃后的天然气然后进入tsa脱烃保护装置。加热再生后的吸附塔经过再生气冷吹后进入脱水脱烃加热器加热至240℃后，进入吸附塔加热吸附剂床层加热后进入再生气冷却器冷却至40℃后，再进入再生气过冷器冷却至12℃，然后进入脱水脱烃再生气分离器分离出水和重烃后，返回脱水脱烃塔入口。

来自脱水脱烃单元的天然气进入tsa脱烃保护装置的脱烃塔经保护床层吸附后的净化天然气送入液化单元。吸附饱和后的床层引入再生气加热，然后脱烃保护再生气冷却器冷却至40摄氏度会后通过脱烃保护再生气压缩机加压返回mdea脱酸装置入口。

tsa脱烃保护装置再次脱水脱重烃，可以使脱除更彻底，所述tsa脱烃保护装置输出的部分气体通入所述tsa脱烃保护装置中的部分脱烃塔对吸附剂进行再生；可以避免因为吸附剂达到饱和而导致重烃以及水进入冷箱造成冻堵。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。