[发明专利]天然气净化装置、净化系统、处理系统及吸附剂再生方法

说明书

本发明提供了一种天然气净化装置、净化系统、处理系统及吸附剂再生方法。其中，该天然气净化装置包括第一吸附塔、第二吸附塔、预加热装置和升温装置，预加热装置的入口用于与冷气源相连接，接收冷气源提供的冷气，预加热装置的出口与第一吸附塔的冷吹工段入口相连接，第一吸附塔的冷吹工段出口通过升温装置与第二吸附塔的热吹工段入口相连接，第二吸附塔的热吹工段出口用于输出第二吸附塔内的气体。将第一吸附塔的冷吹工段出口输出的气体的热量进行再次利用，实现了对能源的有效利用，大大地提高了能源的利用率，并且降低了升温装置的能源消耗，进一步节约能源，此外，还有效地保护了第一吸附塔。

技术领域

本发明涉及天然气处理技术领域，具体而言，涉及天然气净化装置、净化系统、处理系统及吸附剂再生方法。

背景技术

天然气是一种清洁的能源和化工原料，我国天然气长输管道采用高压输气的方式将天然气输送到各天然气门站，各天然气门站再对高压天然气进行减压处理后输送入下游管网，或者进行液化处理成液化天然气，供用户使用。

一般而言，来自天然气门站的原料气中含有水、汞、酸性气体等杂质，各杂质会对天然气进行降压处理的系统产生严重影响。例如，天然气中的水分与天然气在一定条件下形成水合物而阻塞管路，影响冷却液化过程；天然气中的酸性气体游离水中会形成酸，从而侵蚀管路和设备；汞对铝制设备和管道的腐蚀很严重；另外由于水分的存在也会造成不必要的动力消耗；由于天然气液化温度较低，水和酸性气体的存在还会导致设备的冻堵，故必须脱除。

为了解决这一问题，目前常用的方式是在天然气进行减压之前，先通过净化系统对各天然气门站的原料气作净化处理。目前，净化系统内一般设置有多个净化单元，每个净化单元内设置有多个吸附塔，每个吸附塔内装填有吸附剂，选择性地脱除原料天然气中的酸性气体、汞、水等杂质，多个塔可以同时进行吸附和再生（解吸）循环操作。常用的吸附方法是TSA（变温吸附，Temperature Swing Adsorption）。其中，TSA吸附方式是从塔底进入的天然气在塔内吸附剂的作用下将气体中的酸性气体、水等杂质吸附下来，吸附完成后，用高温解吸气进行再生，即在常温或低温下用吸附剂吸附水和酸性气体等杂质，之后在高温下对吸附剂进行解吸再生，构成吸附剂的再生循环，达到连续分离和净化气体的目的。

一般而言，TSA变温吸附包括吸附、热吹和冷吹三个工段，吸附塔上设置有多个阀门，通过各个阀门的切换来实现吸附、热吹和冷吹工序的进气，具体为：打开与吸附工序对应的阀门，高压天然气进入吸附塔内，并在塔内吸附剂的作用下将气体中的酸性气体等杂质吸附下来，吸附完成后，关闭与吸附工序对应的阀门，打开与热吹工序对应的阀门，输入高温气体，用高温解吸气将吸附剂吸附的水和酸性气体等杂质解吸出来，热吹完成后关闭与热吹工序对应的阀门，并打开与冷吹工序对应的阀门，向吸附塔内输送冷吹气，对吸附塔进行降温。当吸附塔的温度降到预设温度值时，冷吹结束后再进入吸附工序，这样就构成吸附剂的吸附与再生的循环，达到连续分离和净化气体的目的。PSA变压吸附包括吸附和热吹两个工段，这两个工段的工作过程与TSA变温吸附中的吸附工段和热吹工段的工作过程相同，只是省略了TSA变温吸附中的冷吹工段。

一般而言，TSA变温吸附的冷吹工序中，冷吹气通入吸附塔内进行换热，使得吸附塔的温度降低，相应的冷吹气的温度升高，由吸附塔输出。输出的温度升高的冷吹气直接输入至天然气管网中，并没有对其热量进行充分利用，造成能源的浪费。此外，热吹工序中需要向吸附塔通入高温气体，一般是通过加热装置将天然气处理系统中的低温气体进行加热至预设温度后输入吸附塔，由于该气体温度较低，因此需要耗费较多的能源对气体进行加热成为高温气体，这也势必会造成能源的浪费。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种天然气净化装置、净化系统、处理系统及吸附剂再生方法，旨在解决冷吹工序输出的气体的热量不能充分利用进而造成能源浪费的问题。