[发明专利]一种基于可控孔径分子筛的天然气脱氮气和二氧化碳方法和装置

说明书

本发明提供了一种基于可控孔径分子筛的天然气脱氮气和二氧化碳方法和装置，涉及天然气净化技术领域。本发明提供了一种基于可控孔径分子筛的天然气脱氮气和二氧化碳方法，包括以下步骤：采用分子筛对原料天然气中的氮气和二氧化碳进行吸附，得到净化天然气；所述分子筛的孔径大于0.36nm小于0.38nm。本发明采用可控孔径分子筛作为吸附剂，该分子筛的孔径可以吸附比孔径小的氮气(0.36nm)、二氧化碳(0.33nm)等气体，甲烷分子直径(0.38nm)大于该分子筛的孔径，甲烷不被吸附，进而实现天然气中氮气和二氧化碳的脱除。

技术领域

本发明涉及天然气净化技术领域，具体涉及一种基于可控孔径分子筛的天然气脱氮气和二氧化碳方法和装置。

背景技术

随着油气田开发技术的不断更新，氮气驱作为油田开发的一种有效驱油增产的方法被广泛使用，在提高原油产量的同时，采出的伴生气中会含有氮气。由于含有氮气使得伴生气热值降低，高浓度含氮甚至会使得天然气无法燃烧，当伴生气作为下游原料时，会影响下游生产，因此需要将天然气和氮气进行分离，减少天然气中氮气含量，提高天然气热值和质量，实现天然气资源的合理利用。

传统的天然气脱氮方法包括：(1)单温脱氮方法，该方法是伴随着天然气液化过程进行的，在天然气液化过程中，将氮气从液化天然气(LNG)中闪蒸出来实现脱氮，然而该过程需要依托天然气液化设备和流程，在仅需要对天然气进行脱氮而不需要天然气液化的工况，采用低温分离法进行脱氮处理，首先需要对来气中CO₂、水等组分要求严格，必须进行预处理才能进入后续降温冷区过程，具有工艺流程复杂，投资高、能耗高的缺点。(2)膜分离脱氮方法，该方法利用不同气体透过膜的差异性的原理实现氮气与天然气的分离，具有可靠性高、寿命长、体积小、所脱氮气露点低等特点，但是存在膜选择性低、分离系数小等问题，目前尚未成熟。(3)传统变压吸附方法，该方法是采用大孔径吸附剂，将甲烷气体吸附，氮气作为透过气体，实现甲烷和氮气的分离，由于甲烷在天然气中占主要比例，该方法存在吸附剂用量大，吸附罐容积大，设备投资高的缺点；而且分离后氮气脱除率低，需要多级串联吸附才能达到分离要求；分离后甲烷气体压力低，后续流程需要进一步增压，增加了设备投资和能耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于可控孔径分子筛的天然气脱氮气和二氧化碳方法和装置，本发明采用可控孔径分子筛作为吸附剂，该方法的分子筛可以将氮气、二氧化碳等杂质气体吸附，甲烷不被吸附，吸附剂用量少、设备体积小、氮气脱除率高。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种基于可控孔径分子筛的天然气脱氮气和二氧化碳方法，包括以下步骤：

采用分子筛对原料天然气中的氮气和二氧化碳进行吸附，得到净化天然气；所述分子筛的孔径大于0.36nm小于0.38nm。

优选地，所述吸附的压力为0.3～1.0MPa。

优选地，所述原料天然气中氮气的摩尔含量≤15％；二氧化碳的摩尔含量≤10％。

优选地，所述分子筛对氮气的吸附容量为45～60mL/g；所述分子筛对二氧化碳的吸附容量为10～15mg/g。

优选地，所述吸附后，还得到富含氮气和二氧化碳的分子筛；将所述富含氮气和二氧化碳的分子筛进行解析，得到氮气和二氧化碳的混合气体以及再生分子筛。

优选地，所述解析的压力为-50～-60kPa。

优选地，所述分子筛为硅酸钛盐分子筛。

本发明提供了基于上述技术方案所述方法的天然气脱氮气和二氧化碳装置，包括：吸附罐；所述吸附罐的内部装填有分子筛。

优选地，还包括真空泵；所述真空泵的进气口与所述吸附罐的出气口相连通。