申请日2017.10.19
公开(公告)日2018.01.30
IPC分类号C10L3/10
摘要
本发明公开了适用于海上平台液化用天然气脱水处理系统及工艺，包括过滤分离器、第一超重力机、三甘醇冷凝器、贫/富液换热器、增压泵、缓冲罐、再沸器、第二超重力机、闪蒸罐、输送泵、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、汽提剂冷凝器、三相分离器、汽提剂干燥器、汽提剂储罐、汽提剂泵、第一流量计、第二流量计和三通阀。本发明装置的天然气脱水以及三甘醇再生两部分均采用超重力反应器，能降低设备高度和尺寸;本发明装置可以将再生后三甘醇贫液的纯度可提高到99.999wt%，使用该三甘醇贫液作为吸收剂，可使吸收系统中经吸水处理的天然气出口水露点降低至‑100℃以下;能够满足海上平台等空间受限场合液化用天然气的处理要求。
权利要求书
1.适用于海上平台液化用天然气脱水处理系统，其特征在于：包括过滤分离器(1)、第一超重力机(2)、三甘醇冷凝器(3)、贫/富液换热器(4)、增压泵(5)、缓冲罐(6)、再沸器(7)、第二超重力机(8)、闪蒸罐(9)、输送泵(10)、第一截止阀(11)、第二截止阀(12)、第三截止阀(17)、汽提剂冷凝器(13)、三相分离器(14)、汽提剂干燥器(15)、汽提剂储罐(16)、汽提剂泵(18)、第一流量计(19)、第二流量计(20)和三通阀(21);
所述过滤分离器(1)的出口与第一超重力机(2)的气相进口连接，所述第一超重力机(2)的气相出口与第一截止阀(11)进口连接，第一截止阀(11)出口通往下游工段;
所述第一超重力机(2)的液相出口与贫/富液换热器(4)的富液进口连接，所述贫/富液换热器(4)的富液出口与闪蒸罐(9)进口连接，所述闪蒸罐(9)的液相出口与输送泵(10)的进口连接，所述闪蒸罐(9)的气相出口通往尾气处理;
所述输送泵(10)的出口与第二超重力机(8)的液相进口连接，所述第二超重力机(8)的液相出口与再沸器(7)的液相进口连接，所述第二超重力机(8)的气相出口与汽提剂冷凝器(13)进口连接，所述汽提剂冷凝器(13)出口与三相分离器(14)进口连接，所述三相分离器(14)的下端设排水口;
所述三相分离器(14)的不凝气出口通往尾气处理，所述三相分离器(14)的汽提剂出口与汽提剂干燥器(15)进口连接，所述汽提剂干燥器(15)出口连接到三通阀(21)的第一进口;所述汽提剂储罐(16)、第三截止阀(17)与第一流量计(19)依次连接，第一流量计(19)的出口连接到三通阀(21)的第二进口上;所述三通阀(21)的出口与汽提剂泵(18)的进口连接，所述汽提剂泵(18)的出口与第二流量计(20)进口连接，所述第二流量计(20)出口与再沸器(7)连接，实现汽提剂的循环;
所述再沸器(7)气相出口与第二超重力机(8)的气相进口连接，所述再沸器(7)的液相出口经第二截止阀(12)与缓冲罐(6)进口连接，所述缓冲罐(6)底部液相出口与增压泵(5)进口连接，所述增压泵(5)的出口与贫/富液换热器(4)的贫液进口连接，所述贫/富液换热器(4)的贫液出口与冷凝器(3)进口连接，所述冷凝器(3)的出口与第一超重力机(2)的液相进口相连接，实现三甘醇的循环。
2.利用上述权利要求1所述适用于海上平台液化用天然气脱水处理的系统装置的脱水工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1)、压力为5-20MPa的天然气进入过滤分离器，除去游离的液态水和固体杂质，之后由过滤分离器出口排出;
2)、步骤1)中排出的天然气进入第一超重力机，在第一超重力机内与三甘醇贫液逆流接触脱水，脱水后的干气排除系统，进入下游工段;
3)、步骤2)中吸水后的三甘醇富液排出第一超重力机，与三甘醇贫液换热之后进入闪蒸罐;
4)、步骤3)中的三甘醇经过闪蒸罐闪蒸后经输送泵泵入第二超重力机，三甘醇在第二超重力机内与来自再沸器气化的汽提剂逆流接触，三甘醇中的水向气相迁移;汽提剂一方面与三甘醇中的水形成一种共沸物，使得水以共沸物的形式向气相转移，另一方面，气化的汽提剂能够增强液相三甘醇的湍动，降低气相水分压，促进水向气相的迁移;再生后的三甘醇从第二超重力机液相出口排出，汽提剂从第二超重力机的气相出口排出;
5)、步骤4)中从第二超重力机气相出口排出的汽提剂进入汽提剂冷凝器，冷凝成液态后排出汽提剂冷凝器;
6)、步骤5)中从汽提剂冷凝器排出的汽提剂进入三相分离器，水和汽提剂分离，不凝气通往尾气处理，水排出系统，汽提剂进入汽提剂干燥器;
7)、步骤6)中进入汽提剂干燥器的汽提剂经过干燥进一步去除其中的微量水分，同时，通过汽提剂储罐来补充在汽提剂回收过程中损失的汽提剂;之后用汽提剂泵将汽提剂输送到再沸器中，汽提剂在再沸器中与步骤4)从第二超重力机排出的三甘醇富液中的水形成共沸物并气化，实现汽提剂的循环使用;三甘醇经过进一步再生后从再沸器液相出口排出;
8)、步骤7)从再沸器液相出口排出的三甘醇贫液进入缓冲罐，在缓冲罐中形成稳定液位;
9)、步骤8)中缓冲罐内的三甘醇贫液由增压泵输送到贫/富液换热器，在贫/富液换热器中与步骤3)中三甘醇富液换热，之后经过三甘醇冷凝器冷凝后再次进入第一超重力机，实现三甘醇的循环。
3.根据权利要求2所述适用于海上平台液化用天然气脱水处理的系统装置的脱水工艺，其特征在于：步骤2)中，三甘醇贫液与天然气原料气的体积比为1：5000-1：10000，或1：5000-1：6000，或1：5000-1：7000，或1：5000-1：8000，或1：5000-1：9000。
4.根据权利要求2所述适用于海上平台液化用天然气脱水处理的系统装置的脱水工艺，其特征在于：步骤4)中，所述汽提剂为异辛烷、正庚烷、甲苯、乙苯等能与水形成低沸点共沸物的物质中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述适用于海上平台液化用天然气脱水处理的系统装置的脱水工艺，其特征在于：步骤7)中，所述汽提剂用量与步骤4)中的三甘醇富液用量的体积之比为0.15-0.5。
6.根据权利要求2所述适用于海上平台液化用天然气脱水处理的系统装置的脱水工艺，其特征在于：步骤5)中，汽提剂冷凝器的温度为20℃-50℃。
7.根据权利要求2所述适用于海上平台液化用天然气脱水处理的系统装置的脱水工艺，其特征在于：步骤2)中第一超重力机的超重力水平为100-500，或100-400，或100-300，或100-200，或200-500，或200-400，或200-300，或300-500，或300-400，或400-500;步骤2)中的第二超重力机的超重力水平为100-500，或100-400，或100-300，或100-200，或200-500，或200-400，或200-300，或300-500，或300-400，或400-500。
8.根据权利要求2所述适用于海上平台液化用天然气脱水处理的系统装置的脱水工艺，其特征在于：步骤7)中，再沸器温度为190℃-204℃。
9.根据权利要求2所述适用于海上平台液化用天然气脱水处理的系统装置的脱水工艺，其特征在于：步骤9)中，三甘醇冷凝器的温度为15℃-30℃。
说明书
适用于海上平台液化用天然气脱水处理的系统装置及工艺
技术领域
本发明涉及石油天然气处理加工技术领域，尤其是涉及一种适用于海上平台液化用天然气脱水处理的系统装置及工艺。
背景技术
天然气是一种清洁燃料，燃烧污染小、热值高，在现代能源结构中所占的地位越来越重要。近十几年来，陆上油气勘探程度较高，发现油气田规模较小，新增储量对世界油气储量增长的贡献降低。相比之下世界海洋油气勘探开发迅速发展，不断获得重大发现，发现的油气田规模大、产能高，其油气产量占世界总产量比例不断增加。我国海上大陆架蕴藏着丰富的天然气资源，加速开发、利用这些资源对于缓解我国能源紧张状况，保证和促进我国经济发展具有极为重要的现实和战略意义。当前，我国大多数油气田距离海岸较远，采出天然气之后难以通过管道将其运输到陆地使用，因此，需要在海洋平台将天然气进行液化，便于船舶运输。
天然气从海洋油气田中采出时，通常含有大量水蒸气，这些水蒸气如果不经处理，会在天然气低温液化过程中与天然气中的烃类形成固态的水合物。这种固态的水合物一方面可能堵塞液化系统的管路与设备，另一方面可能在船舶运输液化天然气的过程中冲击高压储罐，产生静电，带来严重的安全隐患。因此，在天然气液化前必须对天然气脱水至极低含量，使其水露点达到-l00℃以下，以确保天然气液化过程中液相组份中无固态水或固态水合物凝结析出，保障生产、运输装置的安全运行。
目前，常用的天然气脱水的方法有固体吸附法、溶剂吸收法、冷冻分离法等。由于液化用天然气要求脱水后的水露点达到-100℃以下，因此工业上液化用天然气的脱水处理一般采用脱水深度较高的固体吸附法，而这种方法基础投资大，吸附剂再生能耗高，所以在液化天然气的实际工业生产中一般采用分段脱水，首先采用三甘醇对天然气进行初步脱水，去除天然气中绝大部分水，再用固体吸附法脱除其中的低含量水，使其水露点达到所要求的-100℃。但是这种方法也带来了明显的缺点，一方面，三甘醇吸收法和固体吸附法两套装置同时使用，不容易成撬，增加了装置的成本，另一方面，传统三甘醇脱水采用塔式设备，汽液传质效率低，装置高度大，而海上平台是多层甲板结构，若装置高度大于其层间高度则需要在甲板上开孔，这样就会破坏平台原有的力学结构，影响整个平台的安全作业，因此海上平台对脱水装置的高度有着非常严格的要求，较高的塔式设备难以在海上平台得到应用。
超重力技术是一种能够强化质量传递的过程强化新兴技术。超重力技术利用高速旋转的转子产生的离心力，将液体粉碎成极度微小的液膜、液滴，相界面更新速度加快，大大强化传质过程，具有停留时间短、汽液传质效率高、设备尺寸小的优点，可满足海上平台对设备尺寸和高度的要求。
中国发明专利CN201410490633报道了一种超重力法三甘醇天然气脱水系统及其工艺，这种工艺采用超重力旋转填料床作为吸收和再生装置，提高了三甘醇-天然气脱水体系的传质效率，简化了天然气脱水系统，缩小了脱水设备的尺寸。这种系统及工艺最低可以将三甘醇贫液再生至99.0%纯度，采用该纯度的三甘醇溶液进行天然气脱水，水露点温度最低可降至约-18℃，可达到一般环境温度下气态天然气管路输送的要求。
中国实用新型专利CN201720055206报道了一种可移动撬装的天然气脱水装置，该装置包括三甘醇超重力吸收装置和超重力三甘醇再生装置两部分，其中超重力三甘醇再生装置采用天然气干气作为汽提气，将再生后三甘醇的纯度提高到了99.8%左右，使用该纯度的三甘醇溶液进行天然气脱水，有望将天然气的水露点温度进一步降低(理论上可将水露点温度最低降至约-40℃)。即便如此，使用该专利装置进行脱水处理所能得到的天然气水露点距离液化用天然气的脱水处理要求仍有很大差距。
因此有必要开发一种脱水效率高、装置尺寸小、高度低，并且脱水深度能够满足液化用天然气脱水处理要求的脱水系统及工艺。。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题是提供适用于海上平台液化用天然气脱水处理的系统装置;该装置可以将再生后三甘醇的纯度提高到99.999wt%，使用该三甘醇贫液作为吸收剂，可使吸收系统中经吸水处理的天然气出口水露点降低至-100℃以下，满足液化用天然气的脱水处理要求。同时，天然气脱水和三甘醇再生两部分均使用超重力反应器，通过强化气液传质，降低设备尺寸和投资，使其能够满足海上平台等空间受限场合的天然气处理要求。
本发明要解决的第二个技术问题是利用上述一种适用于海上平台液化用天然气脱水处理的系统装置的脱水工艺。
为解决上述第一个技术问题，发明采用如下的技术方案：
本发明一种适用于海上平台液化用天然气脱水处理的系统装置，包括过滤分离器、第一超重力机、三甘醇冷凝器、贫/富液换热器、增压泵、缓冲罐、再沸器、第二超重力机、闪蒸罐、输送泵、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、汽提剂冷凝器、三相分离器、汽提剂干燥器、汽提剂储罐、汽提剂泵、第一流量计、第二流量计和三通阀;
所述过滤分离器的出口与第一超重力机的气相进口连接，所述第一超重力机的气相出口与第一截止阀进口连接，第一截止阀出口通往下游工段;
所述第一超重力机的液相出口与贫/富液换热器的富液进口连接，所述贫/富液换热器的富液出口与闪蒸罐进口连接，所述闪蒸罐的液相出口与输送泵的进口连接，所述闪蒸罐的气相出口通往尾气处理;
所述输送泵的出口与第二超重力机的液相进口连接，所述第二超重力机的液相出口与再沸器的液相进口连接，所述第二超重力机的气相出口与汽提剂冷凝器进口连接，所述汽提剂冷凝器出口与三相分离器进口连接，所述三相分离器的下端设排水口;
所述三相分离器的不凝气出口通往尾气处理，所述三相分离器的汽提剂出口与汽提剂干燥器进口连接，所述汽提剂干燥器出口连接到三通阀的第一进口;所述汽提剂储罐、第三截止阀与第一流量计依次连接，最后第一流量计的出口连接到三通阀的第二进口上;所述三通阀的出口与汽提剂泵的进口连接，所述汽提剂泵的出口与第二流量计进口连接，所述第二流量计出口与再沸器连接，实现汽提剂的循环;
所述再沸器气相出口与第二超重力机的气相进口连接，所述再沸器的液相出口经第二截止阀与缓冲罐进口连接，所述缓冲罐底部液相出口与增压泵进口连接，所述增压泵的出口与贫/富液换热器的贫液进口连接，所述贫/富液换热器的贫液出口与冷凝器进口连接，所述冷凝器的出口与第一超重力机的液相进口相连接，实现三甘醇的循环。
为解决上述第二个技术问题，本发明利用上述适用于海上平台液化用天然气脱水处理的系统装置的脱水工艺，包括如下步骤：
1)、压力为5-20MPa的天然气进入过滤分离器，除去游离的液态水和固体杂质，之后由过滤分离器出口排出;
2)、步骤1)中排出的天然气进入第一超重力机，在第一超重力机内与三甘醇贫液逆流接触脱水，脱水后的干气排出系统，进入下游工段;
3)、步骤2)中吸水后的三甘醇富液排出第一超重力机，与三甘醇贫液换热之后进入闪蒸罐;
4)、步骤3)中的三甘醇经过闪蒸罐闪蒸后经输送泵泵入第二超重力机，三甘醇在第二超重力机内与来自再沸器气化的汽提剂逆流接触，三甘醇中的水向气相迁移;汽提剂一方面与三甘醇中的水形成一种共沸物，使得水以共沸物的形式向气相转移，另一方面，气化的汽提剂能够增强液相三甘醇的湍动，降低气相水分压，促进水向气相的迁移;再生后的三甘醇从第二超重力机液相出口排出，汽提剂从第二超重力机的气相出口排出;
5)、步骤4)中从第二超重力机气相出口排出的汽提剂进入汽提剂冷凝器，冷凝成液态后排出汽提剂冷凝器;
6)、步骤5)中从汽提剂冷凝器排出的汽提剂进入三相分离器，水和汽提剂分离，不凝气通往尾气处理，水排出系统，汽提剂进入汽提剂干燥器;
7)、步骤6)中进入汽提剂干燥器的汽提剂经过干燥进一步去除其中的微量水分，同时，通过汽提剂储罐来补充在汽提剂回收过程中损失的汽提剂;之后用汽提剂泵将汽提剂输送到再沸器中，汽提剂在再沸器中与步骤4)从第二超重力机排出的三甘醇富液中的水形成共沸物并气化，实现汽提剂的循环使用;三甘醇经过进一步再生后从再沸器液相出口排出;
8)、步骤7)从再沸器液相出口排出的三甘醇贫液进入缓冲罐，在缓冲罐中形成稳定液位;
9)、步骤8)中缓冲罐内的三甘醇贫液由增压泵输送到贫/富液换热器，在贫/富液换热器中与步骤3)中三甘醇富液换热，之后经过三甘醇冷凝器冷凝后再次进入第一超重力机，实现三甘醇的循环。
作为技术方案的进一步改进，步骤2)中，三甘醇贫液与天然气原料气的体积比为1：5000-1：10000。
作为技术方案的进一步改进，步骤2)中，三甘醇贫液浓度可达到99.999%，天然气出口水露点可达到-100℃以下。
作为技术方案的进一步改进，步骤4)中，所述汽提剂为异辛烷、正庚烷、甲苯、乙苯等能与水形成低沸点共沸物的物质中的一种或多种。
作为技术方案的进一步改进，步骤7)中，所述汽提剂用量与步骤4)中的三甘醇富液用量的体积之比为0.15-0.5。
作为技术方案的进一步改进，步骤5)中，汽提剂冷凝器的温度为20℃-50℃
作为技术方案的进一步改进，步骤2)中第一超重力机的超重力水平为100-500，步骤2)中的第二超重力机的超重力水平为100-500。
作为技术方案的进一步改进，步骤7)中，再沸器温度为190℃-204℃。
作为技术方案的进一步改进，步骤9)中，三甘醇冷凝器的温度为15℃-30℃。
本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
如无特殊说明，本发明中的各原料均可通过市售购买获得，本发明中所用的设备可采用所属领域中的常规设备或参照所属领域的现有技术进行。
与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：
1)脱水深度高。本发明通过引入汽提剂，一方面能够与三甘醇富液中的水形成共沸物，另一方面汽提剂气化后也能够以汽提气的作用增强液相三甘醇的湍动，降低水分压，在以上多方面因素的共同作用下，极大的促进水从液相向气相的迁移。
2)通过本发明提出的系统及工艺可以将再生后三甘醇的纯度提高到99.999wt%，使用该三甘醇贫液作为吸收剂，可使吸收系统中经吸水处理的天然气出口水露点降低至-100℃以下，满足液化用天然气的脱水处理要求。
3)装置尺寸小，高度低。本发明系统中天然气脱水系统和三甘醇再生系统两部分均采用超重力反应器。因此，本系统兼具超重力技术自身的优点：大大增加气液接触面积、提高气液传质效率、装置高度低、设备尺寸小、开停车容易，适用于海上平台等空间受限场合。