[发明专利]一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法

说明书

本发明公开了一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法，包含轻烃水气浓缩工序和变温吸附精脱工序；轻烃水气浓缩工序吸附压力为0.5~7.0MPa，操作温度为50~150℃，常压与抽空解吸，未被吸附的天然气甲烷等从吸附塔顶部排出作为脱除大部分水与轻烃的中间气体，再进入变温吸附精脱工序，从塔顶逸出水和烃露点降低于最小环境温度30~50℃的天然气产品，一部分被作为再生气体对变温吸附精脱工序进行再生，随后，或再生气体与原料气混合返回到轻烃水气浓缩工序进一步回收天然气，或作为轻烃水气浓缩工序的冲洗气与其解吸气一起经加压后加工处理回收C2+或送出界区加工处理。甲烷收率90~95%及以上，C2+的收率大于90%以上。

技术领域

本发明涉及天然气脱水脱烃的净化领域，更具体的说是涉及一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法。

背景技术

天然气是一种优质、经济、清洁的能源和化工原料，其主要以甲烷为主，还有乙烷、丙烷、丁烷等烷烃类组分，以及少量的氮气、二氧化碳、水蒸气等非烃类气体组分。天然气须经过处理或净化才能输送或使用，其中，天然气脱水与脱烃是天然气净化最重要的两个过程，即控制露点和/或回收烷烃类。

天然气脱水与脱烃是天然气净化中两个非常重要的独立单元。一般天然气脱水在前，脱烃或回收烃类在后。天然气脱水方法有吸收法、吸附法、低温法（温降法）、膜分离法、气体汽提法和蒸馏法等，其中，最普遍的是吸收法、低温法与吸附法。天然气脱水的主要目的是降低水露点（露点降）。天然气脱烃的主要方法有，吸附法、吸收法，其中，对于天然气回收烃类组分，也称为天然气凝液回收，其主要方法，除了吸附法与吸收法外，较为普遍的方法是冷凝分离法，即低温法。对于天然气净化而言，脱烃的目的主要是降低烃露点（露点降），避免输送或使用过程中产生气液分离、堵塞等不利影响。

低温法，也叫冷凝分离法，是将天然气冷却至烃露点以下某一低温，得到一部分富含较重烃类的液烃（即天然气凝液或凝析油），并在此低温下使其与气体分离，为防止天然气在冷却过程中由于析出冷凝水而形成水合物，在冷却前可加入水合物抑制剂，使得天然气在冷却过程中析出冷凝水和抑制剂水溶液混合后随液烃一起在低温分离器中脱除（脱油脱水），进而同时达到控制天然气的水、烃露点。其中，按照制冷方式，有膨胀制冷法（包括节流制冷与透平膨胀机制冷）、冷剂制冷和联合制冷三种方法。低温法比较成熟，简单，适合气田井口、集气站或处理厂为控制水、烃露点所常用。缺点包括，第一，脱水脱烃深度不够，由于低温分离器温度不够低（仅为-20~-10℃），原料气，尤其是高压凝析气中，含有相当数量的乙烷、丙烷或丁烷等组分，则在此条件下，大部分附加值较高的乙烷、丙烷等未予以回收而直接去了下游用户，降低了天然气处理厂的经济效益，同时，产出的天然气等级也多为二类，水、烃露点小于最低环境温度5℃；第二，能耗相对较高，低温法仍然需要一定的冷量，包括节流或膨胀机制冷。若采用冷剂制冷，需要消耗较多的制冷剂。同时，需要增加压力。若原料气是高压凝析气，井口就有多余的压力可以利用，但无法在此低温条件下回收原料中含量较高的乙烷丙烷等组分，烃露点降低幅度不大。近年来，超音速分离器替代低温分离器成为一种趋势，但也仅适合原料气中含有较多的重烃组分工况，比如天然气凝液（NGL）、天然气油（NGO）及稳定轻烃等的脱水及回收烃，无法达到天然气深度脱水脱烃要求；第三，在脱烃中出现反凝析现象。

吸收法脱水是利用亲水性溶剂与天然气进行逆流接触，使得天然气中的水蒸气被溶解，从而实现脱水的目的。常用的亲水性吸收剂包括甘醇（乙二醇多聚物）、氯化钙等，其中，甘醇法中的三甘醇（TEG）最为普遍，包括DRIZO法（共沸法）、CLEANOL+法、COLDFINGER法，以及汽提法、负压法、PROGLY法、ECOTEG法等。吸收法运行成熟可靠、流程简单、成本低，且脱水降露点深度较高，但因会发生共吸收现象而导致吸收剂循环量及损失量增大，因而不适合酸性组分、重烃组分、液体或固体杂质较多的天然气脱水，也不能同时脱烃，尤其是吸收剂TEG会溶解天然气中的硫化氢（H2S），对设备、管道等产生腐蚀。此外，为了提高贫甘醇浓度，以便提高吸收效率，须增加较多的设备，投资相应增大，流程也变得比较复杂。