专利名称：一种脱除天然气中的苯的系统和方法
技术领域：
本发明涉及天然气脱苯技术领域，特别是涉及一种脱除天然气中的苯的系统和方法。
背景技术：
天然气是一种多组分的混合气体，其主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，还有少量的乙烷、丙烷和丁烷等，此外，天然气通常还含有硫化氢、二氧化碳等酸性气体、苯和水蒸汽，以及微量的惰性气体(如氦和氩等)。目前，天然气的利用方式之一是采用液化天然气的方式，首先将气田开采出来的天然气进行液化，然后采用远洋运输船或者槽车运输的方式运输至天然气的用户所在地， 气化后再使用。而在对天然气进行液化之前，先要对其进行净化，以脱除其中的酸性气体、 苯、水蒸汽等，防止这些杂质在后续的液化过程中凝固堵塞管道和设备，影响天然气液化装置的安全运行。现有的脱除天然气中的苯的技术是利用相似相容的原理，采用异戊烷作为吸收剂来脱除天然气中的苯，从而满足天然气液化对其中苯含量的要求(低于0. 0005% )。现有的脱除天然气中的苯的系统结构图如图1所示。该系统包括储存异戊烷的储罐101、向储罐101中的异戊烷提供动力的异戊烷输送泵、混合器103、吸收塔104和异戊烷增压泵105，其中，异戊烷输送泵102将储罐101中储存的新鲜异戊烷输送到混合器103 中，异戊烷增压泵105对来自吸收塔104中部的吸收了苯的异戊烷进行加压，然后将其送入混合器103中与异戊烷输送泵102输送来的新鲜异戊烷进行混合，由于该混合过程利用来自储罐101的新鲜异戊烷降低了来自吸收塔104的吸收了苯的异戊烷中苯的含量，因而混合后的异戊烷可经异戊烷输入管106从吸收塔104外壳1041顶部进入其内部，从上向下流动，与从吸收塔104外壳1041底部侧面进入其内部从下向上流动的含苯的天然气进行充分接触，以达到脱除天然气中的苯的目的。如图1所示，现有的吸收塔104包括外壳1041、位于外壳1041内中部的烟囱板 1044以及上下顺次排列的多组塔内件，每组塔内件包括一个液体分布器1042和一个位于液体分布器1042下方的填料层1043，液体分布器1042可使异戊烷在其下方填料层1043处均勻分布，填料层1043可使异戊烷与天然气充分接触。烟 板1044包括具有多个均勻分布或不均勻分布的小孔的在水平方向的底板，每个小孔上均有一竖直的顶端开口的烟囱状导气筒，底板的边沿竖直向上或斜向上方从而高于该底板的底面，这样，底板的边沿内部可以容纳一定量的异戊烷，而各导气筒顶端的开口均高于底板的底面，因而可使该烟囱板底面下方的天然气自下而上穿过各导气筒。利用该结构，烟囱板1044既达到了容纳异戊烷的目的，又不阻碍天然气自下而上的流动。利用图1所示的结构，为了使从吸收塔104的外壳1041顶部输出的天然气中苯的含量达到低于0. 0005%的要求，吸收塔104外壳1041内部所有塔内件对苯的吸收能力的总和用理论塔板数来衡量，至少要达到7才能满足要求。天然气在外壳1041内自下而上流动，因而外壳1041内下部的天然气中苯的含量较高，而上部的天然气中苯的含量较低，现有技术将烟 板1044设置于塔的中部，以将吸收了外壳1041内上部的天然气中的苯的异戊烷收集起来，通过异戊烷中部输出管1051输送到异戊烷增压泵105，异戊烷增压泵105将送来的一部分吸收了苯的异戊烷送到混合器 103中与新鲜异戊烷进行混合，另一部分则通过异戊烷中部输入管1052送回吸收塔104的外壳1041内，例如，送到图1所示的烟囱板1044下方的液体分布器中，从而使其继续吸收外壳1041内下部的天然气中的苯。吸收了苯的异戊烷最终从外壳1041底部输出，而脱除了苯的天然气最终从外壳1041的顶部输出。由图1可以看出，现有技术将部分已吸收了苯的异戊烷与外部补充的新鲜异戊烷在混合器103中混合后，再返回外壳1041内继续进行苯的脱除，这不可避免地存在异戊烷的返混现象，因而降低了异戊烷对天然气中的苯的脱除效率，同时，吸收塔还必须用较多的理论塔板数才能使天然中的苯含量达标，因而吸收塔设备的投资也较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种脱除天然气中的苯的系统和方法，能提高对天然气中的苯的脱除效率，降低系统的设备投资。本发明解决上述技术问题的技术方案如下一种脱除天然气中的苯的系统，该系统包括储存吸收剂的储罐；与所述储罐相连、以向其中的吸收剂提供动力的吸收剂输送泵；吸收塔；连接所述吸收塔的外壳底部侧面以将含苯的天然气输入所述外壳内部的天然气输入管和连接所述外壳顶部以将被脱除了苯的天然气输出的天然气输出管；对输入至所述吸收塔的吸收剂进行冷却的换热器；连接所述外壳底部以将汇集在所述外壳底部的吸收了苯的吸收剂输出的吸收剂输出管；其中，所述换热器分别与所述吸收剂输送泵和所述吸收剂输出管相连，以利用所述吸收剂输出管输送的吸收了苯的吸收剂的冷量对所述吸收剂输送泵送来的吸收剂进行冷却，被冷却的吸收剂通过所述换热器的冷却输出管输出；所述冷却输出管从所述吸收塔的外壳顶部进入所述外壳内部，以使被冷却的吸收剂在所述外壳内部从上向下流动。本发明的有益效果是本发明中，储罐中的新鲜吸收剂先在换热器中与吸收了苯的吸收剂进行了换热，从而进行了预冷，经过冷却的吸收剂直接从吸收塔的外壳顶部进入外壳内部，从上而下流动，与从外壳顶部侧面进入外壳内部从下向上流动的天然气逆流接触，从而实现了苯的充分吸收，因此，本发明中的吸收剂自始至终在吸收塔外壳内部进行苯的脱除，并不会发生现有技术中的返混现象，这可以提高对天然气中苯的脱除效率。另外， 由于吸收剂在进入吸收塔之前先进行了预冷，这也有利于其对苯的吸收。因此，本发明可以提高对天然气中的苯的脱除效率，这样，吸收塔的理论塔板数也比现有技术有了大幅降低 (吸收塔的理论塔板数不超过4即可使天然气中的苯含量达标)，因而可大幅降低该系统的设备投资。在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进进一步，还包括干燥器，其输入端与所述吸收剂输送泵相连，输出端与所述换热器相连，以对所述吸收剂输送泵送来的吸收剂进行脱水，并将脱水后的吸收剂送入所述换热器进行冷却。
进一步，所述吸收塔还包括使吸收剂在其下方均勻分布的液体分布器和位于所述液体分布器下方的使吸收剂与天然气充分接触的填料层；所述液体分布器和所述填料层均位于所述外壳内部；进入所述外壳内部的所述冷却输出管与所述液体分布器相连；所述天然气输入管与所述外壳的连接位置位于所述填料层的下方。进一步，所述填料层为填料的有序集合或无序集合。另外，本发明还提供了一种脱除天然气中的苯的方法，该方法基于上述的系统；该方法包括步骤1 吸收剂输送泵向储罐所储存的吸收剂提供动力，将其输送到换热器；步骤2 所述换热器利用从吸收塔外壳底部输出的吸收了苯的吸收剂的冷量对所述吸收剂输送泵送来的吸收剂进行冷却，并将冷却后的吸收剂通过其冷却输出管从吸收塔的外壳顶部输入至所述外壳内部，使其在所述外壳内部从上向下流动；步骤3 将含苯的天然气从所述吸收塔的外壳底部侧面输入所述外壳内部，使其在所述外壳内部从下向上流动，与所述从上向下流动的吸收剂充分接触；步骤4 被脱除了苯的天然气和吸收了苯的吸收剂分别从所述外壳顶部和所述外壳底部输出。进一步，所述步骤1中，在吸收剂输送泵向储罐所储存的吸收剂提供动力之后，在将所述吸收剂输送到换热器之前，还包括将所述吸收剂输送到干燥器中进行脱水。进一步，所述干燥器利用分子筛吸附剂作为脱水剂。进一步，在所述步骤3之前，还包括步骤3-0 脱除天然气中的酸性气体、水和汞。进一步，所述吸收剂为异戊烷、液化石油气或丁烷。
图1为现有的脱除天然气中的苯的系统的结构图；图2为本发明提出的脱除天然气中的苯的系统的结构图；图3为本发明提出的脱除天然气中的苯的方法的流程图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。图2为本发明提出的脱除天然气中的苯的系统的结构图。如图2所示，该系统包括储存吸收剂的储罐201 ；与储罐201相连、以向其中的吸收剂提供动力的吸收剂输送泵 202 ；吸收塔205 ；连接吸收塔205的外壳2051底部侧面以将含苯的天然气输入外壳2051 内部的天然气输入管208和连接外壳2051顶部以将被脱除了苯的天然气输出的天然气输出管209 ；对输入至吸收塔205的吸收剂进行冷却的换热器204 ；连接外壳2051底部以将汇集在外壳2051底部的吸收了苯的吸收剂输出的吸收剂输出管207 ；其中，换热器204分别与吸收剂输送泵202和吸收剂输出管207相连，以利用吸收剂输出管207输送的吸收了苯的吸收剂的冷量对吸收剂输送泵202送来的吸收剂进行冷却，被冷却的吸收剂通过换热器204的冷却输出管206输出；
冷却输出管206从吸收塔205的外壳2051顶部进入外壳2051内部，以使被冷却的吸收剂在外壳2051内部从上向下流动。这里，储罐201用于储存新鲜的未吸收过苯的吸收剂，该吸收剂可以为异戊烷、丁烷、液化石油气等对苯有较高的吸收能力而对天然气中的其他物质的吸收能力则较差的物质。吸收剂可以通过图2中字母A所指示的管道输入储罐201内。吸收剂输送泵202通过提高吸收剂压力的方式来向储罐201中储存的吸收剂提供动力，使其从储罐201输出而到达换热器204中。图2中的换热器204是实现冷热量交换的设备，其目的是利用吸收塔205外壳 2051底部汇集输出的温度较低的吸收了苯的吸收剂的冷量，来对吸收剂输送泵202提供动力输送来的温度较高的新鲜的吸收剂进行冷却。这里的换热器204可以为板式换热器，也可以为管壳式换热器。经过换热，吸收了苯的吸收剂将其冷量释放给新鲜的吸收剂，自身通过图2中字母H所指示的管线输出，以便进行后续处理，而吸收了冷量(即向吸收了苯的吸收剂释放了热量)的新鲜的吸收剂则通过图2所示的换热器204的冷却输出管206输出到吸收塔205的外壳2051内部。本发明中的吸收塔205是逆流接触式吸收塔，如图2所示，经过换热器204预冷过的新鲜的吸收剂经换热器204的冷却输出管206从外壳2051的顶部输入到外壳2051的内部，由于吸收剂为液态物质，因而其从上向下流动；而含苯的天然气则通过外壳2051底部侧面连接的天然气输入管208进入外壳2051内部，由于其为气体，因而从下向上流动，与吸收剂充分接触，这样，吸收剂吸收天然气中的苯，最终汇集到外壳2051的底部，从外壳2051 底部连接的吸收剂输出管207输出，被脱除了苯的天然气上升到外壳2051的顶部，并通过与外壳2051顶部连接的天然气输出管209输出至后续处理设备(如天然气液化器等)。在吸收塔205的外壳2051内部，吸收剂除了吸收天然气中的苯之外，还由于天然气的温度要低于吸收剂，因而吸收剂还要吸收天然气的冷量，使自身的温度不断下降，因而最终汇集于外壳2051底部并输出的吸收了苯的吸收剂的温度要远低于从外壳2051顶部进入外壳2051内部的新鲜吸收剂的温度，这样，就可以将吸收了苯的吸收剂从吸收剂输出管 207输出到换热器中，以对新鲜的吸收剂进行预冷，提高其吸收苯的能力，实现冷量的综合利用。由此可见，本发明中，储罐中的新鲜吸收剂先在换热器中与吸收了苯的吸收剂进行了换热，从而进行了预冷，经过冷却的吸收剂直接从吸收塔的外壳顶部进入外壳内部，从上而下流动，与从外壳顶部侧面进入外壳内部从下向上流动的天然气逆流接触，从而实现了苯的充分吸收，因此，本发明中的吸收剂自始至终在吸收塔外壳内部进行苯的脱除，没有将塔的中部已经吸收苯的吸收剂混合至新鲜吸收剂中，返回到塔顶重新参与苯的吸收，并不会发生现有技术中的返混现象，这可以提高对天然气中苯的脱除效率。另外，由于吸收剂在进入吸收塔之前先进行了预冷，这也有利于其对苯的吸收。因此，本发明可以提高对天然气中的苯的脱除效率，这样，吸收塔的理论塔板数也比现有技术有了大幅降低(吸收塔的理论塔板数不超过4即可使天然气中的苯含量达标)，因而可大幅降低该系统的设备投资。由于本发明利用吸收了苯的吸收剂对新鲜吸收剂进行预冷，这在提高苯的脱除效率的同时，还充分利用了系统中的冷量，降低了本发明的能耗，提高了系统的能量综合利用率。
本发明中，吸收塔205除了包括上述的外壳2051之外，还可以包括使吸收剂在其下方(如其下方的填料层2053处)均勻分布的液体分布器2052和位于液体分布器2052 下方的使吸收剂与天然气充分接触的填料层2053，并且液体分布器2052和填料层2053均位于所述外壳2051内部；进入外壳2051内部的冷却输出管206与液体分布器2052相连，天然气输入管208 与外壳2051的连接位置位于填料层2053的下方。这里，液体分布器2052是使从上而下流动的吸收剂(在填料层2053顶部)均勻地分布开来的装置，其可以为设有均勻分布的溢流槽的盘状形式，也可以为均勻分布有孔眼的盘状形式。利用该装置，吸收剂(有序或无序地)从上向下到达液体分布器2052后，被其按照预定的方式分流，这样，流出液体分布器2052的吸收剂继续向下流动时的空间分布是均勻的，这有利于吸收剂与天然气在填料层处的充分接触，提高本发明对苯的脱除效率。填料层2053可以为填料的无序集合，如可为拉西环或鲍尔环等将填料乱堆在一起而形成的集合，或者其他可使吸收剂(液态)与天然气(气态)充分接触的钢丝网等无序结构。填料层2053也可以为填料的有序集合，即将填料按照确定的规则(填料之间的距离、角度、叠放方式等都是确定的)排列起来的有序结构。图2所示的脱除天然气中的苯的系统中，一个液体分布器与一个填料层可看作一组塔内件，如图2所示，本发明的吸收塔205外壳2051内的塔内件的数量也可以超过一组， 具体的数量视其对苯的吸收能力而定，例如可用两组塔内件来实现。利用图2所示的系统， 所有塔内件对苯的吸收能力的总和用理论塔板数来衡量，无需超过4即可满足输出天然气中苯含量低于0. 0005%的要求，相对于现有技术，本发明提供的吸收塔205中塔内件的数量大大减少，因而吸收塔的高度和体积都相应地减小，这有利于该系统的小型化与成本的降低。本发明中塔内件的数量超过一个时，各塔内件(位于上方的液体分布器2052和位于下方的填料层2053的结合)上下顺次排列，即在吸收塔205的外壳2051内，从上而下依次为第一塔内件的液体分布器、第一塔内件的填料层，第二塔内件的液体分布器、第二塔内件的填料层，依此类推，直至第η塔内件的液体分布器、第η塔内件的填料层。这样，进入外壳2051内部的冷却输出管206与第一塔内件的液体分布器(标号2052所指示的液体分布器)相连，从而将新鲜吸收剂输送到第一塔内件的液体分布器，使新鲜吸收剂均勻流到第一塔内件的填料层，在此处与天然气接触而吸收其中的苯，进而向下流动，最后，吸收了苯的吸收剂汇集到第η塔内件的填料层下方的外壳2053底部，并通过吸收剂输出管207输出到换热器204中。天然气输入管208与外壳2051的连接位置位于最下端的塔内件(第η塔内件) 中的填料层的下方，这样，含苯的天然气就从外壳2051底部侧面进入外壳2051内部，首先在第η塔内件的填料层处与吸收剂接触，其中的苯被部分吸收，随着天然气在外壳2051内部的上升，其中的苯被逐次吸收，最后在第一塔内件的填料层处被全部或接近全部吸收，最终，被脱除了苯的天然气通过外壳2051顶部所连接的天然气输出管209输出至后续处理设备，此时，天然气中的苯含量已达到低于0. 0005%的标准。可见，本发明中的吸收塔205是采用填料塔的结构，采取逐级吸收的方式脱除天然气中的苯的，所有塔内件对苯的吸收能力的总和仅需达到4级甚至更少的理论塔板数即可使苯的脱除效果符合标准规定，且无需设置烟囱板以及吸收剂的中间输送管道(如图1 中的1051和1052所示)，相对于现有技术，本发明提供的吸收塔的结构更为简单，体积和占地面积也更小，因而设备的成本也更低。如图2所示，该系统还包括干燥器203，其输入端与吸收剂输送泵202相连，输出端与换热器204相连，以对吸收剂输送泵202送来的吸收剂进行脱水，并将脱水后的吸收剂送入换热器204进行冷却。本发明中的干燥器可以为利用分子筛吸附剂作为脱水剂对吸收剂进行脱水的设备。本发明在对吸收剂进行预冷(利用换热器204)和苯脱除(利用吸收塔20 之前进行脱水干燥处理，可防止吸收剂中的水蒸汽在进入换热器204、吸收塔205之后，随着温度的降低而液化、凝结，导致换热器204、吸收塔205设备和相应管道的冻堵，另外，该脱水干燥处理还可以防止在吸收剂与天然气接触的过程中将水蒸汽混入天然气中，从而给后续的天然气液化设备带来设备、管道冻堵的危险，有利于深冷设备的运行稳定性和安全性。利用上述的系统对天然气中的苯进行脱除，其中的字母A-J指示的各位置处的温度(单位摄氏度)、压力(单位千帕斯卡)、流量(单位千摩尔/小时)以及物质组成如表1所示表 权利要求
1.一种脱除天然气中的苯的系统，其特征在于，该系统包括储存吸收剂的储罐；与所述储罐相连、以向其中的吸收剂提供动力的吸收剂输送泵；吸收塔；连接所述吸收塔的外壳底部侧面以将含苯的天然气输入所述外壳内部的天然气输入管和连接所述外壳顶部以将被脱除了苯的天然气输出的天然气输出管；对输入至所述吸收塔的吸收剂进行冷却的换热器；连接所述外壳底部以将汇集在所述外壳底部的吸收了苯的吸收剂输出的吸收剂输出管；其中，所述换热器分别与所述吸收剂输送泵和所述吸收剂输出管相连，以利用所述吸收剂输出管输送的吸收了苯的吸收剂的冷量对所述吸收剂输送泵送来的吸收剂进行冷却，被冷却的吸收剂通过所述换热器的冷却输出管输出；所述冷却输出管从所述吸收塔的外壳顶部进入所述外壳内部，以使被冷却的吸收剂在所述外壳内部从上向下流动。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括干燥器，其输入端与所述吸收剂输送泵相连，输出端与所述换热器相连，以对所述吸收剂输送泵送来的吸收剂进行脱水，并将脱水后的吸收剂送入所述换热器进行冷却。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述吸收塔还包括使吸收剂在其下方均勻分布的液体分布器和位于所述液体分布器下方的使吸收剂与天然气充分接触的填料层；所述液体分布器和所述填料层均位于所述外壳内部；进入所述外壳内部的所述冷却输出管与所述液体分布器相连；所述天然气输入管与所述外壳的连接位置位于所述填料层的下方。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述填料层为填料的有序集合或无序集合。
5.一种脱除天然气中的苯的方法，该方法基于权利要求1所述的系统；其特征在于，该方法包括步骤1 吸收剂输送泵向储罐所储存的吸收剂提供动力，将其输送到换热器；步骤2 所述换热器利用从吸收塔外壳底部输出的吸收了苯的吸收剂的冷量对所述吸收剂输送泵送来的吸收剂进行冷却，并将冷却后的吸收剂通过其冷却输出管从吸收塔的外壳顶部输入至所述外壳内部，使其在所述外壳内部从上向下流动；步骤3:将含苯的天然气从所述吸收塔的外壳底部侧面输入所述外壳内部，使其在所述外壳内部从下向上流动，与所述从上向下流动的吸收剂充分接触；步骤4 被脱除了苯的天然气和吸收了苯的吸收剂分别从所述外壳顶部和所述外壳底部输出。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤1中，在吸收剂输送泵向储罐所储存的吸收剂提供动力之后，在将所述吸收剂输送到换热器之前，还包括将所述吸收剂输送到干燥器中进行脱水。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述干燥器利用分子筛吸附剂作为脱水剂。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述步骤3之前，还包括步骤3-0脱除天然气中的酸性气体、水和汞。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述吸收剂为异戊烷、液化石油气或丁焼。
全文摘要
本发明涉及一种脱除天然气中的苯的系统和方法。该系统包括储存吸收剂的储罐；向储罐中的吸收剂提供动力的吸收剂输送泵；吸收塔；将含苯的天然气输入外壳内部的天然气输入管和将被脱除了苯的天然气输出的天然气输出管；对吸收剂进行预冷的换热器；将吸收了苯的吸收剂输出的吸收剂输出管；其中，换热器分别与吸收剂输送泵和吸收剂输出管相连，以利用吸收剂输出管输送的吸收了苯的吸收剂的冷量对吸收剂输送泵送来的吸收剂进行冷却，被冷却的吸收剂通过换热器的冷却输出管输出；冷却输出管从吸收塔的外壳顶部进入外壳内部，以使被冷却的吸收剂在外壳内部从上向下流动。本发明能提高对天然气中的苯的脱除效率，降低系统的设备投资。
文档编号C10L3/10GK102304404SQ20111022606
公开日2012年1月4日 申请日期2011年8月8日 优先权日2011年8月8日
发明者吴笛, 王红, 白改玲 申请人:中国寰球工程公司