天然气净化装备制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种天然气净化装备，涉及天然气净化【技术领域】，提供一种能够缩短制造工期的天然气净化装备。天然气净化装备采用模块化设计，根据需实现的功能划分模块，将零部件集成为原料气预处理单元、脱硫脱碳单元、脱水单元和硫磺回收单元，各单元分别安装在撬块上，原料气预处理单元、脱硫脱碳单元和脱水单元依次连接，硫磺回收单元与脱硫脱碳单元连接。采用模块化设计，根据需实现的功能划分模块，将零部件集成为安装在不同撬块上的单元后，各单元分别在工厂制造，结构紧凑，集成度高；各单元制造完成后运输到天然气净化厂址安装，能够缩短天然气净化厂址现场安装时间，减少受天气变化的影响。
【专利说明】天然气净化装备
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及天然气净化【技术领域】，尤其涉及天然气净化装备。
【背景技术】
[0002]从矿藏中开采出来的天然气是组分非常复杂的烃类混合物，且含有少量的非烃类杂质。其中，非烃类杂质常常含有&5、CO2和有机硫化物。由于水的存在，这些气体组分将生成酸或酸溶液，造成输气管道和设备的严重腐蚀。因此需要通过净化处理达到国家制定的商品天然气气质标准，同时天然气中H2S和硫醇这样的硫化物，流放后易破坏生态环境、损害人类健康，为之可转化为可供工业应用的元素硫。这便构成一条天然气净化、回收的基本技术路线。
[0003]国内常规天然气净化厂所有设备均为散件现场安装，施工占地面积大，工作量大，工期长，且易受天气变化影响，往往导致工期一再拖延。因此传统天然气净化建站建厂设备固定、占地面积大、基础条件差、施工周期长和难度强度大等问题急需解决。
实用新型内容
[0004]本实用新型要解决的技术问题是:提供一种能够缩短制造工期的天然气净化装备。
[0005]为实现上述问题采用的技术方案是:天然气净化装备采用模块化设计，根据需实现的功能划分模块，将零部件集成为原料气预处理单元、脱硫脱碳单元、脱水单元和硫磺回收单元，各单元分别安装在撬块上，原料气预处理单元、脱硫脱碳单元和脱水单元依次连接，硫磺回收单元与脱硫脱碳单元连接。
[0006]进一步的是:原料气预处理单元包括脱水脱烃橇、三相分离器橇、水套炉单体橇、分离计量橇、高压三相分离器。
[0007]进一步的是:脱硫脱碳单元包括分子筛脱硫脱碳装置。
[0008]进一步的是:脱硫脱碳单元包括胺液法脱硫脱碳装置。
[0009]进一步的是:脱水单元包括甘醇脱水装置。
[0010]进一步的是:脱水单元包括分子筛脱水装置。
[0011]进一步的是:硫磺回收单元包括克劳斯法硫磺回收装置。
[0012]本实用新型的有益效果是:采用模块化设计，根据需实现的功能划分模块，将零部件集成为安装在不同撬块上的单元后，各单元分别在工厂制造，结构紧凑，集成度高；各单元制造完成后运输到天然气净化厂址安装，能够缩短天然气净化厂址现场安装时间，减少受天气变化的影响。
[0013]天然气净化装备采用模块化设计将各零部件集成为模块后，总体设计的设计师只需考虑总体布置和制定各模块间的接口规格，各模块可由不同的设计团队分别设计，各设计团队集中精力于一点，利于创新和缩短开发周期。
[0014]生产按单元进行，使生产团队更专业化更利于保证质量，若是外协生产或采购按模块进行则能减少采购数量和物流难度。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是天然气净化工序流程图；
[0016]图2是脱硫脱碳单元示意图；
[0017]图3是脱水单元示意图；
[0018]图4是硫磺回收单元示意图；
[0019]图中标记为:脱硫脱碳单元1、原料气重力分离器1-1、原料气过滤器1-2、湿净化气分离器1-3、活性碳过滤器1-4、贫液后冷器1-5、贫液循环泵1-6、闪蒸罐1-7、闪蒸气吸收塔1-8、胺液预过滤器1-9、胺液后过滤器1-10、再生塔重沸器1-11、贫/富液换热器1-12、再生塔顶回流泵1-13、再生塔顶回流罐1-14、脱水单元2、产品气分离器2-1、TEG吸收塔
2-2,TEG冷却器2-3、TEG循环泵2_4、TEG贫/富液换热器2_5、TEG缓冲罐2_6、TEG再生气分液灌2-7、TEG再生塔2-8、TEG过滤器2_9、TEG闪蒸罐2_10、硫磺回收单元3、酸水压送罐3-1、酸水分离器3-2、酸气预热气3-3、燃烧空气风机3-4、空气预热器3-5、克劳斯反应器
3-6、气/气换热器3-7、一级CPS反应器3-8、二级CPS反应器3_9、三级CPS反应器3_10、主燃烧炉3-11、余热锅炉3-12、热段冷凝器3-13、克劳斯冷凝器3_14、一级CPS冷凝器3_15、二级CPS冷凝器3-16、三级CPS冷凝器3-17、液硫捕集器3_18。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进一步说明。
[0021]天然气净化装备采用模块化设计，根据需实现的功能划分模块，将零部件集成为原料气预处理单元、脱硫脱碳单元1、脱水单元2和硫磺回收单元3，各单元分别安装在撬块上，原料气预处理单元、脱硫脱碳单元I和脱水单元2依次连接，硫磺回收单元3与脱硫脱碳单元I连接。各单元在制造厂内完成橇体的制造、工艺设备、电气、仪表、工艺管线的就位安装，工艺设备、管线的吹扫、试压防腐绝热等工作后，运往建设现场就地成橇，从而形成一座天然气净化橇装模块式自动化工厂成套油气装备。脱硫脱碳单元1、脱水单元2和硫磺回收单元3设置在天然气净化工厂处，原料气预处理单元设置在天然气井口处。
[0022]由于围绕模块化(撬装化)的设计理念，使传统的天然气净化厂设备由平面布局设计变为叠加立体设计，结构更为紧凑，有效节省空间30?40% ;在制造时采用工厂化预制，缩短工期达1/3以上；在投资上便于运输，整体搬运方便。所以对于单井采气净化，特别是单井处于偏远地区则需要对采出的气体进行净化、液化后运输。撬装装置就显示出了其独特的优越性，对于降低成本提高效益具有重要意义。
[0023]原料气预处理单元即将原有进行原料气预处理的零部件集成到撬块上后的零部件总成。原料气预处理单元主要功能是脱除天然气中的固体杂质，避免固体杂质进入后续设备，造成设备仪表损坏和管道堵塞。原料气预处理单元I需要能够进行过滤、计量、压缩、分离、加热等初步净化处理工作。在确定诸多杂质组分的预处理指标时，主要考虑其在生产过程中可能产生的两方面影响一设备和管道的腐蚀和堵塞。
[0024]原料气预处理单元的各零部件和零部件间连接方式与散件现场安装的天然气净化装备的原料气预处理设备结构和设备间连接方式一致。
[0025]为了便于制造和运输，原料气预处理单元根据需实现的功能进一步划分模块，原料气预处理单元包括脱水脱烃橇、三相分离器橇、水套炉单体橇、分离计量橇和高压三相分离器。原料气预处理单元进一步细化为脱水脱烃橇、三相分离器橇、水套炉单体橇、分离计量橇和高压三相分离器，减少了单个橇的零部件数量和体积，便于制造和运输。
[0026]脱硫脱碳单元I即将原有进行脱硫工序的零部件集成到撬块上后的零部件总成。脱硫脱碳是指脱除天然气中含有的H2S和C02。H2S和C02的存在会再增加天然气对金属的腐蚀；当利用天然气作化工原料时，还会使催化剂中毒，影响产品和中间产品的至来能够；还会降低天然气的热值；因此必须脱除。目前，天然气净化中的脱碳工艺，主要有化学法(胺法)、吸附法、物理溶剂法、化学-物理溶剂法等。①化学法:也就是胺液吸收法。目前所使用的烷醇胺主要包括一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、二甘醇胺(DGA)、甲基二乙醇胺(MDEA)。对于选择性脱除H2S气体，则采用有显著效果的MDEA溶液；对于选择型脱除C02气体，则采用活化的MDEA溶液。如果天然气产品是燃气标准，则用MDEA溶液脱除H2S同时也会脱除少量的C02满足燃气标准；如果天然气产品要达到LNG要求则需要脱除C02，则选择活化的MDEA溶液同时也脱除H2S气体。②吸附法:固体吸附H2S、C02与分子筛脱水类似，天然气中的H2S与C02被吸附在多孔状固体上，然后通过加热使H2S、C02脱附出来。该方法工艺流程简单，但受固体吸附剂吸附容量较小的限制所以只适用于处理较小的装置。③物理溶剂法:胺法是以化学溶剂通过化学反应脱除天然气中的C02与H2S。而物理溶剂法则是利用C02与H2S与烃类在物理溶剂中溶解度的巨大差异完成天然气的脱硫脱碳任务。常用的物理溶剂有多乙二醇二甲醚、N-甲基吡咯烷酮等。④化学-物理溶剂法:指以化学溶剂(胺类)与物理溶剂组成的溶液脱除天然气中的C02与H2S。常用的化学-物理溶剂法是砜胺法也就是Sulfinol法。由于受成本控制所以物理溶剂法和化学-物理溶剂法难以被运用在撬装装置上。因此本实用新型的脱硫脱碳单元I推荐采用胺液吸收法或分子筛吸附法。具体的是:第一、原料气中H2S含量未检出(即非常低)或者为管网气，且处理量为5X 104?1X 104Nm3/d时，即采用分子筛脱除CO2装置工艺。该装置工艺的特点为采用分子筛脱CO2装置简单易操作，同时简化了大型工厂类型的复杂结构。第二、H2S含量较高的传统脱酸装置。该装置脱酸气采用胺液法，其特点为装置紧凑、节约空间，操作简单节约成本。如图2所示，脱硫脱碳单元I的工艺装备主要有原料气重力分离器1-1、原料气过滤器
1-2、湿净化气分离器1-3、活性碳过滤器1-4、贫液后冷器1-5、贫液循环泵1-6、闪蒸罐1_7、闪蒸气吸收塔1-8、胺液预过滤器1-9、胺液后过滤器1-10、再生塔重沸器1-11、贫/富液换热器1-12、再生塔顶回流泵1-13、再生塔顶回流罐1-14。脱硫脱碳单元I的上述各工艺装备结构和连接方式与现有技术一致。
[0027]脱水单元2即将原有进行脱水工序的零部件集成到撬块上后的零部件总成。根据脱水深度不同大致选用两种工艺。①甘醇法。此法由于受脱水深度限制，只适用于燃气标准脱水要求。②分子筛法。此法可以深度脱水，能够达到LNG要求，而且工艺简单。如图3所示，脱水单元2的工艺装备主要有产品气分离器2-1、TEG吸收塔2-2、TEG冷却器2_3、TEG循环泵2-4、TEG贫/富液换热器2-5、TEG缓冲罐2_6、TEG再生气分液灌2_7、TEG再生塔
2-8、TEG过滤器2-9和TEG闪蒸罐2_10。脱水单元2的上述各工艺装备结构和连接方式与现有技术一致。
[0028]硫磺回收单元3即将原有进行脱水工序的零部件集成到撬块上后的零部件总成。如果酸气H2S含量较高则需要对H2S进行处理。酸气则进入克劳斯装置回收硫磺。克劳斯硫磺回收工艺主要有克劳斯直流工艺、克劳斯分流工艺、克劳斯直接氧化工艺。①直流法也称直通法，通常酸气H2S含量高于50%时采用此法。直流法的主要特点是全部酸气与按需配入的空气一起进入燃烧炉反应，再经过余热锅炉、两级或者多级催化转化反应器与相应的硫磺冷凝器，经过捕集硫磺后尾气灼烧放空。②克劳斯分流工艺，当酸气H2S浓度低在15%?50%时采用。其特点为酸气量的1/3与计量的空气进入燃烧炉将其中的H2S转化为S02，此股气流经过余热锅炉后与另外的2/3酸气混合后进入催化转化段，因此此种工艺中的硫磺全部在催化段产生的。③克劳斯直接氧化工艺，当酸气浓度低于5%时采用此法。直接氧化法可分为两类:一类是将H2S催化氧化为单质硫，在工况条件下这实际是一个不可逆反应，此类在处理克劳斯尾气得到了很好的应用；另一类是将H2S催化氧化为单质硫和S02，在氧化段后采用克劳斯直流或者分流法回收硫磺。如图4所示，酸水压送罐3-1、酸水分离器3-2、酸气预热气3-3、燃烧空气风机3-4、空气预热器3-5、克劳斯反应器3_6、气/气换热器3-7、一级CPS反应器3-8、二级CPS反应器3_9、三级CPS反应器3_10、主燃烧炉
3-11、余热锅炉3-12、热段冷凝器3-13、克劳斯冷凝器3_14、一级CPS冷凝器3_15、二级CPS冷凝器3-16、三级CPS冷凝器3-17和液硫捕集器3-18。硫磺回收单元3的上述各工艺装备结构和连接方式与现有技术一致。
【权利要求】
1.天然气净化装备，其特征在于:采用模块化设计，根据需实现的功能划分模块，将零部件集成为原料气预处理单元、脱硫脱碳单元(1)、脱水单元(2)和硫磺回收单元(3)，各单元分别安装在撬块上，原料气预处理单元、脱硫脱碳单元(1)和脱水单元(3)依次连接，硫磺回收单元(3)与脱硫脱碳单元(1)连接。
2.根据权利要求1所述的天然气净化装备，其特征在于:原料气预处理单元包括脱水脱烃橇、三相分离器橇、水套炉单体橇、分离计量橇、高压三相分离器。
3.根据权利要求2所述的天然气净化装备，其特征在于:脱硫脱碳单元(1)包括分子筛脱硫脱碳装置。
4.根据权利要求2所述的天然气净化装备，其特征在于:脱硫脱碳单元(1)包括胺液法脱硫脱碳装置。
5.根据权利要求2所述的天然气净化装备，其特征在于:脱水单元(2)包括甘醇脱水>j-U ρ?α装直。
6.根据权利要求2所述的天然气净化装备，其特征在于:脱水单元(2)包括分子筛脱水装置。
7.根据权利要求2所述的天然气净化装备，其特征在于:硫磺回收单元(3)包括克劳斯法硫磺回收装置。
【文档编号】C10L3/10GK204058407SQ201420406403
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】刘革, 李少奇, 袁小林, 钟家柱, 夏志 申请人:四川金星压缩机制造有限公司, 四川金星石油化工机械设备有限公司, 四川恒重清洁能源成套装备制造有限公司