天然气预处理器、天然气净化系统的制作方法

本实用新型涉及化工工艺控制领域，具体而言，涉及一种天然气预处理器、天然气净化系统。

背景技术：

天然气中含有的H₂S、CO₂和有机硫等酸性组分，在水存在的情况下会腐蚀金属。含硫组分有难闻的臭味、剧毒、使催化剂中毒等缺点。CO₂为不可燃气体，影响天然气热值的同时，也影响管输效率。H₂S是一种具有令人讨厌的臭鸡蛋味、有很大毒性的气体。空气中H₂S含量达到几十毫克每立方米就会使人流泪、头痛，高浓度的H₂S对人有生命危险。H₂S在有水及高温(400℃以上)下对设备、管线腐蚀严重；还对某些钢材产生氢脆，在天然气净化厂曾发生阀杆断裂、阀板脱落现象。有机硫中毒会产生恶心、呕吐等症状，严重时造成心脏衰竭、呼吸麻痹而死亡。因此天然气脱硫有保护环境、保护设备、管线、仪表免受腐蚀及有利于下游用户的使用等益处。同时还可以化害为利，回收资源。将天然气中的硫化氢分离后经克劳斯反应制成硫(亮黄色，纯度可达99.9)，可生产硫和含硫产品，在工业、农业等各个领域都有着广泛的用途。

天然气脱硫如果不达标，一旦出现泄漏，不仅给生产人员带来危害，也给无数的天然气用户带去了威胁。因此如何在常规的工业脱硫过程中提高脱硫效率成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种天然气预处理器，其能够利用加湿器和活性炭罐对天然气进行充分的预处理，使天然气达到更好的净化程度。

本实用新型的另一目的在于提供一种天然气净化系统，其能够去除天然气中部分杂质，减少脱硫塔中催化剂受污染的几率，提高催化剂的使用寿命。天然气加湿后有助于将难以脱去的有机硫转化为无机硫，也进一步提高无机硫脱除的速率。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种天然气预处理器，用于对脱硫前的天然气进行预处理。天然气预处理器包括利用饱和水蒸汽对天然气进行加湿的加湿器、用于对天然气中所含杂质进行吸附的活性炭置换器。

活性炭置换器包括多个隔挡板、两端分别设置第一端盖和第二端盖的中空管体。中空管体设置有用于留置活性炭的第一容置腔。多个隔挡板之间以相互交叉的方式设置于第一容置腔内，且每个隔挡板与中空管体的内壁之间形成间隙。第一端盖连接有第一进气管和放空管，第一进气管的管腔、放空管的管腔均与第一容置腔连通。第二端盖连接有出气管和第二进气管，出气管的管腔、第二进气管的管腔分别与第一容置腔连通。出气管与加湿器连接，便于对从出气管流出的天然气进行加湿。

优选地，多个隔挡板之间相互间隔0.5～8厘米。

优选地，由第一端盖至第二端盖的方向，第一容置腔的部分或全部具有收缩状结构。

优选地，加湿器包括喷嘴主体、控制阀以及用于将饱和水蒸汽送入喷嘴主体的供应单元。供应单元通过控制阀与喷嘴主体相连。控制阀连接有用于测量由出气管流出的天然气的流量的第一流量测试仪。控制阀被配置为根据第一流量测试仪反馈的流量值对应调节开度以调节饱和水蒸汽的流量。喷嘴主体设置有用于输送饱和水蒸汽的通道、喷嘴口。喷嘴口与通道相通，喷嘴口与出气管连接。

优选地，控制阀还连接有用于测量加湿后的天然气的浓度的浓度检测仪。天然气加湿器还设有信息处理器，信息处理器根据浓度检测仪及第一流量测试仪反馈的数据，分别对应控制控制阀的开度以调节饱和水蒸汽的流量。

优选地，喷嘴主体还包括球形喷嘴帽，球形喷嘴帽设有用于留置饱和水蒸汽并与通道相通的第二容置腔。喷嘴口为多个且均设置于球形喷嘴帽。

优选地，球形喷嘴帽以可旋转的方式设置。

优选地，球形喷嘴帽与天然气接触的表面涂覆防腐层。

优选地，通道沿逐渐靠近喷嘴帽的方向逐渐收缩。

一种天然气净化系统，其包括以上任意一种天然气预处理器。

本实用新型实施例的有益效果是：

本实用新型提供了一种天然气预处理器，用于对脱硫前的天然气进行预处理。活性炭置换器的容置腔内设有多个隔挡板，每个隔挡板与中空管体的内壁之间均留有间隙，这些间隙呈相互交错的状态。当活性炭在容置腔内填满时，从第一进气管进去的天然气只能通过隔挡板与中空管体的内壁之间的间隙流向下一块隔挡板，从而增加了天然气在活性炭上停留的时间。天然气在活性炭上停留时间的增加，有利于活性炭对天然气中杂质的吸附，提高天然气纯度。加湿器对出气管流出的天然气进行加湿，有利于天然气后期对含硫杂质的处理。

本实用新型还提供了一种天然气净化系统，利用上述活性炭置换器，减少了天然气含有的杂质对脱硫催化剂的损害。携带饱和水蒸汽的天然气能够在脱硫器中催化剂的作用下，更有效地将难以除去的有机硫转化为易除去的无机硫，同时提高无机硫与催化剂的反应速率，从而提高脱硫效率以及脱硫率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例1提供的天然气预处理器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例1提供的活性炭置换器第一视角的结构示意图；

图3为本实用新型实施例1提供的喷嘴帽的第一视角的结构示意图；

图4为本实用新型实施例2提供的天然气净化系统流程示意图。

图标：100-天然气预处理器；200-活性炭置换器；210-隔挡板；230-中空管体；232-间隙；234-第一端盖；236-第二端盖；238-容置腔；240-第一进气管；242-放空管；244-出气管；246-第二进气管；248-加热电阻丝；300-加湿器；310-供应单元；330-控制阀；332-第一流量测试仪；334-浓度检测仪；336-信息处理器；350-喷嘴主体；352-通道；354-球形喷嘴帽；356-喷嘴口；400-天然气净化系统；402-原料气分离器；404-加热器；406-杂质分离器；408-脱硫器；410-管道。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

请参照图1，本实施例提供一种天然气预处理器100，用于对脱硫前的天然气进行预处理。天然气预处理器100包括用于对天然气中所含杂质进行吸附的活性炭置换器200和利用饱和水蒸汽对天然气进行加湿的加湿器300。活性炭置换器200与加湿器300相连。

活性炭置换器200包括多个隔挡板210、中空管体230。多个隔挡板210以图1所示的相互交叉的方式设置于中空管体230内，且每个隔挡板210与中空管体230内壁形成用于通过气体的间隙232，多个间隙232相互交叉。此类隔挡板210的设计是为了从天然气流通的方向上阻碍天然气快速流通，让天然气能够与活性炭充分接触。以此，增强活性炭对天然气中杂质的吸附。间隙232的交叉设计进一步增加了天然气与活性炭的接触时间。本实用新型的其他实施例中，也可以采用在隔挡板210上开设多个通孔，为天然气提供流通路径。

如图1所示，中空管体230内设置有6块隔挡板210，在本实用新型的其他实施例中，也可以根据中空管体230的具体尺寸布置其他数量的隔挡板210。本实施例中，隔挡板210是沿中空管体230的径向设置，在本实用新型的其他实施例中，隔挡板210也可以采用其他方式设置。例如，每个隔挡板210相互之间呈一定角度，如30°、60°等；或者是隔挡板210沿中空管体230的轴向设置，每个隔挡板210与中空管体230的两端交叉地留出天然气流动的空间。

中空管体230的两端分别设置第一端盖234、第二端盖236以及用于留置活性炭的容置腔238。多个隔挡板210以图1所示的方式设置于容置腔238的内壁上，且每个隔挡板210与容置腔238的内壁形成用于通过气体的间隙232，多个间隙232相互交叉。隔挡板210之间相互间隔距离为0.5～8厘米，本实施例中每个隔挡板210之间相互间隔2厘米。图1所示的容置腔238为直筒型，本实用新型其他实施例中，还可以将容置腔238设计为部分收缩状结构或者全部收缩状结构，进一步增加天然气与活性炭的接触时间，提高活性炭的脱除效率。

第一端盖234连接有第一进气管240和放空管242。第一进气管240的管腔(图中未示出)和放空管242的管腔(图中未示出)均与容置腔238连通。需要经过活性炭吸附除去杂质的天然气由第一进气管240进入，由第二端盖236导出，完成天然气的除杂。用于清洗活性炭的饱和蒸汽由第二端盖236进入，吸附上述杂质并由放空管242导出进行燃烧。

第二端盖236连接有出气管244和第二进气管246。出气管244的管腔(图中未示出)和第二进气管246的管腔(图中未示出)均与容置腔238连通。天然气由第一进气管240进入，由出气管244导出，完成活性炭对天然气的吸附除杂。出气管244与加湿器300连接。饱和蒸汽由第二进气管246进入到容置腔238内并与活性炭充分接触，饱和蒸汽在高温高压的条件下将活性炭上吸附的杂质由放空管242带出并进行燃烧。天然气中往往含有二氧化碳、硫化氢、有机硫、石蜡以及凝析油等杂质。脱硫是天然气净化工艺中非常重要、关键的步骤，为了提高脱硫剂对天然气的脱硫效率，天然气进入脱硫塔之前需要先经过活性炭的吸附，除掉石蜡以及凝析油等对脱硫剂有损害的杂质。

较优地，请再参照图1，活性炭置换器200还可选地包括邻近第二端盖236并设置于容置腔238内的网状的加热电阻丝248。加热电阻丝248可以通过对活性炭加热，利用热胀冷缩效应，提高活性炭对天然气中杂质的吸附效率。为了更清楚的观察加热电阻丝248在容置腔238内的结构，请参照图2，图2为取下第二端盖236后，从第一视角观察到的活性炭置换器200的结构示意图。将加热电阻丝248设置于饱和蒸汽的进口端，还有利于活性炭的再生。一方面可以保证饱和蒸汽在容置腔238内的温度；另一方面网状的加热电阻丝248也可以更均匀的对活性炭进行加热，便于活性炭对其上所吸附杂质的脱附。为了更换活性炭和加热电阻丝248更方便，可以将第一端盖234、第二端盖236与中空管体230的两端设计为可拆卸连接。在本实用新型的其他实施例中，还可以在容置腔238的中间或其他位置设置加热电阻丝248，进一步保证容置腔238内不同位置的活性炭受热均一。

加湿器300包括饱和水蒸汽的供应单元310、控制阀330以及喷嘴主体350。供应单元310通过控制阀330与喷嘴主体350相连，并将饱和水蒸汽送入喷嘴主体350。

控制阀330连接有用于测量天然气流量的第一流量测试仪332，控制阀330被配置为根据第一流量测试仪332反馈的流量值对应调节开度以调节饱和水蒸汽的流量。例如，本实施例中控制阀330选用具有多个流出通道的电磁阀，且流出通道的口径逐渐从小到大。第一流量测试仪332测得的天然气浓度值不同时，相应的引导控制阀330调整到适应天然气流量的流出通道，从而将饱和水蒸汽的用量调整到需要的范围。控制阀330也可以采用其他的自动流量调节阀，例如ZZLP自动流量调节阀。ZZLP自动流量调节阀接收第一流量测试仪332测得的天然气浓度值，再通过调节饱和水蒸汽自带的压力即实现对饱和水蒸汽流量的调节。

较优地，控制阀330还可选地连接有用于测量加湿后的天然气浓度的浓度检测仪334。加湿器300还设有信息处理器336，信息处理器336综合处理浓度检测仪334及第一流量测试仪332反馈的数据，并分别对应控制控制阀330的开度以调节饱和水蒸汽的流量。浓度检测仪334主要是检测混入饱和水蒸汽后的天然气中饱和水蒸汽的含量(单位：g/cm³)。结合浓度检测仪334与第一流量测试仪332的测试结果对饱和水蒸汽流量的调节更为精确。信息处理器336可以采用ECU(Electronic Control Unit)、单片机、可编程逻辑控制器等等。本市实施选用ECU作为信息处理器336。

喷嘴主体350设有通道352、球形喷嘴帽354。球形喷嘴帽354部分容置于通道352内。球形喷嘴帽354设有用于留置饱和水蒸汽并与通道352相通的空腔(图中未示出)。为了更清楚的表示球形喷嘴帽354的结构，请参照图3。图3所示为球形喷嘴帽354的第一视角的结构示意图。球形喷嘴帽354上开设有多个喷嘴口356。每个喷嘴口356均与空腔相通，以保证饱和水蒸汽进入到空腔后能够从喷嘴口356喷出，并与天然气混合。球形喷嘴帽354的设计，使得饱和水蒸汽能够从图2所示的多个方向喷出，进一步保证了饱和水蒸汽与天然气混合的均匀性。

另外，喷嘴口356的口径较优的可设置为0.1～5厘米，本实施例为了达到更好的混合效果，喷嘴口356的口径开设为1厘米。

由于球形喷嘴帽354本身尺寸较小，在球形喷嘴帽354上开设喷嘴口356时，容易出现喷嘴口356分布不均匀的情况。因此本实施例中，将球形喷嘴帽354以可旋转的方式设置于通道352内，在进行饱和水蒸汽的喷洒时，可进行旋转式喷洒，使天然气与饱和水蒸汽混合更均匀。

由于球形喷嘴帽354本身是长期置于天然气的环境中，天然气中含有的酸性介质(例如：硫化氢)会导致球形喷嘴帽354发生腐蚀，进而堵塞喷嘴口356，对饱和水蒸汽的喷洒产生影响，进而影响天然气与饱和水蒸汽的混合。因此，本实施例中，还对球形喷嘴帽354的内壁和外壁进行了防腐层的涂覆，延长球形喷嘴帽354的使用寿命。防腐材料可以采用常见的防腐油漆或者是沥青等，本实施例喷涂的是氯化橡胶涂料。

如图1所示，本实施例中通道352沿逐渐靠近球形喷嘴帽354的方向逐渐收缩，增强了饱和水蒸汽沿喷嘴口356喷出的动力，饱和水蒸汽雾化效果更佳，从而更易与天然气混合。在本实用新型的其他实施例中，还可以将通道352设计为直筒型，或半收缩状等。

较优地，在本实用新型的其他实施例中，还可以根据通道352中的压力相应调节饱和水蒸汽的输出流量，可通过以下方式实现。喷嘴主体350设置有用于调节通道352内压力的压力控制器(图中未示出)。供应单元310设有用于调节饱和水蒸汽的输出流量的第二流量测试仪(图中未示出)。第二流量测试仪根据压力控制器反馈的通道352内的压力值对应调整饱和水蒸汽的输出流量，保证了饱和水蒸汽以较稳定的压力从喷嘴口356喷出。

天然气预处理器100的工作原理是：

加热电阻丝248首先对活性炭进行加热升温。天然气由第一进气管240进入到容置腔238内，并与活性炭进行接触。天然气按照多个隔挡板210布置的气体流通路径进行流通，活性炭对天然气中的石蜡、凝析油进行吸附。最终天然气由出气管244带出并进入到加湿器300中。

饱和水蒸汽由供应单元310供出，沿图1中所示的流通路径经过控制阀330到达通道352，进入球形喷嘴帽354后，由喷嘴口356喷出并与天然气进行混合。球形喷嘴帽354在喷洒饱和水蒸汽的过程中，以通道352的中心轴为转轴保持360°旋转，饱和水蒸汽由多个喷嘴口356沿多个方向进行喷洒，达到与天然气的充分混合。第一流量测试仪332负责检测天然气的输送流量，浓度检测仪334负责检测混合有饱和水蒸汽的天然气中饱和水蒸汽的含量。当第一流量测试仪332检测到天然气的流量有所变化，且浓度检测仪334的测定值偏离了预先设定值时，信息处理器336对检测结果进行处理，再对控制阀330进行调节，从而改变饱和水蒸汽的输送流量，直到浓度检测仪334的测定值达到预先设定值。

当活性炭停止对天然气的吸附工作时，加热电阻丝248开启加热，第二进气管246开始通入饱和蒸汽。饱和蒸汽进入容置腔238内与活性炭接触，并按照多个隔挡板210布置的气体流通路径进行流通，将石蜡与凝析油从活性炭表面带走。最终，饱和蒸汽附带石蜡与凝析油从放空管242带出。

实施例2

请参照图4和图1，图4所示为天然气净化系统400的流程示意图。天然气净化系统400包括原料气分离器402、加热器404、杂质分离器406、活性炭置换器200、加湿器300、脱硫器408。原料气分离器402、加热器404、杂质分离器406、活性炭置换器200和脱硫器408分别通过用于输送天然气的管道410依次连接。

如图4所示，天然气经原料气分离器402粗分离杂质后进入到加热器404中，加热后的天然气更有利于后续工段的除杂。加热器404中的天然气流经杂质分离器406除去大部分固体杂质和其他气体杂质。杂质分离器406中的天然气流入到活性炭置换器200中，利用活性炭对天然气中剩余的凝析油和石蜡进行吸附。活性炭置换器200处理后的天然气通过出气管244按照图4所示的流向流经加湿器300所在的管道410。加湿器300按照实施例1中所述的工作原理对天然气进行加湿处理后进入到脱硫器408中，完成对天然气的脱硫处理，最后天然气流入到后续工段或者经检验合格后直接供给天然气用户。

加湿器300对天然气进行加湿处理后，天然气在混合了饱和水蒸汽的条件下，能够在脱硫器408中催化剂(本实施例中采用三氧化二铁)的作用下通过水解将有机硫(例如羰基硫)转化为硫化氢。催化剂在饱和水蒸汽中呈现碱性，能够与硫化氢更快的反应，进而脱除硫化氢。因此，对天然气加湿后再进行脱硫，脱硫器408的脱硫率和脱硫速率都能够提高。

天然气净化系统400停止天然气净化工艺时，活性炭置换器200可对活性炭进行清洗置换，为下次使用做准备。如图4所示，将饱和蒸汽通入到活性炭置换器200中，利用饱和蒸汽对活性炭上吸附的石蜡、凝析油等进行清洗脱附。在压力0.6MPa、温度150℃的条件，饱和蒸汽将石蜡、凝析油由放空管242带出，并进行燃烧处理。

为简化表示，本实施例中未提及之处，请参阅实施例1相应内容。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。