吸附式高压天然气脱水工艺及装置
技术领域
本发明涉及一种天然气脱水工艺及装置，特别是涉及一种吸附式高压天然气脱水工艺及装置。
背景技术
目前，吸附式天然气脱水装置通常采用双塔结构，其工作原理是：当一个塔进行脱水吸附工作时，另一个塔进行吸附剂再生。进行脱水吸附的塔，是利用塔内吸附剂对原料气中所含水分进行吸附，从而使原料气干燥；进行吸附剂再生的塔，一般是将用做再生气的天然气直接进入加热器加热到再生所需的温度后进入该塔，流经吸附剂床层，对吸附剂加热，并使吸附剂吸附的水分脱附，从而达到吸附剂再生的目的。
进行吸附剂再生的塔在工作时，会不断排出再生气，排出的再生气中含有大量的水蒸汽且具有较高的温度，含湿再生气中的水分必须分离。工业上通常是将含湿再生气引入冷却器中，采用风冷或水冷的方法对再生气进行冷却，然后将凝结的水分及其它凝结液体分离。
但采用风冷或水冷存在以下缺点：
采用风冷时，必须使用冷却风机，并需要较大换热面积的换热器，其冷却效果易受环境温度的影响，当环境温度较高时，冷却分离效果很差，且风机使用的电机必须是防爆电机，而防爆电机的成本相对较高，从而使得整套系统的成本提高。
采用水冷却时，需要耗用大量冷却水，这样在沙漠等缺水环境下将无法工作；即使设备处于水源充足的地区，对冷却水的处理及回收仍需投入相关的设备和资金，不但提高了产品的成本，还易对环境造成污染。
发明内容
本发明提供一种吸附式天然气脱水工艺及装置，利用高压天然气节流降温效应，对冷热气流进行热交换，使热气流冷却，冷气流升温，有效地降低了能量损耗、简化了设备、节约了能源。
本发明的技术解决方案如下：
本发明的吸附式高压天然气脱水工艺包括以下步骤：
(1)吸附
(1.1)对原料气体内所含游离液体进行过滤分离；
(1.2)将经步骤(1.1)处理后所得气体引入进行吸附工作的塔内吸附干燥；
(1.3)将经步骤(1.2)处理后所得气体进行过滤，分离气体中的固体粉尘颗粒；
(1.4)将经步骤(1.3)处理后所得气体一部分引入用气系统，另一部分引入步骤(2)再生；
(2)再生
(2.1)对经步骤(1.4)引入的气体进行降压处理，得到低温低压干燥气；
(2.2)将经步骤(2.1)处理后所得的低温低压干燥气与高温含湿再生气通过换热器进行隔离热交换处理；使低温低压干燥气温度升高，高温含湿再生气温度降低；
(2.3)经步骤(2.2)处理的低温低压干燥气再进行加热得到高温干燥气，所述高温干燥气的温度需升至吸附剂再生所需的温度；
(2.4)经步骤(2.2)处理的高温含湿再生气，温度降低后所含水蒸汽将液化，通过气液分离器对其进行气液分离；
(2.5)将经步骤(2.3)所得高温干燥气引入进行再生工作的塔内，使高温干燥器对吸附剂进行加热，解析出吸附剂吸附的水分，完成吸附剂再生，同时将形成的高温含湿气引入步骤(2.2)中；
(3)切换
步骤(1)吸附与步骤(2)再生，按照工作要求进行切换，循环吸附。
以上所述步骤(3)切换，可以通过阀门切换；阀门切换可以采用气动执行器控制切换或人工手动切换。
以上所述步骤(2.4)，经气液分离后的气体排至压缩机管网。
以上所述吸附剂可以使用硅胶、铝胶或分子筛等。
本发明的吸附式高压天然气脱水装置，包括由干燥塔1、2构成的干燥器101，干燥器101的上、下端口分别与上管系102及下管系103连通，上管系102由并联的阀门3、4和并联的阀门5、6并联构成，阀门3、4的连接管18与设置于进气管17上的前置过滤器16连通；下管系103由并联的阀门7、8和并联的阀门9、10并联构成，阀门7、8的连接管27与设置于排气管28上的后置过滤器14连通，阀门5、6的连接管30与设置于连接管29上的换热器12的连通，连接管29上还设置有与连接管31连接的减压阀15；连接管31与排气管28相连通；阀门9、10的连接管23与设置于连接管24上的加热器11连通，连接管24还与设置于连接管25上的换热器12连通，连接管25还与设置于再生排气管26上的气液分离器13相连通。
以上所述的前置过滤器16可配置气液分离器或精密除油过滤器。
本发明的优点在于：
1、利用焦耳-汤姆逊效应，将高压天然气降压过程的压力损失转化为低温气流的冷能量，不致使气体的压缩能浪费。
2、冷流体温度低，冷却效果好，可减小换热器的换热面积，因此缩小了换热器的体积和资金的投入。
3、热气流被冷却的同时，冷气流通过热交换将自身温度提高，可降低加热器功率，达到节能降耗的目的，并可避免加热器壳体高低温度交变，提高了安全性。
4、冷却过程不使用冷却风机，节约电能，又避免了电机防爆的麻烦，安全节能。
5、省去了水冷却，节约水资源，简化工艺流程。
6、可取代水冷和风冷，广泛用于减压再生的气体干燥装置。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
附图明细如下：1、2-干燥塔；3、4、5、6、7、8、9、10-阀门；11-加热器；12-换热器；13-气液分离器；14-后置过滤器；15-减压阀；16-前置过滤器；17-进气管18、19、20、21、22、23、24、25、27、29、30、31-连接管；28-排气管；26-再生排气管，干燥器-101；上管系-102；下管系-103。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详述：
本发明的吸附式高压天然气脱水工艺包括以下步骤：
(1)吸附
(1.1)对原料气体内所含游离液体进行过滤分离；
(1.2)将经步骤(1.1)处理后所得气体引入进行吸附工作的塔内吸附干燥；
(1.3)将经步骤(1.2)处理后所得气体进行过滤，分离气体中的固体粉尘颗粒；
(1.4)将经步骤(1.3)处理后所得气体一部分引入用气系统，另一部分引入步骤(2)再生；
(2)再生
(2.1)对经步骤(1.4)引入的气体进行降压处理，得到低温低压干燥气；
(2.2)将经步骤(2.1)处理后所得的低温低压干燥气与高温含湿再生气通过换热器进行隔离热交换处理；使低温低压干燥气温度升高，高温含湿再生气温度降低；
(2.3)经步骤(2.2)处理的低温低压干燥气进行加热得到高温干燥气，所述高温干燥气的温度需升至吸附剂再生所需的温度，吸附剂一般采用硅胶、铝胶或分子筛等；
(2.4)经步骤(2.2)处理的高温含湿再生气，温度降低后所含水蒸汽将液化，通过气液分离器对其进行气液分离；经气液分离后的气体可排至压缩机管网或其他用气设备；
(2.5)将经步骤(2.3)所得高温干燥气引入进行再生工作的塔内，使高温干燥器对吸附剂进行加热，解析出吸附剂吸附的水分，完成吸附剂再生，同时将形成高温含湿气引入步骤(2.2)中；
(3)切换
步骤(1)吸附与步骤(2)再生，按照工作要求进行切换，循环吸附。切换可以通过阀门切换；阀门切换可以是气动执行器控制切换或人工手动切换。
如图1所示：
本发明的吸附式高压天然气脱水装置，包括由干燥塔1、干燥塔2构成的干燥器101，干燥塔可以选用硅胶干燥塔、铝胶干燥塔或分子筛干燥塔等。干燥器101的上、下端口分别与上管系102及下管系103连通，上管系102由并联的阀门3、阀门4和并联的阀门5、阀门6并联构成，阀门3、阀门4的连接管18与设置于进气管17上的前置过滤器16连通；下管系103由并联的阀门7、阀门8和并联的阀门9、阀门10并联构成，阀门7、阀门8的连接管27与设置于排气管28上的后置过滤器14连通；阀门5、阀门6的连接管30与设置于连接管29上的换热器12相连通，连接管29上还设置有与连接管31连接的减压阀15；连接管31与连接管28相连通；阀门9、阀门10的连接管23与设置于连接管24上的加热器11连通，连接管24还与设置于连接管25上的换热器12连通，连接管25还与设置于再生排气管26上的气液分离器13相连通。前置过滤器16配置气液分离器或精密除油过滤器。
当干燥塔1进行吸附工作，干燥塔2进行再生时：
将阀门3、6、7、10开启，阀门4、5、8、9关闭。
吸附过程：需要进行脱水干燥的高压天然气由进气管17进入前置过滤器16，过滤分离掉气体中的游离液体后，依次经连接管18、阀门3、连接管19进入干燥塔1，气体由上而下流经吸附剂床层，气体中的水分被干燥塔1内的吸附剂吸附。
干燥塔1的底部排出的干燥气依次经连接管20、阀门7和连接管27后进入后置过滤器14，分离去除气体中的固体粉尘颗粒后，由排气管28排除至气瓶库。
再生过程：在干燥塔1进行吸附工作的同时，干燥塔2进行再生。由排气管28经连接管31引出部分干燥天然气，由减压阀15将气体压力降至所需的再生压力，由于焦耳-汤姆逊效应，压力降低的天然气其气体温度亦降低而成低温气体，这种低温气体经连接管29进入换热器12，与由连接管30进入的热气流换热后，气体温度升高，再经连接管24进入加热器11，加热到再生需要的温度后，再依次经连接管23、阀门19及连接管22进入干燥塔2，由下而上流经吸附剂床层，对吸附剂进行加热并带走被解析出来的水分，使吸附剂得到再生，即重新恢复吸附工作。
含湿气体由干燥塔2顶部排出，经连接管21、阀门6和连接管30进入换热器12，与由连接管29进入的冷气流进行热交换，使其自身温度降低，气体中的水分冷凝成液态，然后经连接管25进入气液分离器13，气体中夹带的液态水分被分离后，再由排气管26排出，排出气体进入压缩机管网。
干燥塔2再生过程结束后，干燥塔1、2进行切换，切换后，干燥塔2进行吸附工作，而干燥塔1则进行再生过程。如此周而复始，使天然气干燥过程连续不断进行。阀门切换由启动执行器控制或人工手动切换，再生循环由单片机或PLC控制器进行控制。
当干燥塔2进行吸附工作，干燥塔1进行再生时：
将阀门4、5、8、9开启，阀门3、6、7、10关闭。
工作过程与干燥塔1进行吸附工作，干燥塔2进行再生时的工序相同。