天然氣凈化裝備制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種天然氣凈化裝備，涉及天然氣凈化【技術(shù)領(lǐng)域】，提供一種能夠縮短制造工期的天然氣凈化裝備。天然氣凈化裝備采用模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)需實(shí)現(xiàn)的功能劃分模塊，將零部件集成為原料氣預(yù)處理單元、脫硫脫碳單元、脫水單元和硫磺回收單元，各單元分別安裝在撬塊上，原料氣預(yù)處理單元、脫硫脫碳單元和脫水單元依次連接，硫磺回收單元與脫硫脫碳單元連接。采用模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)需實(shí)現(xiàn)的功能劃分模塊，將零部件集成為安裝在不同撬塊上的單元后，各單元分別在工廠制造，結(jié)構(gòu)緊湊，集成度高；各單元制造完成后運(yùn)輸?shù)教烊粴鈨艋瘡S址安裝，能夠縮短天然氣凈化廠址現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)間，減少受天氣變化的影響。
【專(zhuān)利說(shuō)明】天然氣凈化裝備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及天然氣凈化【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及天然氣凈化裝備。

【背景技術(shù)】
[0002] 從礦藏中開(kāi)采出來(lái)的天然氣是組分非常復(fù)雜的烴類(lèi)混合物，且含有少量的非烴類(lèi) 雜質(zhì)。其中，非烴類(lèi)雜質(zhì)常常含有&5、0) 2和有機(jī)硫化物。由于水的存在，這些氣體組分將 生成酸或酸溶液，造成輸氣管道和設(shè)備的嚴(yán)重腐蝕。因此需要通過(guò)凈化處理達(dá)到國(guó)家制定 的商品天然氣氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)天然氣中H2S和硫醇這樣的硫化物，流放后易破壞生態(tài)環(huán)境、 損害人類(lèi)健康，為之可轉(zhuǎn)化為可供工業(yè)應(yīng)用的元素硫。這便構(gòu)成一條天然氣凈化、回收的基 本技術(shù)路線(xiàn)。
[0003] 國(guó)內(nèi)常規(guī)天然氣凈化廠所有設(shè)備均為散件現(xiàn)場(chǎng)安裝，施工占地面積大，工作量大， 工期長(zhǎng)，且易受天氣變化影響，往往導(dǎo)致工期一再拖延。因此傳統(tǒng)天然氣凈化建站建廠設(shè)備 固定、占地面積大、基礎(chǔ)條件差、施工周期長(zhǎng)和難度強(qiáng)度大等問(wèn)題急需解決。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種能夠縮短制造工期的天然氣凈化裝備。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述問(wèn)題采用的技術(shù)方案是：天然氣凈化裝備采用模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)需實(shí) 現(xiàn)的功能劃分模塊，將零部件集成為原料氣預(yù)處理單元、脫硫脫碳單元、脫水單元和硫磺回 收單元，各單元分別安裝在撬塊上，原料氣預(yù)處理單元、脫硫脫碳單元和脫水單元依次連 接，硫磺回收單元與脫硫脫碳單元連接。
[0006] 進(jìn)一步的是：原料氣預(yù)處理單元包括脫水脫烴橇、三相分離器橇、水套爐單體橇、 分離計(jì)量橇、高壓三相分離器。
[0007] 進(jìn)一步的是：脫硫脫碳單元包括分子篩脫硫脫碳裝置。
[0008] 進(jìn)一步的是：脫硫脫碳單元包括胺液法脫硫脫碳裝置。
[0009] 進(jìn)一步的是：脫水單元包括甘醇脫水裝置。
[0010] 進(jìn)一步的是：脫水單元包括分子篩脫水裝置。
[0011] 進(jìn)一步的是：硫磺回收單元包括克勞斯法硫磺回收裝置。
[0012] 本發(fā)明的有益效果是：采用模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)需實(shí)現(xiàn)的功能劃分模塊，將零部件集 成為安裝在不同撬塊上的單元后，各單元分別在工廠制造，結(jié)構(gòu)緊湊，集成度高；各單元制 造完成后運(yùn)輸?shù)教烊粴鈨艋瘡S址安裝，能夠縮短天然氣凈化廠址現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)間，減少受天 氣變化的影響。
[0013] 天然氣凈化裝備采用模塊化設(shè)計(jì)將各零部件集成為模塊后，總體設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)師只 需考慮總體布置和制定各模塊間的接口規(guī)格，各模塊可由不同的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)分別設(shè)計(jì)，各設(shè) 計(jì)團(tuán)隊(duì)集中精力于一點(diǎn)，利于創(chuàng)新和縮短開(kāi)發(fā)周期。
[0014] 生產(chǎn)按單元進(jìn)行，使生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)更專(zhuān)業(yè)化更利于保證質(zhì)量，若是外協(xié)生產(chǎn)或采購(gòu)按 模塊進(jìn)行則能減少采購(gòu)數(shù)量和物流難度。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1是天然氣凈化工序流程圖；
[0016] 圖2是脫硫脫碳單元示意圖；
[0017] 圖3是脫水單元示意圖；
[0018] 圖4是硫磺回收單元示意圖；
[0019] 圖中標(biāo)記為：脫硫脫碳單元1、原料氣重力分離器1-1、原料氣過(guò)濾器1-2、濕凈化 氣分離器1-3、活性碳過(guò)濾器1-4、貧液后冷器1-5、貧液循環(huán)泵1-6、閃蒸罐1-7、閃蒸氣吸收 塔1-8、胺液預(yù)過(guò)濾器1-9、胺液后過(guò)濾器1-10、再生塔重沸器1-11、貧/富液換熱器1-12、 再生塔頂回流泵1-13、再生塔頂回流罐1-14、脫水單元2、產(chǎn)品氣分離器2-1、TEG吸收塔 2- 2、TEG冷卻器2-3、TEG循環(huán)泵2-4、TEG貧/富液換熱器2-5、TEG緩沖罐2-6、TEG再生氣 分液灌2-7、TEG再生塔2-8、TEG過(guò)濾器2-9、TEG閃蒸罐2-10、硫磺回收單元3、酸水壓送 罐3-1、酸水分離器3-2、酸氣預(yù)熱氣3-3、燃燒空氣風(fēng)機(jī)3-4、空氣預(yù)熱器3-5、克勞斯反應(yīng)器 3- 6、氣/氣換熱器3-7、一級(jí)CPS反應(yīng)器3-8、二級(jí)CPS反應(yīng)器3-9、三級(jí)CPS反應(yīng)器3-10、主 燃燒爐3-11、余熱鍋爐3-12、熱段冷凝器3-13、克勞斯冷凝器3-14、一級(jí)CPS冷凝器3-15、 二級(jí)CPS冷凝器3-16、三級(jí)CPS冷凝器3-17、液硫捕集器3-18。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0021] 天然氣凈化裝備采用模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)需實(shí)現(xiàn)的功能劃分模塊，將零部件集成為 原料氣預(yù)處理單元、脫硫脫碳單元1、脫水單元2和硫磺回收單元3,各單元分別安裝在撬塊 上，原料氣預(yù)處理單元、脫硫脫碳單元1和脫水單元2依次連接，硫磺回收單元3與脫硫脫 碳單元1連接。各單元在制造廠內(nèi)完成橇體的制造、工藝設(shè)備、電氣、儀表、工藝管線(xiàn)的就位 安裝，工藝設(shè)備、管線(xiàn)的吹掃、試壓防腐絕熱等工作后，運(yùn)往建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)就地成橇，從而形成一 座天然氣凈化橇裝模塊式自動(dòng)化工廠成套油氣裝備。脫硫脫碳單元1、脫水單元2和硫磺回 收單元3設(shè)置在天然氣凈化工廠處，原料氣預(yù)處理單元設(shè)置在天然氣井口處。
[0022] 由于圍繞模塊化（撬裝化）的設(shè)計(jì)理念，使傳統(tǒng)的天然氣凈化廠設(shè)備由平面布局 設(shè)計(jì)變?yōu)榀B加立體設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)更為緊湊，有效節(jié)省空間30?40% ;在制造時(shí)采用工廠化預(yù) 制，縮短工期達(dá)1/3以上；在投資上便于運(yùn)輸，整體搬運(yùn)方便。所以對(duì)于單井采氣凈化，特別 是單井處于偏遠(yuǎn)地區(qū)則需要對(duì)采出的氣體進(jìn)行凈化、液化后運(yùn)輸。撬裝裝置就顯示出了其 獨(dú)特的優(yōu)越性，對(duì)于降低成本提高效益具有重要意義。
[0023] 原料氣預(yù)處理單元即將原有進(jìn)行原料氣預(yù)處理的零部件集成到撬塊上后的零部 件總成。原料氣預(yù)處理單元主要功能是脫除天然氣中的固體雜質(zhì)，避免固體雜質(zhì)進(jìn)入后續(xù) 設(shè)備，造成設(shè)備儀表?yè)p壞和管道堵塞。原料氣預(yù)處理單元1需要能夠進(jìn)行過(guò)濾、計(jì)量、壓縮、 分離、加熱等初步凈化處理工作。在確定諸多雜質(zhì)組分的預(yù)處理指標(biāo)時(shí)，主要考慮其在生 產(chǎn)過(guò)程中可能產(chǎn)生的兩方面影響--設(shè)備和管道的腐蝕和堵塞。
[0024] 原料氣預(yù)處理單元的各零部件和零部件間連接方式與散件現(xiàn)場(chǎng)安裝的天然氣凈 化裝備的原料氣預(yù)處理設(shè)備結(jié)構(gòu)和設(shè)備間連接方式一致。
[0025] 為了便于制造和運(yùn)輸，原料氣預(yù)處理單元根據(jù)需實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)一步劃分模塊，原 料氣預(yù)處理單元包括脫水脫烴橇、三相分離器橇、水套爐單體橇、分離計(jì)量橇和高壓三相分 離器。原料氣預(yù)處理單元進(jìn)一步細(xì)化為脫水脫烴橇、三相分離器橇、水套爐單體橇、分離計(jì) 量橇和高壓三相分離器，減少了單個(gè)橇的零部件數(shù)量和體積，便于制造和運(yùn)輸。
[0026] 脫硫脫碳單元1即將原有進(jìn)行脫硫工序的零部件集成到撬塊上后的零部件總成。 脫硫脫碳是指脫除天然氣中含有的H2S和C02。H2S和C02的存在會(huì)再增加天然氣對(duì)金屬 的腐蝕；當(dāng)利用天然氣作化工原料時(shí)，還會(huì)使催化劑中毒，影響產(chǎn)品和中間產(chǎn)品的至來(lái)能 夠；還會(huì)降低天然氣的熱值；因此必須脫除。目前，天然氣凈化中的脫碳工藝，主要有化學(xué) 法（胺法）、吸附法、物理溶劑法、化學(xué)-物理溶劑法等。①化學(xué)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)。對(duì)于選擇性脫除H2S氣體，則采用有顯著效果的MDEA溶液；對(duì)于選擇型脫除 C02氣體，則采用活化的MDEA溶液。如果天然氣產(chǎn)品是燃?xì)鈽?biāo)準(zhǔn)，則用MDEA溶液脫除H2S 同時(shí)也會(huì)脫除少量的C02滿(mǎn)足燃?xì)鈽?biāo)準(zhǔn)；如果天然氣產(chǎn)品要達(dá)到LNG要求則需要脫除C02， 則選擇活化的MDEA溶液同時(shí)也脫除H2S氣體。②吸附法：固體吸附H2S、C02與分子篩脫 水類(lèi)似，天然氣中的H2S與C02被吸附在多孔狀固體上，然后通過(guò)加熱使H2S、C02脫附出 來(lái)。該方法工藝流程簡(jiǎn)單，但受固體吸附劑吸附容量較小的限制所以只適用于處理較小的 裝置。③物理溶劑法：胺法是以化學(xué)溶劑通過(guò)化學(xué)反應(yīng)脫除天然氣中的C02與H2S。而物理 溶劑法則是利用C02與H2S與烴類(lèi)在物理溶劑中溶解度的巨大差異完成天然氣的脫硫脫碳 任務(wù)。常用的物理溶劑有多乙二醇二甲醚、N-甲基吡咯烷酮等。④化學(xué)-物理溶劑法：指 以化學(xué)溶劑（胺類(lèi)）與物理溶劑組成的溶液脫除天然氣中的C02與H2S。常用的化學(xué)-物 理溶劑法是砜胺法也就是Sulfinol法。由于受成本控制所以物理溶劑法和化學(xué)-物理溶劑 法難以被運(yùn)用在撬裝裝置上。因此本發(fā)明的脫硫脫碳單元1推薦采用胺液吸收法或分子篩 吸附法。具體的是：第一、原料氣中H2S含量未檢出（即非常低）或者為管網(wǎng)氣，且處理量 為5X 104?10X 104Nm3/d時(shí)，即采用分子篩脫除C02裝置工藝。該裝置工藝的特點(diǎn)為采 用分子篩脫C02裝置簡(jiǎn)單易操作，同時(shí)簡(jiǎn)化了大型工廠類(lèi)型的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。第二、H 2S含量較 高的傳統(tǒng)脫酸裝置。該裝置脫酸氣采用胺液法，其特點(diǎn)為裝置緊湊、節(jié)約空間，操作簡(jiǎn)單節(jié) 約成本。如圖2所示，脫硫脫碳單元1的工藝裝備主要有原料氣重力分離器1-1、原料氣過(guò) 濾器1-2、濕凈化氣分離器1-3、活性碳過(guò)濾器1-4、貧液后冷器1-5、貧液循環(huán)泵1-6、閃蒸罐 1- 7、閃蒸氣吸收塔1-8、胺液預(yù)過(guò)濾器1-9、胺液后過(guò)濾器1-10、再生塔重沸器1-11、貧/富 液換熱器1-12、再生塔頂回流泵1-13、再生塔頂回流罐1-14。脫硫脫碳單元1的上述各工 藝裝備結(jié)構(gòu)和連接方式與現(xiàn)有技術(shù)一致。
[0027] 脫水單元2即將原有進(jìn)行脫水工序的零部件集成到撬塊上后的零部件總成。根據(jù) 脫水深度不同大致選用兩種工藝。①甘醇法。此法由于受脫水深度限制，只適用于燃?xì)鈽?biāo)準(zhǔn) 脫水要求。②分子篩法。此法可以深度脫水，能夠達(dá)到LNG要求，而且工藝簡(jiǎn)單。如圖3所 示，脫水單元2的工藝裝備主要有產(chǎn)品氣分離器2-1、TEG吸收塔2-2、TEG冷卻器2-3、TEG 循環(huán)泵2-4、TEG貧/富液換熱器2-5、TEG緩沖罐2-6、TEG再生氣分液灌2-7、TEG再生塔 2- 8、TEG過(guò)濾器2-9和TEG閃蒸罐2-10。脫水單元2的上述各工藝裝備結(jié)構(gòu)和連接方式與 現(xiàn)有技術(shù)一致。
[0028] 硫磺回收單元3即將原有進(jìn)行脫水工序的零部件集成到撬塊上后的零部件總成。 如果酸氣H2S含量較高則需要對(duì)H2S進(jìn)行處理。酸氣則進(jìn)入克勞斯裝置回收硫磺?？藙谒?硫磺回收工藝主要有克勞斯直流工藝、克勞斯分流工藝、克勞斯直接氧化工藝。①直流法也 稱(chēng)直通法，通常酸氣H2S含量高于50%時(shí)采用此法。直流法的主要特點(diǎn)是全部酸氣與按需 配入的空氣一起進(jìn)入燃燒爐反應(yīng)，再經(jīng)過(guò)余熱鍋爐、兩級(jí)或者多級(jí)催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)器與相應(yīng) 的硫磺冷凝器，經(jīng)過(guò)捕集硫磺后尾氣灼燒放空。②克勞斯分流工藝，當(dāng)酸氣H2S濃度低在 15%?50%時(shí)采用。其特點(diǎn)為酸氣量的1/3與計(jì)量的空氣進(jìn)入燃燒爐將其中的H2S轉(zhuǎn)化 為S02,此股氣流經(jīng)過(guò)余熱鍋爐后與另外的2/3酸氣混合后進(jìn)入催化轉(zhuǎn)化段，因此此種工藝 中的硫磺全部在催化段產(chǎn)生的。③克勞斯直接氧化工藝，當(dāng)酸氣濃度低于5%時(shí)采用此法。 直接氧化法可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是將H2S催化氧化為單質(zhì)硫，在工況條件下這實(shí)際是一個(gè)不 可逆反應(yīng)，此類(lèi)在處理克勞斯尾氣得到了很好的應(yīng)用；另一類(lèi)是將H2S催化氧化為單質(zhì)硫 和S02,在氧化段后采用克勞斯直流或者分流法回收硫磺。如圖4所示，酸水壓送罐3-1、酸 水分離器3-2、酸氣預(yù)熱氣3-3、燃燒空氣風(fēng)機(jī)3-4、空氣預(yù)熱器3-5、克勞斯反應(yīng)器3-6、氣/ 氣換熱器3-7、一級(jí)CPS反應(yīng)器3-8、二級(jí)CPS反應(yīng)器3-9、三級(jí)CPS反應(yīng)器3-10、主燃燒爐 3-11、余熱鍋爐3-12、熱段冷凝器3-13、克勞斯冷凝器3-14、一級(jí)CPS冷凝器3-15、二級(jí)CPS 冷凝器3-16、三級(jí)CPS冷凝器3-17和液硫捕集器3-18。硫磺回收單元3的上述各工藝裝 備結(jié)構(gòu)和連接方式與現(xiàn)有技術(shù)一致。
【權(quán)利要求】
1. 天然氣凈化裝備，其特征在于：采用模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)需實(shí)現(xiàn)的功能劃分模塊，將零 部件集成為原料氣預(yù)處理單元、脫硫脫碳單元（1)、脫水單元（2)和硫磺回收單元（3)，各單 元分別安裝在撬塊上，原料氣預(yù)處理單元、脫硫脫碳單元（1)和脫水單元（3)依次連接，硫 磺回收單元（3)與脫硫脫碳單元（1)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣凈化裝備，其特征在于：原料氣預(yù)處理單元包括脫水 脫烴橇、三相分離器橇、水套爐單體橇、分離計(jì)量橇、高壓三相分離器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的天然氣凈化裝備，其特征在于：脫硫脫碳單元（1)包括分子 篩脫硫脫碳裝置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的天然氣凈化裝備，其特征在于：脫硫脫碳單元（1)包括胺液 法脫硫脫碳裝置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的天然氣凈化裝備，其特征在于：脫水單元（2)包括甘醇脫水 裝直。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的天然氣凈化裝備，其特征在于：脫水單元（2)包括分子篩脫 水裝置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的天然氣凈化裝備，其特征在于：硫磺回收單元（3)包括克勞 斯法硫磺回收裝置。
【文檔編號(hào)】C10L3/10GK104087358SQ201410351079
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月22日
【發(fā)明者】劉革, 李少奇, 袁小林, 鐘家柱, 夏志 申請(qǐng)人:四川金星壓縮機(jī)制造有限公司, 四川金星石油化工機(jī)械設(shè)備有限公司, 四川恒重清潔能源成套裝備制造有限公司