天然气脱碳系统及脱碳方法

技术领域

本发明涉及天然气净化技术领域，特别涉及一种天然气脱碳系统以及脱碳方法。

背景技术

在用湿法脱除天然气中二氧化碳的流程中，一般的工艺流程是设置一台吸收塔中的胺液吸收原料天然气中的酸性组分。常规管道天然气中的二氧化碳含量符合相关国家标准，吸收塔最多按照3％体积比例进行设计计算，100万方及以内规模的脱碳工艺，一台吸收塔、两段规整填料，控制塔高在27米之内，即可满足净化要求。但随着科技的飞速进步和环保要求的日益严格，各种化工尾气的回收以及井口气液化橇装装置的开发成为目前炙手可热的发展方向，这两种发展方向有其共性，也有其特点，共性在于二氧化碳含量普遍超过3％，更有甚者达到20％之多。而特别针对井口气液化橇装装置来说，其最大的特点就是各个部件橇装成一体，橇装装置的长、宽、高受公路超限运输限制，成为了制约井口气液化橇装装置规模化、模块化最重要的因素，若想以一台橇装的吸收塔的常规工艺达到净化要求，其内装的规整填料需三段甚至更多，导致的结果是塔体高度及直径的急剧增加，根据填料制造厂给出的经验数据，每增加一段填料，塔高约增加8～9米，进而造成设备制造、橇装装置运输及现场安装成本的翻倍提高，不便于运输以及现场的安装。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种天然气脱碳系统，以解决现有技术中，单个橇装的吸收塔高度太高的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种天然气脱碳系统，包括多个吸收塔、胺液导入单元以及胺液导出单元。每个所述吸收塔包括罐体、设置于所述罐体下部的进气口、设置于所述罐体顶端的排气口、设置于所述罐体上部的进液口以及设置于所述罐体底部的排液口；所述多个吸收塔分为一个主吸收塔以及至少一个辅助吸收塔，所述主吸收塔的进气口用于接收原料天然气，所述辅助吸收塔的进气口连接于上游所述吸收塔的所述排气口，最下游的所述辅助吸收塔的所述排气口向外排出脱碳净化后的天然气；胺液导入单元包括总导入管、主导入管、至少一个辅助导入管以及对应设置在各辅助导入管上的第一流量控制阀；所述主导入管的两端分别连接于所述主吸收塔的所述进液口和所述总导入管，用于将所述总导入管内的胺液导入到所述主吸收塔内；所述辅助导入管的两端分别连接于所述辅助吸收塔的所述进液口和所述总导入管，所述辅助导入管与所述第一流量控制阀配合，进而控制所述总导入管内胺液进入所述辅助吸收塔内；胺液排出单元包括总导出管以及支路导出管，所述支路导出管的两端分别连接于所述吸收塔的所述排液口和所述总导出管，用于将所述吸收塔内的胺液排出到所述总导出管内。

可选地，所述多个吸收塔之间依次串接，每两个相邻的所述吸收塔之间设置有导向管，所述导向管的一端连接于上游所述吸收塔的排气口，所述导向管的另一端连接于下游所述吸收塔的进气口，用于将上游所述吸收塔内的天然气导入到下游所述吸收塔内；每个所述吸收塔的进气口、出气口、进液口以及排液口与相应的管道之间均可拆卸的连接。

可选地，所述吸收塔为橇装结构，每个所述吸收塔还包括裙座，所述裙座固定于所述罐体的底部，用于将所述吸收塔固定于地面上。

可选地，每个所述吸收塔的高度小于或等于15米。

可选地，所述罐体的内部空间从下往上依次为塔釜段和填料段；

所述塔釜段沿竖直方向设置有至少两个用于检测所述罐体内胺液高度的液位计，所述排液口设置于所述塔釜段的底部，所述进气口在所述罐体上的高度高于任意一个所述液位计的高度；

所述填料段内设置有填料层，所述填料层用于吸收天然气中的二氧化碳，所述进液口设置于所述填料层的上方，所述排气口设置于所述填料段的顶端。

可选地，所述填料段内间隔设置有两个所述填料层，所述填料层的上方设置有液体分布装置，所述填料段的顶部设置有丝网除沫器。

可选地，所述脱碳系统还包括控制中心，所述第一流量控制阀和所述液位计均电连接于所述控制中心，每个所述罐体的排液口均处设置有液位控制阀，以控制所述罐体内胺液的排出,所述液位控制阀电连接于所述控制中心。

可选地，所述脱碳系统还包括一闪蒸罐，所述闪蒸罐上设置有胺液进口、气相出口以及液相出口；所述胺液进口连接所述总导出管用于将所述罐体内的胺液导入到所述闪蒸罐中，所述气相出口用于将闪蒸出的气体排出，所述液相出口用于将胺液导入到下游回收设备中，所述气相出口处设置压力控制阀，所述压力控制阀电连接于所述控制中心。

可选地，所述脱碳系统还包括胺液泵；所述胺液泵连接于所述总导入管，用于向所述罐体中导入胺液；所述总导入管上并联有过滤管路，所述过滤管路上设置有溶液过滤器和第二流量控制阀,所述第二流量控制阀电连接于所述控制中心。

可选地，所述第二过滤管路和所述辅助导入管上均设置有流量变送器，所述流量变送器电连接于所述控制中心。

由上述技术方案可知，本发明至少具有以下有益效果：

本发明的技术方案中，吸收塔设置为多个，辅助吸收塔的进气口连接于上游吸收塔的排气口，最下游的辅助吸收塔的排气口向外排出脱碳净化后的天然气，使得需要净化的天然气从主吸收塔中进入，从最下游的辅助吸收塔中排出。多个吸收塔的设置，可将单个橇装的吸收塔拆分成多个橇装的高度较低的吸收塔，每个拆分后的吸收塔的高度较低，便于安装和运输。

主导入管的两端分别连接于主吸收塔的进液口和总导入管，辅助导入管的两端分别连接于总导入管和辅助吸收塔的进液口，辅助导入管与第一流量控制阀配合，控制总导入管内胺液进入辅助吸收塔内；通过控制第一流量控制阀，控制胺液是否进入相应的吸收塔内，从而控制天然气是否在相应的吸收塔内脱去二氧化碳。对于含二氧化碳体积比例不同的天然气，通过调节多个的第一流量控制阀，控制天然气在不同数量的吸收塔中发生脱碳反应，从而可以针对性的除去天然气中的二氧化碳。

附图说明

图1是本发明天然气脱碳系统实施例的原理示意图；

图2是本发明天然气脱碳系统实施例的吸收罐的剖面示意图。

附图标记说明如下：1、吸收塔；1a、主吸收塔；1b、辅助吸收塔；11、罐体；11a、塔釜段；11b、填料段；111、进气口；112、排气口；113、进液口；114、排液口；115、液位计；116、填料层；117、液体分布装置；118、丝网除沫器；119、液位控制阀；12、裙座；121、裙座检查孔；122、裙座排气孔；2、胺液导入单元；21、总导入管；22、主导入管；23、辅助导入管；24、第一流量控制阀；25、胺液泵；26、过滤管路；27、溶液过滤器；28、第二流量控制阀；29、流量变送器；3、胺液排出单元；31、总导出管；32、支路导出管；33、闪蒸罐；331、胺液进口；332、气相出口；333、液相出口；34、压力控制阀；35、放空管；36、压力变送器；37、下游回收设备；41、原料天然气管道；42、排气管；43、导向管。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

参阅图1，本实施例提供了一种天然气脱碳系统，用于脱去天然气中的二氧化碳。可以理解的，在该系统中填充不同的胺液，还可以用于除去硫化氢等其他酸性气体，本实施例中以二氧化碳为例，但不只限于除去二氧化碳。本实施的天然气脱碳系统包括多个吸收塔1、胺液导入单元2、胺液排出单元3以及控制中心(图中未示出)。胺液导入单元2和胺液排出单元3均通过管道连接于吸收塔1，控制中心用于控制整个脱碳系统自动工作。

参阅图1和图2，吸收塔1接收天然气和胺液，吸收塔1内的胺液吸取天然气中的二氧化碳，从而对天然气净化。吸收塔1为橇装结构，每个吸收塔1包括罐体11和裙座12，裙座12固定于罐体11的底部，用于将吸收塔1固定于地面上。每个吸收塔1的高度小于或等于15米。本实施例的吸收塔1的罐体11和裙座12的总长度为15米，在公路运输或其它运输方式中，物体的长度越长越不便于运输。

本实施例，将一个大型的吸收塔1拆分为多个相同结构的小的吸收塔1，每个小的吸收塔1都具有对天然气净化的功能，多个吸收塔1的净化量的总和大于或等于单个大型吸收塔1的净化量。多个橇装的吸收塔1，在运输时，只需针对单个吸收塔1整体运输。裙座12上设置有裙座检查孔121和裙座排气孔122。

吸收塔1还包括设置于罐体11下部的进气口111、设置于罐体11顶端的排气口112、设置于罐体11上部的进液口113以及设置于罐体11底部的排液口114。

具体地，罐体11的内部空间从下往上依次为塔釜段11a和填料段11b。塔釜段11a沿竖直方向设置有至少两个用于检测罐体11内胺液高度的液位计115，排液口114设置于塔釜段11a的底部，进气口111在罐体11上的高度高于任意一个液位计115的高度。塔釜段11a用于收集已经吸收过二氧化碳的胺液。

进一步的，填料段11b内设置有填料层116，填料层116用于吸收天然气中的二氧化碳，进液口113设置于填料层116的上方，排气口112设置于填料段11b的顶端。填料段11b内间隔设置有两个填料层116，填料段11b的上方设置有液体分布装置117，填料段11b的顶部设置有丝网除沫器118。进液口113设置于液体分布装置117的上方。

本实施例中，每个填料层116的高度为4米，液体分布装置117的高度为1米。

进液口113中进入的胺液为贫胺液，贫胺液进入罐体11后，在液体分布装置117的作用下，使得贫胺液均匀的分布于填料层116内，天然气从罐体11的底部向上流动的过程中，在填料层116的缝隙或孔洞内，天然气与贫胺液接触，天然气中的二氧化碳被吸收。天然气被净化后，向上移动，接触到丝网除沫器118。丝网除沫器118除去天然气中的湿气，除去湿气后的天然气在排气口112中被排出罐体11。

同时，贫胺液在填料层116中吸收二氧化碳后变成富胺液，富胺液向下流动到塔釜段11a，塔釜段11a中累计到一定的量后，从排液口114处排出。具体地，每个罐体11的排液口114均处设置有液位控制阀119，以控制罐体11内的胺液的排出,液位控制阀119和液位计115均电连接于控制中心，通过液位计115将检测的塔釜段11a内的富胺液的高度，当富胺液于罐体11内高度达到罐体11预设的高度时，控制中心控制液位控制阀119打开，将富胺液排出。

将罐体11最上方的液位计115的位置设定为罐体11允许的富胺液的最大高度。进气口111在罐体11上的高度高于任意一个液位计115的高度，避免富胺液和天然气接触。将富胺液排放至与最下方的液位计115的高度平齐时，控制中心控制液位控制阀119关闭。

再次参阅图1，多个吸收塔1相互串接，多个吸收塔1分为一个主吸收塔1a以及至少一个辅助吸收塔1b，主吸收塔1a的进气口111用于接收原料天然气，辅助吸收塔1b的进气口111连接于上游吸收塔1的排气口112，最下游的辅助吸收塔1b的排气口112向外排出脱碳净化后的天然气。

具体地，本实施例中，多个吸收塔1分别为一个主吸收塔1a和一个辅助吸收塔1b,主吸收塔1a的进气口111连接于外部的原料天然气管道41,主吸收塔1a的排气口112通过管道连接于辅助吸收塔1b的进气口111，辅助吸收塔1b的排气口112连接于外围的排气管42，天然气依次经过主吸收塔1a和辅助吸收塔1b后，从辅助吸收塔1b的排气口112处排出。

可以理解的，在其它实施例中，辅助吸收塔1b设置为两个或两个以上，主吸收塔1a的排气口与一个辅助吸收塔1b的进气口111，下游的辅助吸收塔1b的进气口111连接于上游所述辅助吸收塔1b的排气口112，多个辅助吸收塔1b通过这种连接方式依次串接，最下游的辅助吸收塔1b的排气口112连接于排气管42。针对不同的净化要求，可以相应的增加或减少辅助吸收塔1b的数量，或者通过控制贫胺液进入不同数量的辅助吸收塔1b。在针对不同的二氧化碳的体积比时，不需要单独去设计相应的吸收装置。

多个吸收塔1之间依次串接，每两个相邻的吸收塔1之间设置有导向管43，导向管43的一端连接于上游吸收塔1的排气口112，导向管43的另一端连接于下游吸收塔1的进气口111，用于将所述吸收塔1内的天然气导入到下游吸收塔1内；每个吸收塔1的进气口111、排气口112、进液口113以及排液口114与相应的管道之间均可拆卸的连接。每个吸收塔1均为橇装结构，由于吸收塔1的各个接口与外界管道均为可拆卸的连接，使得吸收塔1在使用时，只需要将相应的管道插接到吸收塔1上相应的管道，便于吸收塔1的快速安装，简化了现场安装的工序流程。同时，在增加或减少吸收塔1的数量时，也只需要控制相应的管道插接到相应的吸收塔1的接口上。

进一步地，主吸收塔1a和辅助吸收塔1b的进液口113分别单独连接于胺液导入单元2，主吸收塔1a和辅助吸收塔1b的排液口114分别单独连接于胺液排出单元3。具体地，通过控制贫胺液进入相应的吸收塔1，使得天然气在相应的吸收塔1内发生净化。当辅助吸收塔1b设置为多个时，针对不同二氧化碳体积比的天然气导入系统中，分别控制贫胺液进入相应的吸收塔1内，从而可以选择性的控制天然气在相应的吸收塔1中被净化。通过控制贫胺液进入不同数量吸收塔1，达到以最小的贫胺液的流量除去天然气中相应二氧化碳。

再次参阅图1，胺液导入单元2包括总导入管21、主导入管22、至少一个辅助导入管23以及对应设置在各辅助导入管23上的第一流量控制阀24；主导入管22的两端分别连接于主吸收塔1a的进液口113和总导入管21，用于将总导入管21内的胺液导入到主吸收塔1a内；辅助导入管23的两端分别连接于辅助吸收塔1b的进液口113和总导入管21，辅助导入管23与第一流量控制阀24配合，进而控制总导入管21内胺液进入主吸收塔1a内。

本实施例中，在辅助导入管23上设置相应的第一流量控制阀24，通过第一流量控制阀24控制胺液进入相应的辅助吸收塔1b内。可以理解的，在主导入管22上也可以设置第一流量控制阀24，从而控制胺液进入主吸收塔1a内。本实施例中，第一流量控制阀24设置于辅助导入管23上，应该理解为，第一流量控制阀24可以设置于辅助导入管23或进液口113上，均用于控制贫胺液进入吸收塔1。

辅助导入管23上设置有流量变送器29，第一流量控制阀24和流量变送器29均电连接于控制中心。流量变送器29用于检测辅助导入管23中贫胺液的流量，并将检测的数据发送至控制中心，通过控制中心自动控制第一流量控制阀24的打开或关闭。

可以理解的，第一流量控制阀24可以调节流量的大小，用于控制进入辅助吸收塔1b内的胺液的流量，从而针对性的除去天然气中的二氧化碳，达到以最小的贫胺液的流量除去相应天然气中的二氧化碳。

进一步地，脱碳系统还包括胺液泵25；胺液泵25连接于总导入管21，用于向罐体11中导入胺液。具体地，胺液泵25将贫胺液导入到总导入管21，内为贫胺液提供来源、并为贫胺液的流动提供动力。

总导入管21上并联有过滤管路26，过滤管路26上设置有溶液过滤器27和第二流量控制阀28,第二流量控制阀28电连接于控制中心。具体地,溶液过滤器27内装设有活性炭，在总导入管21上对应第二流量控制阀28也设置有流量变送器29。第二流量控制阀28控制贫胺液从总导入管21的出口端进入到过滤管路26中，经过溶液过滤器27过滤后，排放到总导入管21的入口端，对总导入管21内的贫胺液进行过滤和净化，经过净化过滤后的贫胺液通过总导入管21再次进入到吸收塔1。

再次参阅图1，胺液排出单元3包括总导出管31以及支路导出管32，支路导出管32的两端分别连接于吸收塔1的排液口114和总导出管31，用于将吸收塔1内的胺液排出到总导出管31内。具体地，贫胺液在吸收二氧化碳后变成富胺液，支路导出管32将各个吸收塔1内的富胺液分别单独排放到总导出管31内。本实施例中的液位控制阀119设置于罐体11的排液口114的支路导出管32上，通过液位控制阀119控制罐体11内的富胺液的排放。

进一步地，脱碳系统还包括一闪蒸罐33，闪蒸罐33上设置有胺液进口331、气相出口332以及液相出口333；胺液进口331连接总导出管31用于将罐体11内的胺液导入到闪蒸罐33中，气相出口332用于将闪蒸出的气体排出，液相出口333用于将胺液导入到下游回收设备37中，气相出口332处设置有压力控制阀34，压力控制阀34电连接于控制中心。

具体地，气相出口332设置于闪蒸罐33的顶端，在气相出口332设置有放空管35，放空管35上设置有压力控制阀34和压力变送器36，压力控制阀34和压力变送器36均电连接于控制中心。当压力变送器36检测到闪蒸罐33的压力到达预设值时，打开压力控制阀34，将闪蒸罐33内的闪蒸气放空或排放到其它设备中作为燃料使用。

进一步地，液相出口333设置于闪蒸罐33的底端，用于将闪蒸罐33内的富胺液导入到下游回收设备37中，经过下游回收设备37的处理后，富胺液转化成贫胺液，将转化成的贫胺液通过胺液泵25再次导入到天然气脱碳系统，使得胺液可以循环使用。

基于本实施例中的天然气脱碳系统包括一个主吸收塔1a和一个辅助吸收塔1b，对本实施例的天然气脱碳系统的使用方法进行说明：

本实施例中，单个吸收塔1能够吸收天然气中的二氧化碳的体积比的最大量为3％，检测天然气中二氧化碳的体积比，如天然气中二氧化碳的体积比小于或等于3％，将天然气导入到天然气脱碳系统中前，关闭辅助导入管23上的第一流量控制阀24，天然气中的二氧化碳在主吸收塔1a中即可完全被吸收，在完成主吸收塔1a中脱碳后的天然气，从主吸收塔1a流入到辅助吸收塔1b中，在辅助吸收塔1b中不发生脱碳作用，脱碳完成后的天然气最后从辅助吸收塔1b的排气口112处排出到排气管42中，由排气管42导入到外围设备中。

如检测的天然气的体积比大于3％，且小于或等于6％。则将天然气导入到天然气脱碳系统中前，打开辅助导入管23上的第一流量控制阀24，天然气在主吸收塔1a中脱碳后，流经到辅助吸收塔1b中继续脱碳，经过两个吸收塔1的作用，将天然气中的二氧化碳完全脱去，脱碳完成后的天然气最后从辅助吸收塔1b的排气口112处排出。

在本实施例中，当天然气中的二氧化碳的体积比每增加3％，则需增加一个吸收塔。可以理解的，在其它实施例中，天然气中的二氧化碳的体积比每增加一个吸收塔1的脱碳量，则增加一个吸收塔1。

本发明还提供一种天然气脱碳方法，包括以下步骤：

S10：提供多个吸收塔1，分为一个主吸收塔1a以及至少一个辅助吸收塔1b；主吸收塔1a和辅助吸收塔1b依次串接，使得主吸收塔1a内的天然气可依次进入下游的辅助吸收塔1b内。辅助吸收塔1b的进气口111连接于上游吸收塔1的排气口112，最下游的辅助吸收塔1b的排气口112向外排出脱碳净化后的天然气。

S20：将检测过二氧化碳体积比的原料天然气导入主吸收塔1a内，使天然气依次经过主吸收塔1a和全部辅助吸收塔1b后排出；具体地，主吸收塔1a用于接收原料天然气，主吸收塔1a内的原料天然气在主吸收塔1a中经过净化后，依然经过下游的辅助吸收塔1b内，在最下游的辅助吸收塔1b处，将净化后的天然气导出。

S30：在向吸收塔1内导入天然气时，向主吸收塔1a和预设数量的辅助吸收塔1b分别导入胺液，以使得天然气中的二氧化碳被相应吸收塔1内的胺液吸收；其中，通过控制胺液导入到不同的辅助吸收塔1b内，以控制预设的辅助吸收塔1b的数量。具体地，辅助导入管23或辅助吸收塔1b的进液口113处设置有第一流量控制阀24，通过打开预设数量的辅助吸收塔1b上的第一流量控制阀24，以向相应数量的辅助吸收塔1b内导入胺液。

S40：排放吸收塔1内的胺液。具体地，液位计115检测到吸收塔1内的富胺液到达预设的高度时，打开相应吸收塔1的液位控制阀119，将相应吸收塔1内的胺液排出。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。