一种耦合酸气提浓的天然气脱硫脱碳系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种耦合酸气提浓的天然气脱硫脱碳系统，包括依次连接的天然气过滤分离系统、溶液吸收系统、闪蒸提浓系统和溶液再生系统；还设置有溶液稳定系统和溶液过滤系统。本实用新型专利技术适用于大型天然气脱硫脱碳装置和含硫原料天然气直接LNG液化的脱硫脱碳预处理装置，既解决了天然气脱硫脱碳装置大型化引起的操作不稳定、溶剂损耗量大的问题，也解决了天然气脱硫脱碳后硫磺回收装置设备尺寸过大的问题。与aMDEA工艺、MDEAmax工艺相比，本实用新型专利技术达到相同产品气指标时酸气量降低20～45％，相应下游硫磺回收装置设备和管线可减小20～45％，具有明显的优势及广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于天然气处理
，具体涉及一种耦合酸气提浓的天然气脱硫脱碳系统。
技术介绍
由于我国能源需求与日倶增，同时环保要求更加严格，天然气作为一种优质、高效、清洁的能源，在一次能源消费中的比例日益提高。随着我国天然气开发不断增多，无论是以管输气为目的的天然气处理厂还是以LNG液化为目的的含硫天然气预处理装置，天然气处理装置规模越来越大。目前我国设计建设的天然气处理装置单列处理量均低于国外水平，处理规模的增大主要通过增加成套装置列数来实现。国外天然气处理整体朝着大型化方向发展，采用单套大型化装置技术实现天然气高效处理，提高经济效益，但大型化天然气处理技术仍掌握在国外公司手中。脱硫脱碳装置是含硫天然气处理中主体装置，用以脱除原料天然气绝大部分H2S、CO2、有机硫等杂质气体。大型脱硫脱碳技术面临装置操作波动大、溶剂损耗多和下游装置处理负荷大等问题。因此，突破大型化脱硫脱碳技术是解决大型化天然气处理技术的关键。目前全世界广泛使用的大型天然气脱硫脱碳工艺都是以常规胺法脱硫脱碳工艺为基础进行的改进。国外公司的改进思路主要分为两种:一种是通过采用高效脱硫脱碳溶剂实现相同处理规模情况下减小设备尺寸，如aMDEA工艺；另一种是采用改进工艺流程，使脱硫脱碳装置满足大型化后的装置稳定性要求，如MDEAmax工艺。下面将分别介绍上面两种典型的工艺:(I) aMDEA工艺采用利用aMDEA专利溶剂对H2S具有高的选择性，特别是原料气中H2S含量很低而CO2分压极高的场合，在大型脱硫脱碳装置中使用较低的溶液循环量实现在保证产品气CO2含量合格的情况下高效脱除绝大部分H2S。由于aMDEA溶剂的化学和热稳定性比较好，选择性脱硫效率比普通MDEA溶剂高，溶剂用量较少，可以一定程度减小装置设备规模。该工艺虽然利用aMDEA对H2S具有高的选择性，已经减少了溶液对0)2的吸收，但要保证原料气中较高的0)2能够脱除到相对较低的水平，仍有可观数量的CO 2溶解在aMDEA溶液中，随着溶液再生过程脱除的H2S和CO2进入酸气中，并送至下游硫磺回收装置或其他酸气处理装置，这些下游装置的作用是处理酸气中有毒的H2S,实现硫高效回收和尾气达标排放，在酸气处理过程中CO2仅作为惰性气体不参与任何反应。aMDEA工艺并没有考虑到硫磺回收装置的设备尺寸与酸气总量成正比关系，而酸气中CO2的存在使得硫磺回收装置的设备尺寸有很大程度的浪费，这种浪费现象在大型化天然气处理过程中将更加突出，有可能当酸气中0)2浓度高到一定程度，使硫磺回收装置设备尺寸超大，并且成为大型天然气处理装置全流程中新的设计、制造或运输瓶颈。⑵MDEAmax工艺特点主要是通过选择高浓度的MDEA溶液(浓度为50wt % )强化脱硫脱碳效果，单位体积的高浓度胺液能够吸收更多H2S和C02，从而降低溶液循环量，减小相同处理规模条件下的设备尺寸。但是高浓度MDEA溶液存在着粘度偏高，溶液发泡倾向增大，操作不稳定，湿净化天然气夹带溶液量增大，溶液损耗高等问题。该工艺在大型脱硫脱碳装置中操作不稳定、溶剂损耗高等问题将被进一步放大，为了解决这些问题，MDEAmax工艺在常规胺法脱硫脱碳流程基础上，在溶液循环回流的贫液段增加一个贫液缓冲罐，利用贫液缓冲罐巨大的溶液储量平衡各设备内液面的剧烈波动；同时，在吸收塔顶湿净化天然气出装置前设置水洗塔，将湿净化天然气用常温除氧水进行水洗回收湿净化气夹带的胺液，并将胺液送至脱硫脱碳装置闪蒸罐中，从而降低溶液损耗。虽然MDEAmax工艺很好地解决了大型脱硫脱碳装置操作稳定性和溶剂损耗问题，但仍然没有注意到MDEA对H2S和CO2的共吸作用在大型化过程中对下游硫磺回收装置设备尺寸过大的影响。MDEA对H2S和CO2的共吸作用造成再生酸气进入下游硫磺回收装置时H2S浓度偏低，受反应平衡影响，硫收率偏低，如果原料气中C/S较高时，可能造成脱硫酸气中H2S浓度更低，迫使硫磺回收工艺采用分流法，并采用燃料气助燃，进一步影响硫收率。为了避免硫磺回收工艺采用分流法，工程中常在脱硫脱碳装置与硫磺回收装置之间设置酸气提浓装置(工艺原理和设备种类与脱硫脱碳装置类似)，利用该装置对脱硫脱碳装置产生的酸气进行提浓，脱除大部分C02，提高进入硫磺回收装置酸气的H2S浓度，既能避免采用分流法，又能降低进入硫磺回收装置的酸气量，进而减小硫磺回收装置设备和管线尺寸。但这种方案需要增加一整套酸气提浓装置，工程投资高，且占地面积大。
技术实现思路
本技术克服了现有技术中的缺点，提供了一种耦合酸气提浓的天然气脱硫脱碳系统，该系统既能够完成常规天然气脱硫脱碳功能，同时又能够利用H2S和0)2的闪蒸特性和以MDEA为基质的胺液对H2S的选择性吸收特性对富液中H2S含量提浓，并分别匹配高压天然气脱硫脱碳和低压酸气提浓工艺条件，完成酸气提浓过程。本技术适用于大型天然气脱硫脱碳装置和含硫原料天然气直接LNG液化的脱硫脱碳预处理装置，能解决天然气脱硫脱碳装置大型化存在的问题，同时显著减小下游硫磺回收装置设备尺寸和能耗。本技术的技术方案是:一种天然气脱硫脱碳耦合酸气提浓系统，包括依次连接的天然气过滤分离系统、溶液吸收系统、闪蒸提浓系统和溶液再生系统，其中:所述天然气过滤分离系统包括依次连接的重力分离器和过滤分离器；所述溶液吸收系统包括依次连接的吸收塔和湿净化气水洗塔；所述闪蒸提浓系统包括依次连接的一级闪蒸装置、贫富液换热器、富液加热器和二级闪蒸装置；所述一级闪蒸装置包括一级闪蒸罐和一级闪蒸塔，所述二级闪蒸装置包括依次国依次连接的二级闪蒸罐、二级闪蒸气冷却器和二级闪蒸塔；所述溶液再生系统包括再生塔、再生塔顶回流罐和再生塔重沸器；所述再生塔顶部气体出口通过再生塔顶冷凝冷却器与再生塔顶回流罐连接，再生塔顶回流罐的液体出口经再生塔回流栗与再生塔上部液体入口相连。进一步地，在所述脱硫脱碳吸收塔和再生塔之间设置有溶液稳定系统，所述溶液稳定系统包括依次连接的热贫液栗、贫液空冷器、贫液后冷器、贫液缓冲罐、贫液升压栗和贫液冷却器；所述热贫液栗与贫富液换热器连接，所述贫液冷却器的液体出口分别与一级闪蒸塔和二级闪蒸塔的上部液体入口连接。进一步地，所述溶液稳定系统中设置有溶液过滤系统，所述溶液过滤系统包括依次连接的贫液过滤栗、贫液预过滤器、活性炭过滤器和贫液后过滤器，所述贫液后过滤器的液体出口与贫液缓冲罐的上部入口相连；所述贫液缓冲罐的下部出口与贫液过滤栗的入口相连。与现有技术相比，本技术的优点是:既解决了天然气脱硫脱碳装置大型化引起的操作不稳定、溶剂损耗量大的问题，也解决了天然气脱硫脱碳后硫磺回收装置设备尺寸过大的问题。具体表现如下:(I)相同工况下，与aMDEA工艺、MDEAmax工艺相比，本技术达到相同产品气指标时酸气量降低20?45%，相应下游硫磺回收装置设备和管线可减小20?45%，能够有效地缩小主要设备及管道尺寸、节省设备投资，具有明显的优势及广泛的应用前景。(2)相同工况下，与常规脱硫脱碳装置串联酸气提浓装置相比，本技术兼顾脱硫脱碳和酸气提浓功能，同时减少单独设置的酸气提浓装置的大部分设备，整体能耗降低10?20%，并显著节省投资和设备占地。【附图说明】本技术将通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耦合酸气提浓的天然气脱硫脱碳系统，其特征在于：包括依次连接的天然气过滤分离系统、溶液吸收系统、闪蒸提浓系统和溶液再生系统，其中：所述天然气过滤分离系统包括依次连接的重力分离器和过滤分离器；所述溶液吸收系统包括依次连接的吸收塔和湿净化气水洗塔；所述闪蒸提浓系统包括依次连接的一级闪蒸装置、贫富液换热器、富液加热器和二级闪蒸装置；所述一级闪蒸装置包括一级闪蒸罐和一级闪蒸塔，所述二级闪蒸装置包括依次国依次连接的二级闪蒸罐、二级闪蒸气冷却器和二级闪蒸塔；所述溶液再生系统包括再生塔、再生塔顶回流罐和再生塔重沸器，所述再生塔顶部气体出口通过再生塔顶冷凝冷却器与再生塔顶回流罐连接，再生塔顶回流罐的液体出口经再生塔回流泵与再生塔上部液体入口相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建良，胡玲，陈运强，肖秋涛，王茜，程林，张津，韩淑怡，李超群，兰林，
申请(专利权)人：中国石油集团工程设计有限责任公司，
类型：新型
国别省市：四川;51