本實用新型涉及一種天然氣脫氮處理設備，具體涉及一種天然氣變壓吸附脫氮設備。

背景技術：

目前，常規天然氣的主要成分為甲烷，通常氮氣含量極低（≤3%）。近年來，油田注氮增產工藝已經廣泛應用于油田增產領域，該工藝在提高石油產量的同時，也大大提高了天然氣中的氮氣含量。然而，據調研，新疆等地某些區塊已經出現了天然氣中的氮氣含量高達18～20%的問題。含氮量高不僅會導致的天然氣的甲烷含量降低，熱值不足，還會提高集輸過程中的能耗，不能直接用于燃氣發動機燃料、精細化工和車用壓縮天然氣領域，亟需脫除天然氣中的氮氣，以達到相應的組分要求。因此，開發天然氣脫氮工藝技術非常必要。

我國天然氣行業相關標準規定，天然氣熱值應滿足≥31.4MJ/m3，鑒于尚未出現天然氣高含氮問題，對氮氣含量沒有提出要求；參照歐洲行業標準，氮氣含量應該滿足≤5%。

目前，氣體分離的主要方法有深冷法、膜法、變壓吸附法等。深冷法是根據兩種氣體的液態時揮發性的差異進行分離，甲烷和氮氣的沸點分別為-161.6℃和-195.8℃，若采用深冷法需將原料氣降至極低溫度，裝置復雜，設備體積龐大，小流量工況的投資成本較高，不經濟；膜法是根據氣體在膜中溶解和擴散速率的不同，將兩種目標氣體分離開，然而，甲烷和氮氣的溶解和擴散速率極為相近，因此，采用膜法分離甲烷和氮氣極為困難，目前還無法實現；變壓吸附法是根據氣體分子動力學效應，組分在吸附劑內部擴算速率的差異進行分離，現在還沒有通過變壓吸附來將天然氣分離的設備。

技術實現要素：

本實用新型的目的就是針對現有技術存在的缺陷，提供一種結構合理，能有效降低天然氣內的含氮量，能改善吸附劑的再生效果，提高產品氣質量的天然氣變壓吸附脫氮設備。

其技術方案是：天然氣變壓吸附脫氮設備，包括緩沖罐、第一脫氮塔和第二脫氮塔，所述緩沖罐的出口端依次通過第一閥門和第二閥門與第一脫氮塔入口連接，所述第一脫氮塔的底部出口通過第三閥門與廢氣管線連接，所述第一脫氮塔的頂部出口通過第四閥門與產品氣排出管線連接；

所述緩沖罐的出口端依次通過第一閥門和第五閥門與第二脫氮塔入口連接，所述第二脫氮塔的底部出口通過第六閥門與廢氣管線連接，所述第二脫氮塔的頂部出口通過第七閥門與產品氣排出管線連接；

所述第一脫氮塔與第二脫氮塔的頂部出口之間連接有均壓管線，所述均壓管線上設有第八閥門；

所述廢氣管線上設有真空泵。

所述廢氣管線還設有與真空泵并聯的消音器。

所述第一脫氮塔和第二脫氮塔的塔內裝填有用于脫氮的分子篩吸附劑。

本實用新型與現有技術相比較，具有以下優點：結構合理，能有效降低天然氣內的含氮量，能改善吸附劑的再生效果，提高產品氣質量。

附圖說明

下面是結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

圖1是本實用新型的結構示意圖；

圖中：1.緩沖罐；2.第一脫氮塔；3.第二脫氮塔；4.第一閥門；5.第二閥門；6.第三閥門；7.廢氣管線；8.第四閥門；9.產品氣排出管線；10.第五閥門；11.第六閥門；12.第七閥門；13.均壓管線；14.第八閥門；15.真空泵；16.消音器。

具體實施方式

參照圖1，天然氣變壓吸附脫氮設備，包括緩沖罐1、第一脫氮塔2和第二脫氮塔3，在第一脫氮塔2和第二脫氮塔3的塔內裝填有用于脫氮的分子篩吸附劑。吸附劑對第一脫氮塔2和第二脫氮塔3內的氮氣進行吸附，甲烷在頂部完成匯集。

緩沖罐1的出口端依次通過第一閥門4和第二閥門5與第一脫氮塔2入口連接，第一脫氮塔2的底部出口通過第三閥門6與廢氣管線7連接，第一脫氮塔2的頂部出口通過第四閥門8與產品氣排出管線9連接。

緩沖罐1的出口端還依次通過第一閥門4和第五閥門10與第二脫氮塔3入口連接，第二脫氮塔3的底部出口通過第六閥門11與廢氣管線7連接，第二脫氮塔3的頂部出口通過第七閥門12與產品氣排出管線9連接。

第一脫氮塔2與第二脫氮塔3的頂部出口之間連接有均壓管線13，均壓管線13上設有第八閥門14。

在廢氣管線7上設有真空泵15。通過真空泵15可實現對第一脫氮塔2和第二脫氮塔3內吸附劑的再生。

在廢氣管線7還設有與真空泵15并聯的消音器16，通過消音器16能實現降壓消音功能。

工作原理：

經過脫水、脫烴（C2+）后的含氮天然氣進入緩沖罐1，為變壓吸附的第一脫氮塔2和第二脫氮塔3提供緩沖氣源。第一脫氮塔2和第二脫氮塔3的塔內裝填變壓吸附脫氮專用分子篩吸附劑，由緩沖罐1提供的待處理氣經過第一閥門4進入第一脫氮塔2。

在第一階段，第二閥門5和第四閥門8打開，第五閥門10、第三閥門6、第八閥門14、第七閥門12關閉，第二脫氮塔2的吸附劑對氮氣進行吸附，甲烷第二脫氮塔2的在頂部完成匯集，通過產品氣排出管線9排出，所得氣體為產品氣；同時，第六閥門11打開，第二脫氮塔3依次通過消音器16完成降壓消音，通過真空泵15抽真空，完成對第二脫氮塔3的再生，高含氮廢氣經真空泵15排出。

第二階段，第二閥門5、第五閥門10、第八閥門14打開，第一閥門4、第三閥門6、第六閥門11、第四閥門8、第七閥門12關閉，完成第二脫氮塔2和第三脫氮塔3的均壓。

第三階段，第五閥門10、第七閥門12打開，第二閥門5、第六閥門11、第八閥門14、第四閥門8關閉，第二脫氮塔3的吸附劑對氮氣進行吸附，甲烷在頂部完成匯集，通過產品氣排出管線9排出，所得氣體為產品氣；同時，第三閥門6打開，第一脫氮塔2依次通過消音器5完成降壓消音，通過真空泵4抽真空，完成對第一脫氮塔2的再生，高含氮廢氣經真空泵15排出。如此循環，以上吸附-均壓-降壓-抽真空再生-吸附過程周期性的工作，完成對甲烷和氮氣混合氣體的變壓吸附分離過程，得到氮氣含量≤3%的產品氣。

本實用新型結構簡單，通過天然氣變壓吸附法脫氮的工藝流程，含氮量可由20%降至3%；采用抽真空法對吸附劑進行再生，改善了吸附劑的再生效果。富集后的產品氣含氮量降至3%以下，達到商用天然氣的品質要求，可用于民用燃氣、精細化工、車用壓縮天然氣或大型燃氣發動機等領域。