本發(fā)明涉及天然氣凈化提純領域，具體涉及一種小型井口天然氣的凈化提純方法及裝置。
背景技術：
隨著人類人口增加、社會進步和工業(yè)持續(xù)發(fā)展，能源需求與日俱增，能源危機日益凸顯，天然氣憑借其清潔環(huán)保、使用方便、安全經(jīng)濟等優(yōu)勢而引起人們廣泛關注。我國天然氣儲量大，但儲存地質分散復雜，尤其是小型天然氣氣井開發(fā)利用技術不成熟導致開采難度大，利用效率極低。主要原因在于原料氣含有雜質多，尤其是硫化氫，不僅會腐蝕鋼材，堵塞管路，還會使催化劑中毒，嚴重阻礙氣井的正常運行。現(xiàn)如今在我國川西地區(qū)已探明的天然氣氣田中，分布著許多小型氣井，原料氣壓力高，酸性氣體種類多且所占比例高，例如含硫氣田約占31.7％，這些氣井的H2S含量一般為5％～92％，無法直接使用。
井口天然氣的直接利用當其沖應進行脫硫。目前天然氣脫硫最常用的技術是濕法和干法脫硫，但以醇胺法為主的濕法脫硫效率低，難以達到較高的要求，一般適用于硫含量較高的大型天然氣田的粗脫硫；而干法的脫硫劑需間歇再生或更換，硫容量低，一般用于處理低含硫氣體。總體而言現(xiàn)階段大多數(shù)的脫硫工藝都是針對大型天然氣氣田，雖然各有利弊，但大都技術成熟且應用廣泛。然而對于小型氣井，人們研究較少，大多將它們集中處理，因為采用濕法脫硫投資太大，干法脫硫硫容量太小，而且失活快，很難達到現(xiàn)場實際工況需求。但是在集中輸送過程中，由于這些氣井氣含硫量高，酸性組分多，即使水分含量很少，腐蝕性也很強，極易使輸送管道報廢，經(jīng)濟性差。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的問題，提供小型井口天然氣凈化提純的方法及裝置，從氣井出來的高壓氣井氣采用水吸收其中的雜質氣體，后續(xù)經(jīng)分離提純后，凈化氣達到天然氣管輸要求進入下游管網(wǎng)。
本發(fā)明實現(xiàn)上述目的的技術方案為：
一種小型井口天然氣凈化提純裝置，其中：包括井口氣凈化提純系統(tǒng)，循環(huán)水系統(tǒng)及監(jiān)測調節(jié)系統(tǒng)；
所述井口氣凈化提純系統(tǒng)包括通過管路依次連接的吸收塔(3)、吸收塔(3)頂端管路依次連接溫度壓力平衡器(6)、復熱器(8)。天然氣經(jīng)吸收塔(3)吸附提純脫硫脫碳后進入溫壓平衡器(6)除水，調至下游所需壓力進入復熱器(8)升溫后，輸入下游用戶；
所述循環(huán)水系統(tǒng)包括水箱(9)、水泵(2)、吸收塔(3)及氣液分離器(7)。從水箱(9)中出來的水經(jīng)水泵(2)升壓后從吸收塔(3)上部進入，吸收雜質氣體后形成廢液，經(jīng)氣液分離器(7)分離后，雜質氣體經(jīng)達標處理后排放，水進入水箱(9)進入下一個循環(huán)系統(tǒng)；
所述監(jiān)測調節(jié)系統(tǒng)包括依次設置在水箱(9)與水泵(2)之間管路上的流量調節(jié)閥(1)、吸收塔(3)頂端與溫壓平衡器(6)管路上的第一減壓閥(4)、吸收塔(3)底端與氣液分離器(7)管路上的第二減壓閥(5)、吸收塔(3)上端及下端進口支路上的溫度變送器與壓力變送器、吸收塔(3)頂部及低部出口支路上的溫度變送器、吸收塔(3)底部出口支路上的壓力變送器、溫壓平衡器(6)與空溫式氣化器(8)之間的支路上的第二減壓閥(10)、在空溫式氣化器(8)與下游用戶之間管路設置溫度變送器；
優(yōu)選的，所述的小型井口天然氣凈化提純裝置，其中：水泵(2)為離心泵；
優(yōu)選的，所述的小型井口天然氣凈化提純裝置，其中：吸收塔(3)為板式吸收塔；
優(yōu)選的，所述的小型井口天然氣凈化提純裝置，其中：溫壓平衡器(6)為圓柱形罐體，內設破冰絲網(wǎng)裝置；
優(yōu)選的，所述的小型井口天然氣凈化提純裝置，其中：所述復熱器(8)為空溫式氣化器或電加熱器；
一種小型井口天然氣凈化提純方法，應用上述的小型井口天然氣凈化提純裝置，其中，所述方法包括如下步驟：
S100、井口天然氣從井口出來進入吸收塔(3)下部，與吸收塔(3)上部自上而下的水進行接觸，在常溫高壓條件下，水吸收井口氣中的雜質氣體H2S、CO2等，井口氣經(jīng)凈化后形成凈化氣，凈化氣從吸收塔(3)頂端輸出后，通過第一減壓閥(4)降壓形成低溫氣體，其中混雜的水凝結成冰，經(jīng)溫壓平衡器(6)后除冰，通過第三減壓閥(5)降壓后進入到復熱器升溫后，輸出供下游用戶使用。
S200、循環(huán)水在水泵2作用下從水箱(9)中出來，經(jīng)調壓計量后進入吸收塔(3)上端，水吸收井口氣中的雜質氣體H2S、CO2等形成廢液，廢液經(jīng)氣液分離器(6)分離后，循環(huán)水進入下一個供水循環(huán)，H2S、CO2等雜質氣體經(jīng)達標處理后排放。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下的有益效果：
1、實現(xiàn)小型井口天然氣的直接回收利用。本工藝采用井口氣與水在吸收塔提純凈化處理后，采用低溫節(jié)流除冰的方式。該工藝方法流程簡單，可重復利用，有效解決了現(xiàn)有的小型天然氣井口脫硫進行集中處理，采用濕法脫硫投資太大，干法脫硫硫容量太小的不足，實現(xiàn)了井口氣直接高效利用。
2、該工藝流程簡單，易于控制，可實現(xiàn)小型化橇裝化。該流程的主體核心設備為吸收塔、氣液分離罐及溫壓平衡器。上述裝置均可實現(xiàn)小型化橇裝化，可整體移動至其他井口多次重復使用。
3、項目投資小，效益良好，易于推廣使用。本方案流程簡單，設備便宜易得，整體項目投資小。克服現(xiàn)有脫硫除雜裝置的不足，具有良好的經(jīng)濟社會效益，在小型天然氣井口均可進行推廣使用。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的基于小型井口天然氣壓力能回收利用方法及裝置流程示意圖。
圖中所示為：1-流量調節(jié)閥；2-水泵；3-吸收塔；4-第一減壓閥；5-第二減壓閥；6-溫壓平衡器；7-氣液分離器；8-復熱器；9-水箱；10-第三減壓閥。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明的目的作進一步詳細描述，實施例不能在此一一贅述。但本發(fā)明的實施方式并不因此限定于以下實施例。除非特別說明，本發(fā)明采用的材料和加工方法為本技術領域常規(guī)材料和加工方法。
如圖1所示，一種基于小型井口天然氣凈化提純方法，其特征在于：包括井口氣凈化提純系統(tǒng)，循環(huán)水系統(tǒng)及監(jiān)測調節(jié)系統(tǒng)；
所述井口氣凈化提純系統(tǒng)包括通過管路依次連接的吸收塔3、吸收塔3頂端管路依次連接的節(jié)溫度壓力平衡器6、復熱器8。天然氣經(jīng)吸收塔3吸附提純脫硫脫碳后進入溫壓平衡器6除水，調至下游所需壓力進入復熱器8升溫后，輸入下游用戶；
所述循環(huán)水系統(tǒng)包括水箱9、水泵1、吸收塔3及氣液分離器7。從水箱9中出來的水經(jīng)水泵2升壓后從吸收塔3上部進入，吸收雜質氣體后形成廢液，經(jīng)氣液分離器6分離后，雜質氣體經(jīng)達標處理后排放，水進入水箱9進入下一個循環(huán)系統(tǒng)；
所述監(jiān)測調節(jié)系統(tǒng)包括依次設置在水箱與水泵之間管路上的流量調節(jié)閥1、吸收塔頂端與溫壓平衡器管路上的第一減壓閥4、吸收塔底端與氣液分離器管路上的第二減壓閥5、吸收塔上端及下端進口支路上的溫度變送器與壓力變送器、吸收塔頂部及低部出口支路上的溫度變送器、吸收塔底部出口支路上的壓力變送器、溫壓平衡器與空溫式氣化器之間的支路上的第三減壓閥10、在空溫式氣化器與下游用戶之間管路設置溫度變送器；
進一步地，所述水泵2為離心泵；所述吸收塔3為板式吸收塔；溫壓平衡器6為圓柱形罐體，內設破冰裝置；所述氣液分離罐7為防腐氣液分離罐；所述復熱器8為空溫式氣化器或電加熱器。
進一步地，所述流量調節(jié)閥1用于調節(jié)進入吸收塔3的水流量；所述第一減壓閥4及第二減壓閥5均有防腐特性；所述溫度變送器及壓力變送器實施監(jiān)測各設備裝置進出口溫度及壓力。
應用一種小型井口天然氣凈化提純方法及裝置，包括如下步驟：
(1)井口天然氣從井口出來進入吸收塔3下部，與吸收塔3上部自上而下的水進行接觸，在常溫高壓條件下，水吸收井口氣中的雜質氣體H2S、CO2等，井口氣經(jīng)凈化后形成凈化氣，凈化氣從吸收塔3頂端輸出后，通過第一減壓閥4降壓形成低溫氣體，其中混雜的水凝結成冰，經(jīng)溫壓平衡器6后除冰，通過第三減壓閥5降壓后進入到復熱器升溫后，輸出供下游用戶使用。
(2)循環(huán)水在水泵2作用下從水箱9中出來，經(jīng)調壓計量后進入吸收塔3上端，水吸收井口氣中的雜質氣體H2S、CO2等形成廢液，廢液經(jīng)氣液分離器6分離后，循環(huán)水進入下一個供水循環(huán)，H2S、CO2等雜質氣體經(jīng)達標處理后排放。
實施例
本技術方案通常應用于小型天然氣井口調壓站。該技術方案實施前，需了解井口天然氣組分、流量、調壓前后壓力、溫度等數(shù)據(jù)，并根據(jù)了解的數(shù)據(jù)選擇吸收塔及其他設備。
以某小型井口天然氣為例，該氣井處理井口氣流量為1000Nm3/h，出氣口壓力為4.0～5.0MPa，溫度為10～30℃，出口管道溫度要求≥5℃，主管道管徑為50mm，含硫量約為15％，CO2含量約為5％，氣田地處偏遠。
20℃，5MPa，388kg/h的井口氣從井口出來，接著進入吸收塔3底部，在常溫常壓下，離心泵2輸送550kg/h的水量，加壓到5MPa后進入吸收塔3，與上升的井口氣逆流接觸，在吸收塔3中完成脫硫脫碳除雜過程。從塔底出來的廢液流經(jīng)節(jié)流閥5被降壓至0.1MPa，由于氣體溶解度的大大降低，溶于其中的氣體雜質重新被釋放出來，于是水溶液可以繼續(xù)循環(huán)利用。同時塔頂含有少量水蒸氣的凈化氣通過節(jié)流閥4，壓力由5MPa降為2.5MPa，溫度降低到-2.1℃，此時H2O以冰的形式存在，于是通過溫度壓力平衡器6將冰破碎去除。接著-2.1℃，2.5MPa的凈化氣流節(jié)流膨脹后經(jīng)電加熱器8升溫，使溫度達到下游用戶管輸需求。
本工藝所述水泵2為CDLF45-13型離心泵；所述吸收塔3為板式吸收塔，塔板數(shù)為5，材質為不銹鋼，操作壓力為5MPa，操作溫度為20℃；溫壓平衡器6為圓柱形罐體，內設破冰裝置；所述氣液分離罐7為VAFS型氣液分離罐；所述復熱器8為電加熱器，熱負荷為3kW，壓力為2.5MPa。
經(jīng)本工藝操作后，氣體脫除率如下：H2S％(m)＝10.53％，CO2％(m)＝3.86％，CH4％(m)＝0.18％；節(jié)流后氣流溫度為-2.1℃，H2O變?yōu)楸耆怀ィ粌艋烊粴庵泻蛄靠蛇_到管輸標準。