1.本实用新型涉及化工工艺技术领域，具体是一种天然气净化系统。


背景技术：

2.天然气是蕴藏在地下多孔隙岩层中的优质燃料，包括油田气、气田气、煤层气、泥火山气和生物生成气等，也可以作为化工原料。其中，天然气井生产出来的天然气，在未经过提炼之前，油田上称做“湿气”，把“湿气”直接输入到化工厂，生产出液化气或其它各种化工用品，这种天然气称作“原料天然气”。
3.原料天然气需要通过净化工艺处理后作为燃料或化工原料使用。目前，传统的原料天然气净化流程是将天然气先经吸收塔脱除二氧化碳，然后经脱水塔脱除水分和重烃。整个流程环节多、设备多，需要配套的公用工程复杂。例如，吸收塔中采用胺液吸收二氧化碳，胺液吸收二氧化碳后需在再生塔中加热再生；加热过程需要导热油做热源；胺液循环回吸收塔之前需要用冷却水进行降温；脱碳后的天然气脱水采用分子筛吸附，分子筛吸附饱和后，需要用高温的干净天然气对分子筛加热，使其中的水分释放出来，分子筛才可重新使用。因此，现有原料天然气净化工艺存在流程复杂的问题，亟需设计一种流程简化的天然气净化系统。


技术实现要素：

4.本实用新型实施例的目的在于提供一种天然气净化系统，以解决上述背景技术中提出的现有原料天然气净化工艺存在流程复杂的问题。
5.本实用新型实施例是这样实现的，一种天然气净化系统，包括：
6.卧式吸收塔，所述卧式吸收塔用于输入待除杂的原料天然气，并将原料天然气中含有的杂质（酸气、水分、重烃等，具体是二氧化碳、水、重烃等杂质）一次性脱除，以得到净化后的天然气进行输出离开卧式吸收塔，进而用于后续液化段，所述卧式吸收塔内设置有有机液体吸附剂，用于同时吸收脱除原料天然气中的（酸气、水分、重烃等）杂质，所述有机液体吸附剂至少包括甲醇；
7.集液槽，所述集液槽与所述卧式吸收塔底部侧面连通，所述集液槽用于回收卧式吸收塔中的吸收脱除原料天然气中的杂质后的有机液体吸附剂。
8.在本实用新型的另一个实施例中，还提供了一种天然气净化方法，采用上述的天然气净化系统，所述天然气净化方法具体包括以下步骤：
9.1）待除杂的原料天然气输入至卧式吸收塔，通过卧式吸收塔内设置的有机液体吸附剂将原料天然气中含有的杂质一次性脱除，以得到净化后的天然气进行输出离开卧式吸收塔；
10.2）通过集液槽回收卧式吸收塔中的脱除原料天然气中杂质后的有机液体吸附剂，以进行循环利用。
11.在本实用新型的另一个实施例中，还提供了一种如上述的天然气净化方法在气体
燃料产品加工中的应用。
12.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
13.本实用新型实施例提供的天然气净化系统，包括卧式吸收塔与集液槽，所述卧式吸收塔用于输入待除杂的原料天然气，并将原料天然气中含有的杂质一次性脱除，以得到净化后的天然气进行输出，所述卧式吸收塔内设置有有机液体吸附剂，用于同时吸收脱除原料天然气中的（酸气、水分、重烃等）杂质，所述有机液体吸附剂是至少包括甲醇；本实用新型通过采用甲醇为主要成分的有机液体吸附剂，将待除杂的原料天然气输入至卧式吸收塔并将原料天然气中含有的杂质一次性脱除，以得到净化后的天然气，无需分别进行脱除二氧化碳、脱除水分和重烃，可以一次性脱除所有杂质，解决了现有原料天然气净化工艺存在流程复杂的问题，具有广阔的市场前景。
附图说明
14.图1为本实用新型一实施例提供的天然气净化系统的结构示意图。
15.图2为本实用新型一实施例提供的天然气净化系统中卧式吸收塔、集液槽之间的连接关系示意图。
16.图3示意性地图示了本实用新型一实施例提供的传统的原料天然气净化流程图。
17.图中：1
‑
立式吸收塔；2
‑
第一脱水塔；3
‑
第二脱水塔；4
‑
电加热器；5
‑
酸气冷却器；6
‑
胺液储罐；7
‑
物料再生塔；8
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再沸器；9
‑
贫富液换热器；10
‑
贫液冷却器；11
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抽取泵；100
‑
卧式吸收塔；110
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吸收除杂段；120
‑
气液分离段；130
‑
吸附精脱段；200
‑
集液槽；300
‑
循环装置；400
‑
循环泵；500
‑
冷却装置。
具体实施方式
18.为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细地说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。为了使本实用新型的技术方案更加清楚，本领域熟知的工艺步骤及器件结构在此省略。
19.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
20.以下结合具体实施例对本实用新型的具体实现进行详细描述。
21.如图1
‑
2所示，为本实用新型一个实施例提供的一种天然气净化系统的结构图，所述天然气净化系统包括：
22.卧式吸收塔100，所述卧式吸收塔100用于输入待除杂的原料天然气，并将原料天然气中含有的杂质（酸气、水分、重烃等，具体是二氧化碳、水、重烃等杂质）一次性脱除，以得到净化后的天然气进行输出离开卧式吸收塔100，进而用于后续液化段，所述卧式吸收塔100内设置有有机液体吸附剂，用于同时吸收脱除原料天然气中的（酸气、水分、重烃等）杂质，所述有机液体吸附剂至少包括甲醇；
23.集液槽200，所述集液槽200与所述卧式吸收塔100底部侧面连通，所述集液槽200用于回收卧式吸收塔100中的吸收脱除原料天然气中的杂质后的有机液体吸附剂。
24.在本实用新型实施例中，具体的，通过将待除杂的原料天然气输入至卧式吸收塔100，通过卧式吸收塔100内设置的有机液体吸附剂将原料天然气中含有的杂质（酸气、水分、重烃等，具体是二氧化碳、水、重烃等杂质）一次性脱除，以得到净化后的天然气进行输出离开卧式吸收塔100；同时，通过集液槽200回收卧式吸收塔100中的脱除原料天然气中杂质后的有机液体吸附剂，以进行循环利用。
25.本实用新型实施例通过采用甲醇为主要成分的有机液体吸附剂，在低温条件下（
‑
40至
‑
65℃），将原料天然气中的水分、二氧化碳、重烃等杂质一并溶解吸收在有机液体吸附剂中。再生时，只需要用常温氮气对有机液体吸附剂进行汽提，就可以将其中溶解的二氧化碳、部分水分等杂质吹出，而残余的水分、重烃等即使仍有部分溶解在溶剂中，也不影响使用效果，无需分别进行脱除二氧化碳、脱除水分和重烃，可以一次性脱除所有杂质，可以用于天然气液化装置的净化工艺，解决了现有原料天然气净化工艺存在流程复杂的问题。
26.在本实用新型的一个实例中，通过使用一种有机液体吸附剂（采用甲醇为主要成分，即采用现有技术中的低温甲醇法净化天然气），卧式吸收塔100采用特殊结构设计，内部可以同时实现吸收、气液分离等功能。在卧式吸收塔100内同时吸收脱除原料天然气中的酸气、水分、重烃等杂质，出卧式吸收塔100的天然气的杂质含量即可达到液化工艺对杂质含量限制的要求。
27.需要说明的是，所述集液槽200可以采用现有的产品，具体型号根据需求进行选择，这里并不作限定，只要可以实现正常的工业生产效果即可。
28.进一步的，作为本实用新型的一种优选实施例，所述有机液体吸附剂的工作温度是
‑
40至
‑
65℃。
29.在本实用新型实施例中，通过使用甲醇为主要成分的有机液体吸附剂吸收杂质，工作温度是
‑
40至
‑
65℃，可以实现同时吸收脱除原料天然气中的酸气、水分、重烃等杂质，流程简单、设备少，配套的公用工程系统少。
30.进一步的，作为本实用新型的一种优选实施例，所述卧式吸收塔100包括依次水平设置的吸收除杂段110、气液分离段120与吸附精脱段130，所述吸收除杂段110包括用于将输入至卧式吸收塔100内的有机液体吸附剂进行雾化以与输入至卧式吸收塔100的原料天然气进行混合的雾化喷头，所述气液分离段120用于将吸收脱除原料天然气中的杂质后的有机液体吸附剂与净化后的天然气进行分离。
31.在本实用新型实施例中，通过根据有机溶剂对杂质的溶解吸收原理，设计了雾化喷头，使原料天然气和有机液体吸附剂形成气溶胶状混合物，使其中的杂质更容易和有机液体吸附剂形成微小颗粒。
32.进一步的，作为本实用新型的一种优选实施例，所述气液分离段120包括聚结滤
芯，所述聚结滤芯用于将有机液体吸附剂吸收脱除原料天然气中的酸气、水分、重烃等杂质后进行富集，以形成液相并在重力作用下落至卧式吸收塔100底部，然后输送至集液槽200进行回收。
33.在本实用新型实施例中，具体的，有机液体吸附剂进行雾化后与输入至卧式吸收塔100的原料天然气进行混合，混合后经过气液分离段120的聚结滤芯来进行气液分离，使得含有杂质的有机液体吸附剂小颗粒在聚结滤芯表面富集，形成液相滑落到卧式吸收塔100底部，经过卧式吸收塔100底部设置的用于与集液槽200上端连通的导流管，进而流入集液槽200中，而分离后的气相物料，即是一次性脱除原料天然气中的酸气、水分、重烃等杂质后得到的净化后的天然气。
34.进一步的，作为本实用新型的一种优选实施例，所述吸附精脱段130内设置有由分子筛和活性炭混合形成的吸附填料，所述吸附精脱段130用于将少量未被气液分离段120分离下来的吸收脱除原料天然气中的杂质后的有机液体吸附剂进行吸附拦截。
35.在本实用新型实施例中，通过后端的由分子筛和活性炭混合形成的吸附填料（分子筛和活性炭的比例可以参考现有技术，这里并不作赘述）进行吸附精脱，主要目的是进一步拦截少量未吸收掉的水分、重烃分子。由于这部分量很少，所以吸附填料的装填料也不多，并且不用加热再生，只需要达到吸附饱和后予以更换。
36.进一步的，作为本实用新型的一种优选实施例，所述天然气净化系统还包括循环装置300，所述循环装置300用于将集液槽200内回收的吸收脱除原料天然气中的杂质后的有机液体吸附剂进行气提脱除（酸气、水分、重烃等）杂质，以输送至卧式吸收塔100进行循环工作。
37.在本实用新型的一个实例中，所述循环装置300可以是现有的立式再生塔，具体型号根据需求进行选择，这里并不作限定，通过循环装置300可以将集液槽200内回收的吸收脱除原料天然气中的杂质后的有机液体吸附剂进行气提脱除（酸气、水分、重烃等）杂质，以输送至卧式吸收塔100进行循环工作。
38.进一步的，作为本实用新型的一种优选实施例，所述循环装置300内通入有从下至上输送的气提气体，以将吸收脱除原料天然气中的杂质后的有机液体吸附剂中的杂质进行气提脱除，进而得到干净的有机液体吸附剂进行输送至卧式吸收塔100进行循环工作。
39.在本实用新型实施例中，所述气提气体是纯净氮气，当然，也可以是其他的惰性气体，例如氩气等。这里优选的是纯净氮气，具体的，所述循环装置300采用立式再生塔，最终离开卧式吸收塔100的净化后的天然气，其中的水、二氧化碳、重烃等杂质均能达到后续液化段的要求，而集液槽200中的含杂质的有机液体吸附剂则进入立式再生塔中，从塔顶往下流动，在立式再生塔的干燥填料上接触塔底上升的洁净氮气，有机液体吸附剂中的水分、二氧化碳等杂质被氮气气提出去，随氮气一起从立式再生塔的塔顶离开立式再生塔，然后去放空。
40.进一步的，作为本实用新型的一种优选实施例，所述循环装置300的输出端连接有循环泵400，所述循环泵400的输出端与冷却装置500连接，所述冷却装置500的输出端通过管道与卧式吸收塔100连通。
41.在本实用新型实施例中，具体的，所述循环装置300的底部与循环泵400连通，所述循环泵400用于加压将吸收脱除原料天然气中的杂质后的有机液体吸附剂中的杂质进行气
提脱除后得到的干净的有机液体吸附剂进行打入卧式吸收塔100中循环工作，所述冷却装置500的输出端通过管道与吸收除杂段110的雾化喷头连通，进而可以实现有机液体吸附剂的循环利用。
42.在本实用新型的一个实例中，而且，集液槽200中的含杂质的有机液体吸附剂进入立式再生塔中，从立式再生塔的塔顶往下流动，在立式再生塔的干燥填料上接触塔底上升的洁净氮气，有机液体吸附剂中的水分、二氧化碳等杂质被氮气气提出去，随氮气一起从立式再生塔的塔顶离开立式再生塔，然后将（含杂质氮气）去放空，立式再生塔底部得到干净的有机液体吸附剂，经循环泵400加压后打入吸收除杂段110的雾化喷头中循环工作。
43.在本实用新型的又一个实例中，所述冷却装置500可以采用冷却机、制冷机等现有的产品，冷却装置500采用冷剂作为热力循环的工质，通过冷剂在低温下吸取干净的有机液体吸附剂的热量，然后在较高温度下转移给冷却水或空气，从而得到液态的干净的有机液体吸附剂；其中，所述冷剂可以是氟利昂（饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物）、碳氢化合物（丙烷、乙烯等）、氨等，也可以是使用气体制冷剂，如空气、氢气、氦气等，还可以使用由吸收剂和制冷剂组成的二元溶液作为工质，如氨和水、溴化锂和水等；还可以单独用水作为冷剂。
44.在本实用新型的又一个实例中，在所述天然气净化系统中，所有的管路上均分别安装有阀门，通过阀门的操作，可以实现各个设备的灵活开闭作业，进而可以根据需要来选择管路的实际运行路线。
45.进一步的，本实用新型的一个实施例还提供一种天然气净化方法，采用上述的天然气净化系统，所述天然气净化方法具体包括以下步骤：
46.1）待除杂的原料天然气输入至卧式吸收塔100，通过卧式吸收塔100内设置的有机液体吸附剂将原料天然气中含有的杂质（酸气、水分、重烃等，具体是二氧化碳、水、重烃等杂质）一次性脱除，以得到净化后的天然气进行输出离开卧式吸收塔100；
47.2）通过集液槽200回收卧式吸收塔100中的脱除原料天然气中杂质后的有机液体吸附剂，以进行循环利用。
48.作为本实用新型的一种优选实施例，在所述的天然气净化方法中，所述有机液体吸附剂的工作温度是
‑
40至
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65℃。
49.本实用新型的一个实施例还提供一种如上述的天然气净化方法在气体燃料产品加工中的应用，所述气体燃料分为常规天然气和非常规天然气（主要包括煤层气、页岩气、可燃冰以及油田伴生气和致密砂岩气）。
50.如图3所示，是传统的原料天然气净化流程图，进一步的，将传统的原料天然气净化流程与本实用新型的天然气净化方法进行比较，传统的原料天然气净化流程是将天然气先经吸收塔脱除二氧化碳，然后经脱水塔脱除水分和重烃。整个流程环节多、设备多，需要配套的公用工程复杂。其中，采用的设备包括：立式吸收塔1、第一脱水塔2、第二脱水塔3、电加热器4、酸气冷却器5、胺液储罐6、物料再生塔7、再沸器8、贫富液换热器9、贫液冷却器10与抽取泵11，所述立式吸收塔1侧面上下两端分别连接干净的吸收剂（采用胺液）与原料天然气，通过在立式吸收塔1中采用胺液吸收二氧化碳，胺液吸收二氧化碳后需在物料再生塔7中加热再生，即立式吸收塔1上端分别连接第一脱水塔2与第二脱水塔3，立式吸收塔1下端连接贫富液换热器9，采用胺液吸收二氧化碳后的物料通过第一脱水塔2与第二脱水塔3进
行脱水，第一脱水塔2与第二脱水塔3内均设置分子筛，即脱碳后的天然气脱水采用分子筛吸附。胺液吸收二氧化碳后流入贫富液换热器9，所述贫富液换热器9两端分别连接贫液冷却器10与物料再生塔7，所述贫富液换热器9通过冷却水进行降温，然后通过抽取泵11抽回至立式吸收塔1进行循环利用，流程比较复杂。
51.而且，贫富液换热器9在加热过程需要导热油做热源；第一脱水塔2与第二脱水塔3的上端均通过带有阀门的管道进行连接，可以将输出的再生气作为燃料使用，第一脱水塔2与第二脱水塔3的下端均通过带有阀门的管道分别与电加热器4进行连接，通过电加热器4进行加热，然后可以得到净化后的天然气进行输出。
52.其中，所述物料再生塔7上端与酸气冷却器5连接，所述酸气冷却器5下端设置有胺液储罐6，酸气冷却器5通过冷却水进行冷却，同时还设置有废气排放口，所述物料再生塔7下部设置有再沸器8，再沸器8通过管道与物料再生塔7进行物料循环，再沸器8在加热过程需要导热油做热源，脱碳后的天然气脱水采用分子筛吸附，分子筛吸附饱和后，需要用高温的干净天然气对分子筛加热，使其中的水分释放出来，分子筛才可重新使用。因此，现有原料天然气净化工艺存在流程复杂的问题，亟需设计一种流程简化的天然气净化系统。
53.而本实用新型提供的天然气净化方法采用甲醇为主要成分的有机液体吸附剂，在低温条件下（
‑
40至
‑
65℃），将原料天然气中的水分、二氧化碳、重烃等杂质一并溶解吸收在溶剂中。再生时，只需要用常温氮气对溶剂进行汽提，就可以将其中溶解的二氧化碳、部分水分等杂质吹出。而残余的水分、重烃等即使仍有部分溶解在溶剂中，也不影响使用效果。溶剂使用一段时间后，根据其有效浓度情况决定是否更换，一般可使用半年左右。
54.本实用新型之所以能简化流程，除了使用甲醇为主要成分的有机液体吸附剂吸收杂质外。还对吸收关键设备卧式吸收塔100进行了设计。传统流程，脱二氧化碳和脱水分别在不同设备中进行。而本实用新型对卧式吸收塔100塔体结构进行了创新，卧式吸收塔100包括依次水平设置的吸收除杂段110、气液分离段120与吸附精脱段130，集吸收、气液分离、吸附精脱三项功能于一体。根据有机溶剂对杂质的溶解吸收原理，设计了雾化喷头，使原料天然气和有机液体吸附剂形成气溶胶状混合物，使其中的杂质更容易和溶剂形成微小颗粒。中段设置聚结滤芯的目的是使微小的气溶胶颗粒聚集长大，形成液相，进而使其容易和天然气发生气液相分离。后端的吸附精脱段130主要目的是进一步拦截少量未吸收掉的水分、重烃分子，由于这部分量很少，所以吸附填料的装填料也不多，并且不用加热再生，只需要达到吸附饱和后予以更换。
55.本实用新型上述实施例中提供了一种天然气净化系统，包括卧式吸收塔100与集液槽200，所述卧式吸收塔100用于输入待除杂的原料天然气，并将原料天然气中含有的杂质一次性脱除，以得到净化后的天然气进行输出，所述卧式吸收塔100内设置有有机液体吸附剂，用于同时吸收脱除原料天然气中的（酸气、水分、重烃等）杂质，所述有机液体吸附剂是至少包括甲醇；所述集液槽200与所述卧式吸收塔100底部侧面连通，所述集液槽200用于回收卧式吸收塔100中的吸收脱除原料天然气中的杂质后的有机液体吸附剂；并基于该天然气净化系统提供了天然气净化方法，通过采用甲醇为主要成分的有机液体吸附剂，将待除杂的原料天然气输入至卧式吸收塔100并将原料天然气中含有的杂质（酸气、水分、重烃等，具体是二氧化碳、水、重烃等杂质）一次性脱除，以得到净化后的天然气进行输出离开卧式吸收塔100，无需分别进行脱除二氧化碳、脱除水分和重烃，可以一次性脱除所有杂质，可
以用于天然气液化装置的净化工艺，解决了现有原料天然气净化工艺存在流程复杂的问题。
56.需要说明的是，现有天然气净化方法大多分为脱酸、脱水、脱重烃等多个独立的环节。其中，脱酸采用胺液吸附法，胺液再生需要加热。脱水采用分子筛吸附法，分子筛再生需要加热。脱重烃采用活性炭吸附，再生过程也需要加热。上述加热过程的冷却均需要循环水。因此，现有的天然气净化工艺流程长、设备多、控制繁琐，需要配套的公用工程系统复杂。本实用新型的天然气净化工艺不分先后步骤，能同时脱除酸气、水分、重烃等杂质，使主题体积减小，更容易运输和现场安装，建设成本及运营成本大幅降低，更适合处理回收各类非常规天然气。本实用新型流程简单、设备少，配套的公用工程系统少，因此主题更容易采用撬装方式在工厂生产安装好，更容易运输，布置到地理位置偏远的气井或海上平台去回收天然气。
57.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
58.上面对本实用新型的较佳实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述的实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。