一种净化和集输天然气的系统和方法与流程

1.本公开涉及天然气净化及运输领域，具体地，涉及一种净化和集输天然气的系统和方法。


背景技术：

2.目前，天然气的应用发展速度明显高于煤炭和石油，可以预见其将成为全球能源由高碳向低碳转变的重要桥梁。近年来，越来越多的天然气田在人口较为密集的城市被发现，区块天然气资源量占比越来越大，为了充分利用这部分天然气资源，通常需对该部分天然气资源进行净化处理，但目前仍无配套的天然气净化设施可以使用。因此，如何将众多区块天然气资源在人口密集的城市进行处理以及运输成为限制天然气产业发展的瓶颈。


技术实现要素：

3.本公开为了实现对区块天然气资源的净化和运输，提供了一种净化和集输天然气的系统和方法。
4.为了实现上述目的，本公开提供一种第一方面提供一种净化和集输天然气的系统，所述系统包括天然气原料入口、多个相互独立的脱硫站、一个集输站和产品天然气出口；多个所述脱硫站用于分别布置在分散的多个天然气区块内；
5.多个所述脱硫站用于分别设置在分散的多个天然气开采区块中，每个所述脱硫站包括脱硫部；所述脱硫部包括天然气脱硫装置，所述天然气脱硫装置包括天然气入口、脱硫天然气出口和酸性气出口，所述天然气脱硫装置的天然气入口与所述系统的天然气原料入口连通；
6.所述集输站包括依次连通的脱水部和集输部；所述脱水部的入口分别通过输气管线与多个所述脱硫部的脱硫天然气出口连通，用于对来自多个所述脱硫部的脱硫天然气进行集中脱水处理；所述集输部的入口与所述脱水部的气体出口连通，用于将脱水后天然气集中向外输送；所述集输部的出口与所述系统的产品天然气出口连通。
7.可选地，所述系统还包括井口处理部，用于对从天然气井采出的天然气原料进行预处理；所述井口处理部包括天然气节流装置、分液装置、天然气计量装置和采出水处理装置中的一种或几种；所述井口处理部的入口形成为所述系统的天然气原料入口，用于与天然气井口连通；所述井口处理部的天然气出口与所述天然气脱硫装置的天然气入口连通。
8.可选地，所述脱硫站还包括酸性气制硫部，所述酸性气制硫部包括依次连通的酸性气入口和酸性气制硫装置；所述酸性气制硫部的酸性气入口与所述天然气脱硫装置的酸性气出口连通；
9.可选地，所述酸性气制硫部还包括尾气处理装置和位于所述尾气处理装置的尾气出口；所述尾气处理装置为尾气加氢还原加碱洗处理装置、生物脱硫装置、直接选择氧化装置和低温克劳斯装置中的一种或几种；
10.所述天然气脱硫装置选自化学溶剂脱硫装置、物理溶剂脱硫装置和化学-物理复
合溶剂脱硫装置中的一种或几种；所述酸性气制硫装置选自克劳斯制硫装置、湿式氧化制硫装置、生物制硫装置和直接氧化装置中的一种或几种。
11.可选地，所述输气管线的长度为10～100km。
12.可选地，所述脱水部包括脱水装置，所述脱水装置的入口分别与多个所述脱硫部的脱硫天然气出口连通；所述脱水装置选自低温法脱水装置、吸收法脱水装置及吸附法脱水装置中的一种或几种；
13.所述集输部包括依次连接于集输部的入口与出口之间的气体调压装置和气体分配装置。
14.本公开第二方面提供一种采用本公开第一方面所述的系统进行净化和集输天然气的方法，所述方法包括：
15.s1：在分散的多个天然气区块内分别设置脱硫站，并将所述天然气区块中的天然气原料分别独立地送入所述脱硫站进行脱硫处理，得到脱硫天然气和酸性气；
16.s2：将多个所述天然气区块得到的所述脱硫天然气分别通过输气管线送至一个集输站进行集中脱水处理得到脱水天然气；
17.s3：将所述脱水天然气集中向外输送。
18.可选地，所述天然气原料中含硫气体的含量为1～10vol％，所述含硫气体包括硫氧化物、硫氢化物、硫醇化物和硫碳化物中的一种或几种；所述脱硫天然气中硫元素的含量在20mg/m3以下。
19.可选地，该方法还包括：将所述酸性气送入酸性气制硫装置制备含硫产品；所述酸性气制硫装置包括克劳斯制硫装置、湿式氧化制硫装置、生物制硫装置和直接氧化装置中的一种或几种。
20.可选地，该方法还包括：将酸性气制硫装置产生的尾气进行尾气处理，得到烟气；所述烟气中硫元素的含量在50mg/m3以下；所述尾气处理的方法包括加氢还原加碱洗处理工艺、生物脱硫处理工艺、直接选择氧化处理工艺和低温克劳斯法处理工艺中的一种或几种。
21.可选地，步骤s1中，所述脱硫处理的方法为化学溶剂法和/或物理溶剂法；
22.步骤s2中，所述脱水处理的方法包括低温法脱水、吸收法脱水和吸附法脱水中的一种或几种。
23.本公开将多个相互独立的脱硫站设置在区块天然气气田中人口相对较少的区域，在脱硫站中对天然气原料进行脱硫处理后进行长距离管道输运，避免了人口密集区域长距离管道运输酸性气存在的高风险问题；同时，将各区块天然气进行统一脱水处理，可减少装置占地、减少天然气集输站投资及操作费用、降低能耗，实现人口密集地区的区块高含硫天然气的分散开采、高效净化和安全集输。
24.本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
25.附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
26.图1是本公开的一种实施方式中净化和集输天然气系统的结构示意图。
27.附图标记说明
28.1.井口处理部
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2.脱硫部
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3.酸性气制硫部
29.4.公用工程部
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5.综合功能部
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6.脱水部
30.7.集输部
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a.脱硫站一
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b.脱硫站二
31.c.脱硫站三
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d.集输站
具体实施方式
32.以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
33.如图1所示，本公开第一方面提供一种净化和集输天然气的系统，系统包括天然气原料入口、多个相互独立的脱硫站、一个集输站d和产品天然气出口；多个脱硫站用于分别布置在分散的多个天然气区块内；多个脱硫站用于分别设置在分散的多个天然气开采区块中，每个脱硫站包括脱硫部2；脱硫部2包括天然气脱硫装置，天然气脱硫装置包括天然气入口、脱硫天然气出口和酸性气出口，天然气脱硫装置的天然气入口与系统的天然气原料入口连通；集输站d包括依次连通的脱水部6和集输部7；脱水部6的入口分别通过输气管线与多个脱硫部2的脱硫天然气出口连通，用于对来自多个脱硫部2的脱硫天然气进行集中脱水处理；集输部7的入口与脱水部6的气体出口连通，用于将脱水后天然气集中向外输送；集输部7的出口与系统的产品天然气出口连通。
34.本公开将多个相互独立的脱硫站设置在区块天然气气田中人口相对较少的区域，在脱硫站中对天然气原料进行脱硫处理后进行长距离管道输运，避免了人口密集区域长距离管道运输酸性气存在的高风险问题；同时，将各区块天然气进行统一脱水处理，可降低天然气集输管线投资及运维成本、减少装置占地、减少天然气集输站投资及操作费用、降低能耗，实现人口密集地区的区块高含硫天然气的分散开采、高效净化和安全集输。
35.根据本公开，如图1所示，为了将各区块内采集的天然气原料进行处理，该系统还可以包括井口处理部1，用于对从天然气井采出的天然气原料进行预处理；一种实施方式中，井口处理部1可以包括天然气节流装置、分液装置、天然气计量装置和采出水处理装置中的一种或几种，以对天然气原料进行节流、分液、计量并对采出水进行预处理；进一步地一种实施方式中，井口处理部1的入口可以形成为该系统的天然气原料入口，用于与天然气井口连通以将来自天然气井的原料引入井口处理部1进行预处理，井口处理部1的天然气出口可以与天然气脱硫装置的天然气入口连通，将预处理的天然气原料引入天然气脱硫装置进行脱硫处理。本公开对于上述采出水处理装置的具体种类和形式没有限制，可以为本公开的常规选择，例如可以采用常温氮气汽提、高温汽提和常温燃料气汽提中的一种或几种，此处不再赘述。
36.根据本公开，如图1所示，为了充分利用脱硫装置中脱除的酸性气，脱硫站还可以包括酸性气制硫部3，该酸性气制硫部3可以包括依次连通的酸性气入口和酸性气制硫装置；一种具体实施方式中，酸性气制硫部3的酸性气入口与天然气脱硫装置的酸性气出口连通，以将酸性气自天然气脱硫装置引入酸性气制硫部3。
37.根据本公开，酸性气制硫装置的具体种类没有特别限制，优选的实施方式中，酸性气制硫装置可以选自克劳斯制硫装置、湿式氧化制硫装置、生物制硫装置和直接氧化装置
中的一种或几种。
38.在脱硫站包括酸性气制硫部3的实施方式中，酸性气制硫部3还可以包括尾气处理装置和位于所述尾气处理装置的尾气出口，以使酸性气在尾气处理装置中处理后得到满足排放标准的烟气，并将该部分烟气经位于尾气处理装置的尾气出口排出系统，其中经尾气处理后的酸性气称为烟气；进一步地一种实施方式中，尾气处理装置为尾气加氢还原加碱洗处理装置、生物脱硫装置、直接选择氧化装置和低温克劳斯装置中的一种或几种。
39.本公开对天然气脱硫装置的具体种类没有特别限制，可以为本领域的常规选择，例如，一种实施方式中，天然气脱硫装置可以选自化学溶剂脱硫装置、物理溶剂脱硫装置和化学-物理溶剂脱硫装置中的一种或几种，以充分脱除天然气中的硫，例如脱除包括硫化氢和有机硫。
40.本公开的系统适用于长距离分散运输天然气，但对于距离没有特殊限制，一种实施方式中，进行天然气管道运输的输气管线的长度可以为10～100km，优选地可以为20～80km，以便于实现天然气分散开采、高效净化和安全集输。
41.根据本公开，如图1所示，集输站d可以包括依次连通的脱水部6和集输部7，脱水部6可以包括脱水装置，脱水装置的入口分别与多个脱硫部2的脱硫天然气出口连通，以将分散的各个脱硫站的天然气原料进行收集后进行统一脱水处理，以使脱硫后的天然气符合天然气产品的水含量(水露点)指标；一种实施方式中，脱水装置可以选自低温法脱水装置、吸收法脱水装置及吸附法脱水装置中的一种或几种；集输部7可以包括依次连接于集输部7的入口与出口之间的气体调压装置和气体分配装置，以将脱水后的天然气进行调压、分配后外输。
42.根据本公开，如图1所示，为了向脱硫站提供必要的公用工程设施及人员工作场所，本公开的系统还可以包括公用工程部4和综合功能部5。
43.本公开第二方面提供一种采用本公开第一方面的系统进行净化和集输天然气的方法，方法包括：s1：在分散的多个天然气区块内分别设置脱硫站，并将天然气区块中的天然气原料分别独立地送入所述脱硫站进行脱硫处理，得到脱硫天然气和酸性气；s2：将多个天然气区块得到的脱硫天然气分别通过输气管线送至一个集输站d进行集中脱水处理得到脱水天然气；s3：将脱水天然气集中向外输送。
44.本公开通过将各个分散的区块天然气气田中的天然气原料分别进行脱硫处理后，再进行长距离管道输运，避免了人口密集区域长距离管道运输酸性气存在的高风险问题；同时，将各区块天然气进行统一脱水处理，可降低天然气集输管线投资及运维成本、减少装置占地、减少天然气集输站投资及操作费用、降低能耗，实现人口密集地区的区块高含硫天然气的分散开采、高效净化和安全集输。
45.一种实施方式中，本公开的天然气原料可以为含硫量较高、不便于长距离运输的高含硫天然气，例如，天然气原料中含硫气体的含量可以为1～10vol％，以将天然气中的硫进行脱除及利用。进一步地，经脱硫站脱硫后，脱硫天然气中硫元素的含量可以在20mg/m3以下，例如可以为16mg/m3，从而减少脱硫站与集输站之间的输送管线中的硫元素含量，便于实现含硫天然气在人口密集地区的集输。本公开对于天然气原料中的含硫气体的种类没有限制，可以为本领域常规的，例如，可以包括硫氧化物、硫氢化物、硫醇化物和硫碳化物中的一种或几种，具体地，可以包括二氧化硫、硫化氢、羰基硫、甲硫醇和二硫化碳中的一种或
几种。
46.本公开的方法适用于长距离分散运输含硫天然气，但对于距离没有特殊限制，一种实施方式中，进行天然气管道运输的输气管线的长度可以为10～100km，优选地可以为20～80km。
47.根据本公开，为了充分利用脱硫装置中脱除的酸性气，该方法还可以包括：将酸性气送入酸性气制硫装置制备含硫产品。进一步地，在脱硫站包括酸性气制硫装置的实施方式中，该方法还可以包括：将酸性气制硫装置产生的尾气进行尾气处理，以得到满足排放标准的烟气，其中经尾气处理后的酸性气称为烟气，该部分烟气中硫元素的含量可以在50mg/m3以下，优选的硫元素的含量可以在30mg/m3以下。本公开对于所采用的尾气处理的方法没有限制，可以为本领域的常规选择，例如，该方法可以包括加氢还原加碱洗处理工艺、生物脱硫处理工艺、直接选择氧化处理工艺和低温克劳斯法处理工艺中的一种或几种。
48.本公开对于脱硫处理及脱水处理的方法没有限制，一种实施方式中，步骤s1中，脱硫处理的方法可以为化学溶剂法和/或物理溶剂法；步骤s2中，脱水处理的方法可以包括低温法脱水、吸收法脱水和吸附法脱水中的一种或几种。
49.下面通过实施例来进一步说明本公开，但是本公开并不因此而受到任何限制。
50.实施例
51.采用如图1所述的系统，对某区块天然气进行净化和集输，该区块气田包括3座天然气脱硫站(分别记为a、b、c)以及一座集输站d。其中，每座脱硫站中包括依次连接的井口处理部1、脱硫部2和酸性气制硫部3，天然气井采出的天然气原料在井口处理部1进行预处理后，进入脱硫部2进行脱硫处理，酸性气制硫部3将脱硫处理后的酸性气进行制硫得到含硫产品，制硫装置尾气进一步进入尾气处理装置，达标后进行so2排放，公用工程部4和综合功能部5分别向脱硫站提供公用工程设施及人员工作场所；集输站d将来自3座脱硫站的脱硫后天然气原料通过输气管线收集在脱水部6内进行脱水处理达到国家《天然气》标准后，进一步在集输部7内进行气体调压和分配后进行远距离外部输运，集输站d内包括两组处理规模为300
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104nm3/d的脱水装置。其中，a、b、c三座天然气脱硫站至集输站d输气管线长度分别为10、15、21公里，由于脱硫天然气中硫元素的含量较低，对输送管线腐蚀较小，因此集输管线可以采用普通碳钢材质。
52.a、b、c三座天然气脱硫站的操作参数如表1所示。
53.表1
54.脱硫站编号abc天然气原料处理量，
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104nm3/d200210200天然气原料中含硫气体的含量，vol％3.725.684.25脱硫天然气中硫元素的含量，mg/m3202020天然气集输管线材质普通碳钢普通碳钢普通碳钢管线长度，km101521管道重量，t133420002801
55.其中，天然气原料中含硫气体主要包括二氧化硫、硫化氢、羰基硫、甲硫醇和二硫化碳，天然气集输系统总投资9815万元，操作费用1000万元/年，输气管线中硫元素的含量＜20mg/m3，集输站d出口的脱硫天然气中硫元素的含量<20mg/m3。
56.对比例
57.采用先集输后净化的传统方法对实施例中的区块天然气进行集输处理，具体地，将实施例中a、b、c三座天然气站的含硫天然气通过各自的集输管线输运至同一个脱硫站，在该脱硫站中进行脱硫和净化后集中向外输送。由于所处理的区块天然气为含硫较高的酸性天然气，集输管线需选用造价较高的镍基合金材质，同时需加强腐蚀检测、缓蚀剂注入及巡检工作。
58.a、b、c三座天然气站的操作参数如表2所示。
59.表2
60.天然气站编号abc天然气原料处理量，
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104nm3/d200210200天然气原料中硫元素的含量，vol％3.725.684.25天然气集输管线材质镍基合金镍基合金镍基合金管线长度，km101521管道重量，t101315192127
61.其中，天然气集输系统总投资27957万元，操作费用6300万元/年，输气管线中含硫气体的含量为3-7vol％，脱硫天然气中硫元素的含量＜20mg/m3。
62.以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
63.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
64.此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。