CN105126533A - 天然气吸附塔控制方法、装置、系统及净化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种天然气吸附塔控制方法、装置、系统及净化系统。其中，天然气吸附塔控制方法包括如下步骤：发出控制吸附塔的吸附工段阀门打开的控制信号；获取吸附工段进口管道中天然气的流量和杂质含量，并根据天然气的流量和杂质含量确定预设吸附时间，以及在实际吸附时间达到预设吸附时间时，发出控制吸附工段阀门关闭、所再生工段阀门打开的控制信号；实时获取吸附塔的再生工段出口管道中天然气的杂质含量，并在杂质含量达到杂质预设值时发出控制再生工段阀门关闭、冷吹工段阀门打开的控制信号。本实施例针对不同杂质含量和流量的原料天然气采用不同的吸附时间，进而更好地对原料天然气中的杂质进行吸附，提高吸附剂的效率和寿命，节约能耗。
Description
技术领域
本发明涉及天然气净化技术领域，具体而言，涉及一种天然气吸附塔控制方法、装置、系统及净化系统。
背景技术
天然气是一种清洁的能源和化工原料，我国天然气长输管道采用高压输气的方式将天然气输送到各天然气门站，各天然气门站再对高压天然气进行减压处理后输送入下游管网，或者进行液化处理成液化天然气，供用户使用。
一般而言，来自天然气门站的原料气中含有水、汞、酸性气体等杂质，各杂质会对天然气进行降压处理的系统产生严重影响。例如，天然气中的水分与天然气在一定条件下形成水合物而阻塞管路，影响冷却液化过程；天然气中的酸性气体游离水中会形成酸，从而侵蚀管路和设备；汞对铝制设备腐蚀和管道的腐蚀很严重；另外由于水分的存在也会造成不必要的动力消耗；由于天然气液化温度较低，水和酸性气体的存在还会导致设备的冻堵，故必须脱除。
为了解决这一问题，目前常用的方式是在天然气进行减压之前，先通过净化系统对各天然气门站的原料气作净化处理。目前，净化系统内一般设置有多个净化单元，每个净化单元内设置有多个吸附塔，每个吸附塔内装填有吸附剂，选择性地脱除原料天然气中的酸性气体、汞、水等杂质，多个塔可以同时进行吸附和再生(解吸)循环操作。常用的吸附方法是TSA(变温吸附，TemperatureSwingAdsorption)和PSA(变压吸附，PressureSwingAdsorption)。其中，TSA吸附方式是从塔底进入的天然气在塔内吸附剂的作用下将气体中的酸性气体、水等杂质吸附下来，吸附完成后，用高温解吸气进行再生，即在常温或低温下用吸附剂吸附水和酸性气体等杂质，之后在高温下对吸附剂进行解吸再生，构成吸附剂的再生循环，达到连续分离和净化气体的目的。PSA吸附方式是从塔底进入的天然气在塔内吸附剂的作用下将气体中的酸性气体、水等杂质吸附下来，吸附完成后，用低压再生气进行再生，即在较高压力下用吸附剂吸附天然气中的水和酸性气体等杂质，之后在低压下解吸再生，构成吸附剂的吸附与再生循环，达到连续分离和净化气体的目的。
一般而言，TSA包括吸附、再生和冷吹三个工段，吸附塔上设置有多个阀门，通过各个阀门的切换来实现吸附、再生和冷吹工序的进气，具体为：打开与吸附工序对应的阀门，高压天然气进入吸附塔内，并在塔内吸附剂的作用下将气体中的酸性气体等杂质吸附下来，吸附完成后，关闭与吸附工序对应的阀门，打开与再生工序对应的阀门，输入高温气体，用高温解吸气使吸附剂进行再生，再生完成后关闭与再生工序对应的阀门，并打开与冷吹工序对应的阀门，向吸附塔内输送冷吹气，对吸附塔进行降温。
PSA包括吸附和再生两个工段，吸附塔上设置有多个阀门，通过各个阀门的切换来实现吸附和再生工序的进气，具体为：打开与吸附工序对应的阀门，高压天然气进入吸附塔内，并在塔内吸附剂的作用下将气体中的酸性气体等杂质吸附下来，吸附完成后，关闭与吸附工序对应的阀门，再打开与再生工序对应的阀门，来自液化工段的低压天然气作为再生气通过吸附剂，通过压力的变化将吸附剂中的杂质解吸出来，解吸后的再生气送往天然气管网输入低压气体。
一般而言，TSA吸附方式和PSA吸附方式净化工艺用吸附时间T1和再生时间T2来控制各阀门的切换，从而改变吸附塔的工艺状态，为了提高吸附剂使用效率并降低能耗，必须延长吸附时间T1，缩短解吸时间T2，但简单的时间调整可能导致吸附效果下降或解吸不彻底。目前，通常是根据吸附和再生过程的机理分析和工程实践来确定吸附和解吸的时间，但不能根据不同的原料气的具体情况进行时间的灵活调节，这不仅会降低吸附剂的寿命和效率，也可能会导致能耗的增加。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种天然气吸附塔控制方法，旨在解决现有控制方法不能对各工序时间进行灵活调节的问题。本发明还提出了天然气吸附塔控制装置、控制系统及净化系统。
一个方面，本发明提出了一种天然气吸附塔控制方法，该方法包括如下步骤：第一步骤，发出控制所述吸附塔的吸附工段阀门打开的控制信号；获取所述吸附工段进口管道中天然气的流量和杂质含量，并根据所述天然气的流量和杂质含量确定预设吸附时间，以及在实际吸附时间达到所述预设吸附时间时，发出控制所述吸附工段阀门关闭、所述再生工段阀门打开的控制信号；第二步骤，实时获取所述吸附塔的再生工段出口管道中天然气的杂质含量，并在所述杂质含量达到杂质预设值时发出控制所述再生工段阀门关闭、所述冷吹工段阀门打开的控制信号。
进一步地，上述天然气吸附塔控制方法中，所述第二步骤中还包括：发出所述冷吹工段阀门打开的控制信号；该方法还包括：第三步骤，实时获取所述吸附塔的冷吹工段出口管道中天然气的温度，并在所述温度达到预设温度时发出控制所述冷吹工段阀门关闭的控制信号。
进一步地，上述天然气吸附塔控制方法，所述第一步骤中，根据所述进口管道的流量和杂质含量确定预设吸附时间进一步为：根据公式分别确定吸附塔吸附的各杂质所需的吸附时间，该式中，T为杂质所需的吸附时间；Q为吸附塔满负荷吸附剂吸附量；S0为吸附工段进口管道中天然气的该杂质的含量；S'为吸附工段出口天然气的控制该杂质的指标含量；F为吸附工段进口管道中的流量；将上述确定的最小的吸附时间作为预设吸附时间。
本发明可以根据吸附工段进口管道中天然气的流量和杂质含量来确定吸附时间，当杂质含量高和/或流量大时，延长吸附时间，当杂质含量低和/或流量小时，缩短吸附时间，可以看出，与现有技术相比，本实施例针对不同杂质含量和流量的原料天然气采用不同的吸附时间，进而更好地对原料天然气中的杂质进行充分的吸附，提高吸附剂的效率和使用寿命，节约能耗；此外，该实施方式还通过实时监测再生工段出口管道中的天然气的杂质含量，来确定再生工序是否结束，可以使吸附剂进行更为充分的充分解吸。
另一方面，本发明还提出了一种天然气吸附塔控制装置，该装置包括：第一模块，用于发出控制所述吸附塔的吸附工段阀门打开的控制信号，并获取所述吸附工段进口管道中天然气的流量和杂质含量，并根据所述进口管道的天然气的流量和杂质含量确定预设吸附时间，并在实际吸附时间达到所述预设吸附时间，发出控制所述吸附工段阀门关闭、所述再生工段阀门打开的控制信号；第二模块，用于实时获取所述吸附塔的再生工段出口管道中天然气的杂质含量，并在所述杂质含量达到杂质预设值时发出控制所述再生工段阀门关闭的控制信号。
进一步地，上述天然气吸附塔控制装置中，所述第二模块还用于发出控制所述冷吹工段阀门打开的控制信号，该装置还包括：第三模块，用于实时获取所述吸附塔的冷吹工段出口管道中天然气的温度，并在所述温度达到预设温度时发出控制所述冷吹工段阀门关闭的控制信号。
进一步地，上述天然气吸附塔控制装置中，第一模块包括：第一计算单元，用于根据公式分别确定吸附塔吸附的各杂质所需的吸附时间，该式中，T为杂质所需的吸附时间；Q为吸附塔满负荷吸附剂吸附量；S0为吸附工段进口管道中天然气的该杂质的含量；S'为吸附工段出口天然气的控制该杂质的指标含量；F为吸附工段进口管道中的流量；将上述确定的最小的吸附时间作为预设吸附时间。
又一方面，本发明还提出了一种天然气吸附塔控制系统，该系统包括：第一杂质检测单元，用于检测吸附塔吸附工段进口管道中天然气的杂质含量；流量计，用于检测吸附塔吸附工段进口管道中天然气的流量；控制器，与所述第一杂质检测单元和所述流量计相连接，用于接收所述吸附工段进口管道中天然气的杂质含量和流量，并根据所述进口管道的杂质含量和流量确定预设吸附时间，并在实际吸附时间达到所述预设吸附时间时，发出控制所述吸附工段阀门关闭、所述再生工段阀门打开的控制信号。
进一步地，上述天然气吸附塔控制系统还包括：第二杂质检测单元，用于实时检测所述吸附塔的再生工段出口管道中天然气的杂质含量；所述控制器与所述第二杂质检测单元相接，用于接收所述杂质含量，并在所述杂质含量达到杂质预设值时发出控制所述再生工段阀门关闭、所述冷吹工段阀门打开的控制信号。
进一步地，上述天然气吸附塔控制系统还包括：温度检测单元，用于实时检测所述吸附塔的冷吹工段出口管道中天然气的温度；所述控制器与所述温度检测单元相连接，用于接收所述温度，并在所述温度达到预设温度时发出控制所述冷吹工段阀门关闭的控制信号。
本发明中的天然气吸附塔控制装置和控制系统具有与控制方法相同的技术效果。
又一方面，本发明还提出了一种净化系统，该系统包括至少一个吸附单元和上述任一种天然气吸附塔控制系统；其中，每个所述净化单元包括至少一个吸附塔。
由于天然气吸附塔控制系统具有上述效果，所以具有该天然气吸附塔控制系统的净化系统也具有相应的技术效果。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的天然气吸附塔控制方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的天然气吸附塔控制方法的另一流程图；
图3为本发明实施例提供的天然气吸附塔控制装置的结构框图；
图4为本发明实施例提供的天然气吸附塔控制装置的另一结构框图；
图5为本发明实施例提供的天然气吸附塔控制装置中，第一模块的结构框图；
图6为本发明实施例提供的天然气吸附塔控制系统的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的天然气吸附塔控制系统的又一结构示意图；
图8为本发明实施例提供的天然气吸附塔控制系统的又一结构示意图；
图9为本发明实施例提供的天然气吸附塔控制系统的又一结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
控制方法实施例：
参见图1，图1为本发明实施例提供的天然气吸附塔控制方法的流程图。如图所示，该方法包括如下步骤：
步骤S1，发出控制吸附塔的吸附工段阀门打开的控制信号；获取吸附工段进口管道中天然气的流量和杂质含量，并根据进口管道的天然气的流量和杂质含量确定预设吸附时间，并在实际吸附时间达到预设吸附时间时，发出控制吸附工段阀门关闭、再生工段阀门打开的控制信号。
参见图7，本领域技术人员应当理解，对于TSA吸附方式而言，对应于吸附工段、再生工段和冷吹工段，吸附塔上一般设置有吸附工段进口管道A1、吸附工段出口管道A2、再生工段进口管道A3、再生阶段出口管道A4、冷吹阶段进口管道A5和冷吹阶段出口管道A6。吸附工段的原料天然气通过吸附工段进口管道A1进入吸附塔内，在吸附塔内吸附后，通过吸附工段出口管道A2流出吸附塔；再生气通过再生工段进口管道A3进入吸附塔内，对吸附剂进行解吸后通过再生工段出口管道A4流出吸附塔；冷吹气通过冷吹工段进口管道A5流入吸附塔，对吸附剂进行升温后通过冷吹工段出口管道A6流出吸附塔。为了对各个工段进入的气体进行控制，吸附工段进口管道A1、吸附工段出口管道A2、再生工段进口管道A3、再生阶段出口管道A4、冷吹阶段进口管道A5和冷吹阶段出口管道A6分别设置有第一阀门11、第二阀门12、第三阀门21、第四阀门22、第五阀门31和第六阀门32。再参见图6，对于PSA吸附方式而言，由于不设有冷吹工段，所以与TSA吸附方式相比，不设置有冷吹工段进口管道A5和冷吹工段出口管道A6，及相应的第五阀门31和第六阀门32，其他部分与TSA吸附方式相同。
具体地，本实施例中，先发出使第一阀门11和第二阀门12打开的控制信号，使原料天然气通过吸附工段进口管道A1进入吸附塔内，然后可以通过设置在吸附工段进口管道A1上的流量计和杂质检测单元获取吸附工段进口管道A1中的天然气的流量和杂质含量。需要说明的是，本实施例中，天然气中的杂质可以包括H2O、CO2、C5+、酸性气体(例如H2S等)、汞等，当然，也可以为本领域技术人员所熟知的其他杂质，本实施例对杂质的具体内容不做任何限定。
本实施例中，通过吸附时间来控制吸附过程。具体地，根据吸附工段进口管道A1中天然气的流量和杂质含量确定预设吸附时间，当杂质含量高和/或流量大时，延长吸附时间，当杂质含量低和/或流量小时，缩短吸附时间；在实际吸附时间达到预设吸附时间时，发出控制吸附工段阀门关闭、再生工段阀门打开的控制信号，即关闭第一阀门11、第二阀门12、打开第三阀门21、第四阀门22，使吸附塔进入再生工序。
步骤S2，实时获取吸附塔的再生工段出口管道中天然气的杂质含量，并在杂质含量达到杂质预设值时发出控制再生工段阀门关闭的控制信号。
具体地，可以通过设置在再生工段出口管道A2中的天然气杂质含量，随着再生工序的进行，再生工段出口管道中的杂质含量会不断降低，当该杂质含量等于杂质预设值时，发出控制再生工段阀门关闭的控制信号，即关闭第三阀门21和第四阀门22。
本实施方式中，可以根据吸附工段进口管道中的天然气的流量和杂质含量来确定吸附时间，当杂质含量高和/或流量大时，延长吸附时间，当杂质含量低和/或流量小时，缩短吸附时间，可以看出，与现有技术相比，本实施例针对不同杂质含量和流量的原料天然气采用不同的吸附时间，进而更好地对原料天然气中的杂质进行充分的吸附，提高吸附剂的效率和使用寿命，节约能耗。该实施方式通过实时监测再生工段出口管道中的天然气的杂质含量，来确定再生工序是否结束，可以使吸附剂进行更为充分的充分解吸。
参见图2，图2是本发明实施例提供的天然气吸附塔控制方法的另一流程图。如图所示，该方法包括如下步骤：
步骤S1，发出控制吸附塔的吸附工段阀门打开的控制信号；获取吸附工段进口管道中天然气的流量和杂质含量，并根据进口管道的天然提的流量和杂质含量确定预设吸附时间，并在实际吸附时间达到预设吸附时间时，发出控制吸附工段阀门关闭、再生工段阀门打开的控制信号。
步骤S2，实时获取吸附塔的再生工段出口管道中天然气的杂质含量，并在杂质含量达到杂质预设值时发出控制再生工段阀门关闭、冷吹工段阀门打开的控制信号。其中，步骤S1和步骤S2的具体实施过程与上述实施方式基本相同，不同之处仅在于，在关闭第三阀门21和第四阀门22后，结束再生工序，还发出打开第五阀门31和第六阀门32的控制信号，进入冷吹工序。
步骤S3，实时获取吸附塔的冷吹工段出口管道中天然气的温度，并在温度达到预设温度时发出控制冷吹工段阀门关闭的控制信号。
具体地，可以通过温度检测仪表检测冷吹工段出口管道A6中的温度，随着冷吹工段的进行，冷吹工段出口管道A6中的温度会下降，当该温度下降到预设温度，即等于预设温度时，发出控制关闭第五阀门31和第六阀门32的信号。需要说明的是，预设温度可以根据实际情况来确定，本实施例对其不做任何限定。
本实施例中，通过实时监测冷吹工段出口管道A6中天然气的温度，来确定冷吹工段的结束，该实时监测的方式，可以使吸附剂更充分地降低到预设温度，更好地恢复吸附剂的吸附功能。
具体实施时，可以按照如下方法确定预设吸附时间：先根据公式确定吸附塔吸附的各杂质所需的吸附时间，该式中，T为某杂质所需的吸附时间，单位为h；Q为吸附塔满负荷吸附剂吸附量，由装置结构、吸附剂的性质和质量决定，为一定值，单位kg；S为吸附工段进口管道中天然气的该杂质的含量，单位为mg/Nm3；S'为吸附工段出口管道天然气的控制该杂质指标含量，单位为mg/Nm3；F为吸附工段进口管道中的流量，单位为Nm3/h。将上述确定的最小的吸附时间作为预设吸附时间。具体实施时，S'为吸附工段出口管道A2中的天然气的该杂质的指标含量，即吸附工段输出的天然气中允许的该杂质的含量，该含量可以根据实际情况来确定，本实施例对其不做任何限定。
例如，对于可以吸附杂质H2O、CO2、C5+和H2S的吸附塔而言，先根据上述公式计算H2O、CO2、C5+和H2S所需的吸附时间分别为T1、T2、T3和T4，然后把计算得到的四个吸附时间中最小的作为预设吸附时间。
综上，本实施例通过吸附时间或吸附工段出口管道中的天然气杂质含量来对吸附工序进行控制，不仅能够对原料天然气中的杂质进行充分的吸附，同时也可以比较好的掌控吸附工段，在充分吸附后即结束该工序，提高了吸附效率；此外，本实施例还通过实时监测再生工段出口管道中的天然气的杂质含量，来确定再生工序是否结束，可以使吸附剂进行更为充分的充分解吸。
控制装置实施例：
参见图3，图3为本发明实施例提供的天然气吸附塔控制装置的结构框图。如图所示，该装置包括：第一模块100和第二模块200。其中，
第一模块111，用于发出控制吸附塔的吸附工段阀门打开的控制信号，并获取吸附工段进口管道中天然气的流量和杂质含量，并根据吸附工段进口管道A1的流量和杂质含量确定预设吸附时间，并在实际吸附时间达到预设吸附时间时，发出控制吸附工段阀门关闭、再生工段阀门打开的控制信号。
第二模块200，用于实时获取吸附塔的再生工段出口管道中天然气的杂质含量，并在杂质含量达到杂质预设值时发出控制再生工段阀门关闭、冷吹工段阀门打开的控制信号。
本实施例的具体实施过程参见上述控制方法实施例即可，本实施例在此不再赘述。
本实施方式中，可以根据吸附工段进口管道中的天然气的流量和杂质含量来确定吸附时间，当杂质含量高和/或流量大时，延长吸附时间，当杂质含量低和/或流量小时，缩短吸附时间，可以看出，与现有技术相比，本实施例针对不同杂质含量和流量的原料天然气采用不同的吸附时间，进而更好地对原料天然气中的杂质进行充分的吸附，提高吸附剂的效率和使用寿命，节约能耗。该实施方式通过实时监测再生工段出口管道中的天然气的杂质含量，来确定再生工序是否结束，可以使吸附剂进行更为充分的充分解吸。
参见图4，上述实施例还包括：第三模块300。其中，第二模块200还用于发出控制冷吹工段阀门打开的控制信号。第三模块300，用于实时获取吸附塔的冷吹工段出口管道中天然气的温度，并在温度达到预设温度时发出控制冷吹工段阀门关闭的控制信号。第二模块200和第三模块300的具体实施过程参见上述控制方法实施例即可，本实施例在此不再赘述。
本实施例中，通过实时监测冷吹工段出口管道中天然气的温度，来确定冷吹工段的结束，该实时监测的方式，可以使吸附剂更充分地降低到预设温度，更好地恢复吸附剂的吸附功能。
参见图5，上述各实施例中，第一模块100包括：第一计算单元110，用于根据公式分别确定吸附塔吸附的各杂质所需的吸附时间，该式中，T为杂质所需的吸附时间；Q为吸附塔满负荷吸附剂吸附量；S0为吸附工段进口管道中天然气的杂质含量；S'为吸附工段出口天然气的控制指标含量；F为吸附工段进口管道中的流量；将上述确定的最小的吸附时间作为预设吸附时间。其中，第一计算单元110的具体实施过程参见上述控制方法实施例即可，本实施例在此不再赘述。
综上，本实施例通过吸附时间或吸附工段出口管道中的天然气杂质含量来对吸附工序进行控制，不仅能够对原料天然气中的杂质进行充分的吸附，同时也可以比较好的掌控吸附工段，在充分吸附后即结束该工序，提高了吸附效率；此外，本实施例还通过实时监测再生工段出口管道中的天然气的杂质含量，来确定再生工序是否结束，可以使吸附剂进行更为充分的充分解吸。
控制系统实施例：
参见图6和图7，图中示出了本实施例提供的天然气吸附塔控制系统的优选结构。如图所示，该系统包括：第一杂质检测单元1、流量计2和控制器4。
其中，第一杂质检测单元1和流量计2均安装在吸附工段进口管道A1上，第一杂质检测单元1用于检测吸附塔吸附工段进口管道中天然气的杂质含量，流量计2用于检测吸附塔吸附工段进口管道中天然气的流量。
控制器4与第一杂质检测单元1和流量计2电连接，用于接收吸附工段进口管道A1中天然气的杂质含量和流量，并根据吸附工段进口管道A1的流量和杂质含量确定预设吸附时间，并在实际吸附时间达到预设吸附时间时，发出控制吸附工段阀门关闭、再生工段阀门打开的控制信号。
具体地，控制器4可以发出控制第一阀门11、第二阀门12、第三阀门21、第四阀门22、第五阀门31和第六阀门32的打开和关闭。在第一阀门11和第二阀门12打开后，原料天然气便通过吸附工段进口管道A1进入吸附塔内，通过流量计2和第一杂质检测单元1获取吸附工段进口管道A1中的天然气的流量和杂质含量。控制器4可以为单片机、DSP等处理器。
本实施例中，控制器4可以通过控制吸附时间来控制吸附过程。具体地，根据吸附工段进口管道的天然气的流量和杂质含量确定预设吸附时间，并在实际吸附时间达到预设吸附时间时，控制第一阀门11和第二阀门12关闭、第三阀门21和第四阀门22打开，使吸附塔进入再生工序。本实施例中，可以根据吸附工段进口管道A1中的天然气的流量和杂质含量来确定吸附时间，当杂质含量高和/或流量大时，延长吸附时间，当杂质含量低和/或流量小时，缩短吸附时间，具体实施时，可以按照下述方法确定预设吸附时间：先根据公式确定吸附塔吸附的各杂质所需的吸附时间，该式中，T为某杂质所需的吸附时间，单位为h；Q为吸附塔满负荷吸附剂吸附量，由装置结构、吸附剂的性质和质量决定，为一定值，单位kg；S为吸附工段进口管道中天然气的该杂质的含量，单位为mg/Nm3；S'为吸附工段出口管道天然气的控制该杂质指标含量，单位为mg/Nm3；F为吸附工段进口管道中的流量，单位为Nm3/h。将上述确定的最小的吸附时间作为预设吸附时间。具体实施时，S'为吸附工段出口管道A2中的天然气的该杂质的指标含量，该含量可以根据实际情况来确定，本实施例对其不做任何限定。
例如，如果杂质包括H2O、CO2、C5+和H2S，则根据上述公式计算H2O、CO2、C5+和H2S所需的吸附时间分别为T1、T2、T3和T4，并把计算得到的四个吸附时间中最小的作为预设吸附时间。需要说明的是，具体实施时，可以根据上式只计算含量超标的杂质所需的吸附时间。
可以看出，与现有技术中无论什么条件的原料天然气均采用固定的吸附时间相比，本实施例针对不同原料天然气的情况可以采用不同的吸附时间，可以更好地对原料天然气中的杂质进行吸附，提高吸附剂的效率和寿命，并节约能源。
再继续参见图6，上述实施例中，还可以包括：第二杂质检测单元3，用于实时检测吸附塔的再生工段出口管道A4中天然气的杂质含量；控制器4与第二杂质检测单元3相连接，用于接收该杂质含量，并在杂质含量达到杂质预设值时发出控制再生工段阀门关闭的控制信号。
具体地，可以通过设置在再生工段出口管道A2中的第二杂质检测单元3来检测天然气的杂质含量，随着再生工序的进行，再生工段出口管道中的杂质含量会不断降低，当该杂质含量等于杂质预设值时，发出控制再生工段阀门关闭的控制信号，即关闭第三阀门21和第四阀门22，结束再生工序。该实施方式通过实时监测再生工段出口管道A2中的天然气的杂质含量，来确定再生工序是否结束，可以使吸附剂进行更为充分的充分解吸。
需要说明的是，本实施例中的控制方式不仅适用于PSA吸附方式，也适用于TSA吸附方式中的吸附工序和再生工序，下面结合图6和图7对本实施例的工作过程进行说明：
1)打开吸附工段进口阀门11和吸附工段出口阀门12，门站来的原料高压天然气通过吸附工段进口管道A1进入净化单元C或净化单元D的吸附工段，选择性地脱除杂质(例如H2O、酸性气体或汞等)，吸附开始时，吸附工段出口处的杂质浓度很低，随着时间的推移，杂质浓度逐渐上升，通过检测原料天然气入口的杂质含量和流量，计算吸附时间T1，达到吸附时间后，控制器4控制关闭第一阀门阀门11和第二阀门12，同时，打开第三阀门21和第四阀门22，吸附工段结束，再生工段开始；输出的净化后的高压天然气通过吸附工段出口管道进入冷箱，与膨胀后的低温天然气换热。
2)将再生气通过再生工段进口管道A1输入到再生工段，将吸附剂中吸附的杂质解吸出来，解吸过程开始时，塔出口杂质浓度很高，随着时间的推移，杂质浓度逐渐下降，通过第二杂质检测单元3检测再生工段出口管道A4中的杂质含量，并将检测结果发送给控制器4，当杂质含量低于杂质预设值时(例如1ppm)后，控制器4控制关闭第三阀门21和第四阀门22。对于PSA吸附方式而言，再生气为来自液化工段的低压天然气作为再生气，通过压力的变化将吸附剂中的杂质解吸出来，解吸后的再生气通过解吸工段出口管道A4输出并送往天然气管网；对于TSA吸附方式，再生气可以为来自液化工段的低压天然气，该天然气经过加热器6加热至280℃后，作为高温再生气进入再生工段，将吸附剂中的杂质解吸出来，解吸后的再生气通过解吸工段出口管道A4输出并送往天然气管网。
可以看出，本实施例通过根据原料天然气的流量和杂质含量来确定吸附时间，不仅能够对原料天然气中的杂质进行充分的吸附，同时也可以比较好的掌控吸附工段，在充分吸附后即结束该工序，提高了吸附效率；此外，本实施例还通过实时监测再生工段出口管道中的天然气的杂质含量，来确定再生工序是否结束，可以使吸附剂进行更为充分的充分解吸。
参见图7，上述各实施例中，再生工段结束后，控制器4还用于发出控制冷吹工段阀门打开的控制信号。该实施例中还可以包括：温度检测单元5，用于实时检测吸附塔的冷吹工段出口管道A6中天然气的温度，控制器4与温度检测单元5相连接，用于接收该温度，并在温度达到预设温度时发出控制冷吹工段阀门关闭的控制信号。本实施例适用于TSA吸附方式。
具体地，再生工段结束后，控制器4还可以控制冷吹工段阀门打开，控制打开第五阀门31和第六阀门32，进入冷吹工段。该温度检测单元5可以为温度检测仪表，安装在冷吹工段出口管道A6上，用以检测冷吹工段出口管道A6中的温度，随着冷吹工段的进行，冷吹工段出口管道A6中的温度会下降，当该温度下降到预设温度，即等于预设温度时，发出控制关闭第四阀门31和第五阀门32的信号，结束冷吹工段。需要说明的是，预设温度可以根据实际情况来确定，本实施例对其不做任何限定。
本实施例适用于TSA吸附方式，上述工作过程还可以包括冷吹工序，具体为：
3)低压天然气通过冷吹工段进口管道A5进入到吸附塔内，对吸附剂进行冷却，冷吹工段出口温度达到设定温度后，冷吹结束，开始下一个循环，用作冷吹气的低压天然气通过冷吹工段出口管道A6输出并进入天然气管网。
本实施例中，通过实时监测冷吹工段出口管道A6中天然气的温度，来确定冷吹工段的结束，该实时监测的方式，可以使吸附剂更充分地降低到预设温度，更好地恢复吸附剂的吸附功能。
本实施例中的各阀门均可以为电控阀或液压阀。
优选地，具体实施时，杂质预设值可以小于等于1ppm，预设温度可以小于等于40℃。
需要说明的是，具体实施时，参见图8和图9，也可以再增设一个优化计算器，通过优化计算器来接收第一杂质检测单元1、第二杂质检测单元3、流量计2和温度检测单元5检测的各参数，并进行预设吸附时间的计算，或者与对应的预设值进行比较，向控制器4发出控制各阀门打开或关闭的信号，控制器4根据接收到的信号操纵各阀门。
需要说明的是，本发明中的天然气吸附塔控制方法、控制装置及控制系统原理相似，相关之处可以相互参照。
综上，本实施例通过吸附时间或吸附工段出口管道中的天然气杂质含量来对吸附工序进行控制，不仅能够对原料天然气中的杂质进行充分的吸附，同时也可以比较好的掌控吸附工段，在充分吸附后即结束该工序，提高了吸附效率；此外，本实施例还通过实时监测再生工段出口管道中的天然气的杂质含量，来确定再生工序是否结束，可以使吸附剂进行更为充分的充分解吸。
净化系统实施例：
本发明实施例提出了一种净化系统，该净化系统包括至少一个净化单元和上述任一种天然气吸附塔控制系统。每个净化单元包括至少一个吸附塔，通过上述的天然气吸附塔控制系统对该净化系统中的各个吸附塔进行控制。其中，天然气吸附塔控制系统的具体实施过程参见上述说明即可，本实施例在此不再赘述。
由于天然气吸附塔控制系统具有上述效果，所以具有该天然气吸附塔控制系统的净化系统也具有相应的技术效果。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种天然气吸附塔控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步骤，发出控制所述吸附塔的吸附工段阀门打开的控制信号；获取所述吸附工段进口管道中天然气的流量和杂质含量，并根据所述天然气的流量和杂质含量确定预设吸附时间，以及在实际吸附时间达到所述预设吸附时间时，发出控制所述吸附工段阀门关闭、所述再生工段阀门打开的控制信号；
第二步骤，实时获取所述吸附塔的再生工段出口管道中天然气的杂质含量，并在所述杂质含量达到杂质预设值时发出控制所述再生工段阀门关闭的控制信号。
2.根据权利要求1所述的天然气吸附塔控制方法，其特征在于，
所述第二步骤中还包括：发出控制所述冷吹工段阀门打开的控制信号；
所述控制方法还包括：第三步骤，实时获取所述吸附塔的冷吹工段出口管道中天然气的温度，并在所述温度达到预设温度时发出控制所述冷吹工段阀门关闭的控制信号。
3.根据权利要求1或2所述的天然气吸附塔控制方法，其特征在于，所述第一步骤中，根据所述进口管道的流量和杂质含量确定预设吸附时间进一步包括：
根据公式分别确定吸附塔吸附的各杂质所需的吸附时间，该式中，T为杂质所需的吸附时间；Q为吸附塔满负荷吸附剂吸附量；S0为吸附工段进口管道中天然气的该杂质的含量；S'为吸附工段出口天然气的控制该杂质的指标含量；F为吸附工段进口管道中的流量；
将上述确定的最小的吸附时间作为预设吸附时间。
4.一种天然气吸附塔控制装置，其特征在于，包括：
第一模块，用于发出控制所述吸附塔的吸附工段阀门打开的控制信号，并获取所述吸附工段进口管道中天然气的流量和杂质含量，并根据所述进口管道的天然气的流量和杂质含量确定预设吸附时间，并在实际吸附时间达到所述预设吸附时间，发出控制所述吸附工段阀门关闭的控制信号；
第二模块，用于实时获取所述吸附塔的再生工段出口管道中天然气的杂质含量，并在所述杂质含量达到杂质预设值时发出控制所述再生工段阀门关闭、所述冷吹工段阀门打开的控制信号。
5.根据权利要求4所述的天然气吸附塔控制装置，其特征在于，
所述第二模块还用于发出控制所述冷吹工段阀门打开的控制信号；
所述控制装置还包括：第三模块，用于实时获取所述吸附塔的冷吹工段出口管道中天然气的温度，并在所述温度达到预设温度时发出控制所述冷吹工段阀门关闭的控制信号。
6.根据权利要求4或5所述的天然气吸附塔控制装置，其特征在于，所述第一模块包括：第一计算单元，用于：
根据公式分别确定吸附塔吸附的各杂质所需的吸附时间，该式中，T为杂质所需的吸附时间；Q为吸附塔满负荷吸附剂吸附量；S0为吸附工段进口管道中天然气的该杂质的含量；S'为吸附工段出口天然气的控制该杂质的指标含量；F为吸附工段进口管道中的流量；
将上述确定的最小的吸附时间作为预设吸附时间。
7.一种天然气吸附塔控制系统，其特征在于，包括：
第一杂质检测单元，用于检测吸附塔吸附工段进口管道中天然气的杂质含量；
流量计，用于检测吸附塔吸附工段进口管道中天然气的流量；
控制器，与所述第一杂质检测单元和所述流量计相连接，用于接收所述吸附工段进口管道中天然气的杂质含量和流量，并根据所述进口管道的杂质含量和流量确定预设吸附时间，并在实际吸附时间达到所述预设吸附时间时，发出控制所述吸附工段阀门关闭、所述再生工段阀门打开的控制信号。
8.根据权利要求7所述的天然气吸附塔控制系统，其特征在于，还包括：
第二杂质检测单元，用于实时检测所述吸附塔的再生工段出口管道中天然气的杂质含量；
所述控制器与所述第二杂质检测单元相连接，用于接收所述杂质含量，并在所述杂质含量达到杂质预设值时发出控制所述再生工段阀门关闭的控制信号。
9.根据权利要求8所述的天然气吸附塔控制系统，其特征在于，
所述控制器还用于发出控制冷吹工段阀门打开的控制信号；
所述控制系统还包括：温度检测单元，用于实时检测所述吸附塔的冷吹工段出口管道中天然气的温度；
所述控制器与所述温度检测单元相连接，用于接收所述温度，并在所述温度达到预设温度时发出控制所述冷吹工段阀门关闭的控制信号。
10.一种净化系统，包括至少一个吸附单元，每个所述净化单元包括至少一个吸附塔，其特征在于，还包括如权利要求7至9中任一项所述的天然气吸附塔控制系统。
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