王建

分子篩脫水工藝的參數(shù)優(yōu)化

丁建成1王建1王為2

1大慶油田天然氣分公司2中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司

在天然氣初加工深冷裝置中，需要由壓縮機(jī)和膨脹機(jī)一起對(duì)天然氣進(jìn)行深度制冷。變氣量解吸技術(shù)打破了原來(lái)常規(guī)的“質(zhì)量上差，數(shù)量上補(bǔ)”的思維，分子篩再生時(shí)采用約75%的時(shí)間進(jìn)行初步解吸，脫掉約95%的吸附水；再利用25%的時(shí)間用更高的溫度對(duì)剩余的約5%殘余水進(jìn)行沖刺解吸，進(jìn)一步提高了分子篩的脫水效果。

分子篩；導(dǎo)熱油爐；初步解吸；沖刺解析；脫水

油氣初加工深冷裝置的分子篩脫水效率直接影響著裝置的制冷深度。脫水工藝不達(dá)標(biāo)時(shí)，深冷裝置的低溫單元及外輸管網(wǎng)容易形成水合物凍堵。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每套深冷裝置每年發(fā)生凍堵10～15次。開(kāi)展提高分子篩脫水效果技術(shù)研究，將從根本上杜絕裝置內(nèi)部水合物凍堵情況的發(fā)生，破除制冷深度的瓶頸、提高輕烴收率、節(jié)約裝置能耗、保障裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。

1 工藝流程及技術(shù)方案

1.1工藝流程

在天然氣初加工深冷裝置中，需要由壓縮機(jī)和膨脹機(jī)一起對(duì)天然氣進(jìn)行深度制冷。為防止天然氣含水凍堵，采用4A分子篩對(duì)天然氣進(jìn)行吸附脫水，飽和后的分子篩用通過(guò)導(dǎo)熱油爐加熱的天然氣干氣進(jìn)行解吸再生，含水的高溫再生氣經(jīng)過(guò)降溫和脫水后進(jìn)入天然氣外輸管網(wǎng)。

1.2 技術(shù)方案的提出

深冷系統(tǒng)的凍堵都出現(xiàn)在分子篩吸附的末期，所以提高分子篩再生程度是解決問(wèn)題的關(guān)鍵，而達(dá)到這一目標(biāo)的合理方法是提高再生氣的解吸溫度。由于受導(dǎo)熱油爐額定負(fù)荷、操作安全和節(jié)能要求的限制，為了進(jìn)一步提高導(dǎo)熱油爐出口再生氣溫度，不能一味地加大燃料氣流量，故提出變氣量再生的技術(shù)方案。即在分子篩再生后段的關(guān)鍵期，通過(guò)減少進(jìn)入導(dǎo)熱油爐的天然氣流量，達(dá)到更大幅度地提高導(dǎo)熱油爐出口天然氣的溫度，使分子篩再生得更完全、更徹底，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提高分子篩脫水效果的目的。

2 變氣量解吸實(shí)驗(yàn)

分子篩再生熱吹開(kāi)始時(shí)，需要大量的熱為分子篩、瓷球、罐體結(jié)構(gòu)和分子篩所吸附的水升溫，所以采取大氣量升溫的方法，以使溫度盡快達(dá)到最佳解吸溫度附近。當(dāng)分子篩再生系統(tǒng)整體溫度升高一定時(shí)間后，降低進(jìn)入導(dǎo)熱油爐的再生氣量，在導(dǎo)熱油爐負(fù)荷不變的情況下，可使進(jìn)入分子篩的再生氣溫度更高，可將已經(jīng)充分升溫和初步解吸的分子篩再生得更加徹底，活性更高。

2.1 再生氣量調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)

此次實(shí)驗(yàn)以分公司某天然氣處理裝置分子篩進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)采取調(diào)節(jié)再生氣量的辦法，分為三個(gè)階段：

第一階段：再生氣量調(diào)整為6000m3/h，運(yùn)行3h。導(dǎo)熱油爐在正常負(fù)荷下，可使經(jīng)加熱的再生氣溫度達(dá)到250℃，逐漸將該塔加熱，當(dāng)分子篩出口再生氣溫度達(dá)到180℃時(shí)，吸附在分子篩上的絕大部分水已經(jīng)解析出來(lái)。這時(shí)，通過(guò)程序控制完成分子篩的第一階段初步再生，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入第二階段的沖刺再生。

第二階段：再生氣量調(diào)整為5300m3/h，運(yùn)行1h。導(dǎo)熱油爐負(fù)荷不變，可使經(jīng)加熱的再生氣溫度達(dá)到280℃，這個(gè)溫度的再生氣可使經(jīng)過(guò)初步再生的分子篩得到徹底再生，使其吸附的水完全解析出來(lái)，此時(shí)分子篩的活性更高，脫水效率更強(qiáng)。

第三階段：正常氣量冷吹降溫階段。再生塔轉(zhuǎn)為冷吹過(guò)程，將氣量調(diào)節(jié)為6000m3/h，利用20℃的干氣進(jìn)行冷吹，逐漸將吸附器冷卻，冷吹氣出口溫度接近40℃時(shí)，冷吹結(jié)束。

2.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

在圖1中，0～8h所體現(xiàn)的是沒(méi)有經(jīng)過(guò)再生氣量調(diào)節(jié)的原流程再生情況。導(dǎo)熱油爐出口再生氣溫度正常，分子篩出口再生氣溫度偏低，分子篩解吸再生程度不好，在分子篩解吸結(jié)束時(shí)用便攜式露點(diǎn)儀對(duì)試驗(yàn)床層的露點(diǎn)進(jìn)行了檢測(cè)。該分子篩吸附壓力（3.5MPa轉(zhuǎn)化成膨脹端出口壓力1.35 MPa）下露點(diǎn)值為-72.87℃（3.412PPMV）。

圖1 提高分子篩脫水效率實(shí)驗(yàn)曲線

在圖1中，8～16h是變氣量再生的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)第一階段大氣量熱吹初步解吸和第二階段小氣量沖刺解吸，分子篩再生程度很徹底。該分子篩脫水后原料氣轉(zhuǎn)化成1.35MPa下露點(diǎn)值為-79.96℃（1.182PPMV）。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)圖2和圖3曲線的對(duì)比分析可以看出，溫度對(duì)分子篩解吸影響最大，變氣量解吸第二階段小氣量熱吹，分子篩再生溫度提高明顯，解吸效果變化顯著。變氣量調(diào)節(jié)分子篩解析技術(shù)，可以在導(dǎo)熱油熱負(fù)荷恒定的前提下，提高分子篩的解吸效率。

圖2 正常再生后天然氣露點(diǎn)曲線

圖3 變氣量再生后天然氣露點(diǎn)曲線

3 結(jié)論

變氣量解吸技術(shù)打破了原來(lái)常規(guī)的“質(zhì)量上差，數(shù)量上補(bǔ)”的思維，分子篩再生時(shí)采用約75%的時(shí)間進(jìn)行初步解吸，脫掉約95%的吸附水；再利用25%的時(shí)間用更高的溫度對(duì)剩余的約5%殘余水進(jìn)行沖刺解吸，進(jìn)一步提高了分子篩的脫水效果。這一技術(shù)的實(shí)施，可使深冷裝置的制冷深度更深，降低裝置的凍堵頻次，提高輕烴產(chǎn)量，降低產(chǎn)品的單耗，有很好的應(yīng)用推廣前景。

13304696400、dingjc@petrochina.com.cn

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.016

丁建成：1993年畢業(yè)于西南石油學(xué)院，現(xiàn)任大慶油田天然氣分公司副總工程師。