分子篩脫水工藝的參數(shù)優(yōu)化

王建

分子篩脫水工藝的參數(shù)優(yōu)化

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1大慶油田天然氣分公司2中國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，需要由壓縮機和膨脹機一起對天然氣進行深度制冷。變氣量解吸技術(shù)打破了原來常規(guī)的“質(zhì)量上差，數(shù)量上補”的思維，分子篩再生時采用約75%的時間進行初步解吸，脫掉約95%的吸附水；再利用25%的時間用更高的溫度對剩余的約5%殘余水進行沖刺解吸，進一步提高了分子篩的脫水效果。

分子篩；導熱油爐；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。脫水工藝不達標時，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，每套深冷裝置每年發(fā)生凍堵10～15次。開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，需要由壓縮機和膨脹機一起對天然氣進行深度制冷。為防止天然氣含水凍堵，采用4A分子篩對天然氣進行吸附脫水，飽和后的分子篩用通過導熱油爐加熱的天然氣干氣進行解吸再生，含水的高溫再生氣經(jīng)過降溫和脫水后進入天然氣外輸管網(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題的關(guān)鍵，而達到這一目標的合理方法是提高再生氣的解吸溫度。由于受導熱油爐額定負荷、操作安全和節(jié)能要求的限制，為了進一步提高導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，通過減少進入導熱油爐的天然氣流量，達到更大幅度地提高導熱油爐出口天然氣的溫度，使分子篩再生得更完全、更徹底，進而實現(xiàn)提高分子篩脫水效果的目的。

2 變氣量解吸實驗

分子篩再生熱吹開始時，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，以使溫度盡快達到最佳解吸溫度附近。當分子篩再生系統(tǒng)整體溫度升高一定時間后，降低進入導熱油爐的再生氣量，在導熱油爐負荷不變的情況下，可使進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)實驗

此次實驗以分公司某天然氣處理裝置分子篩進行現(xiàn)場試驗。試驗采取調(diào)節(jié)再生氣量的辦法，分為三個階段：

第一階段：再生氣量調(diào)整為6000m3/h，運行3h。導熱油爐在正常負荷下，可使經(jīng)加熱的再生氣溫度達到250℃，逐漸將該塔加熱，當分子篩出口再生氣溫度達到180℃時，吸附在分子篩上的絕大部分水已經(jīng)解析出來。這時，通過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，運行1h。導熱油爐負荷不變，可使經(jīng)加熱的再生氣溫度達到280℃，這個溫度的再生氣可使經(jīng)過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，此時分子篩的活性更高，脫水效率更強。

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

2.2 實驗過程

在圖1中，0～8h所體現(xiàn)的是沒有經(jīng)過再生氣量調(diào)節(jié)的原流程再生情況。導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)束時用便攜式露點儀對試驗床層的露點進行了檢測。該分子篩吸附壓力（3.5MPa轉(zhuǎn)化成膨脹端出口壓力1.35 MPa）下露點值為-72.87℃（3.412PPMV）。

圖1 提高分子篩脫水效率實驗曲線

在圖1中，8～16h是變氣量再生的實驗，通過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下露點值為-79.96℃（1.182PPMV）。

2.3 實驗結(jié)果分析

通過對圖2和圖3曲線的對比分析可以看出，溫度對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)，可以在導熱油熱負荷恒定的前提下，提高分子篩的解吸效率。

圖2 正常再生后天然氣露點曲線

圖3 變氣量再生后天然氣露點曲線

3 結(jié)論

變氣量解吸技術(shù)打破了原來常規(guī)的“質(zhì)量上差，數(shù)量上補”的思維，分子篩再生時采用約75%的時間進行初步解吸，脫掉約95%的吸附水；再利用25%的時間用更高的溫度對剩余的約5%殘余水進行沖刺解吸，進一步提高了分子篩的脫水效果。這一技術(shù)的實施，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)于西南石油學院，現(xiàn)任大慶油田天然氣分公司副總工程師。