NGL回收裝置分子篩脫水工藝冷吹溫度的確定

虞建玲 中原油田基建處

NGL回收裝置分子篩脫水工藝冷吹溫度的確定

虞建玲 中原油田基建處

由于NGL回收裝置中的天然氣脫水需要在低溫回收和分離NGL，為了防止在裝置的低溫系統形成水合物和冰堵，故須采用分子篩法脫水。解決分子篩顆粒破碎問題方法如下：在干氣節流裝置后增設一加熱器，將節流后干氣加熱至15℃后再進入分子篩進行冷吹，避免冷吹溫度過低。通過此次研究，一方面完善優化了分子篩脫水工藝流程，保障脫水過程高效、安全運行；另一方面為以后分子篩脫水工藝設計研究工作起到一定借鑒作用。

分子篩；脫水；冷吹溫度；節流；NGL；回收；優化

由于NGL回收裝置中的天然氣脫水需要在低溫（對于采用淺冷分離的NGL回收裝置，一般在-15～-35℃；對于采用深冷分離的NGL回收裝置，一般低于-45℃，最低達-100℃以下）回收和分離NGL，為了防止在裝置的低溫系統形成水合物和冰堵，故須采用分子篩法脫水[1]。某油田邊遠氣井回收NGL橇塊干燥系統中，脫水裝置采用兩塔流程，但在投產第一年時，冬季無法正常工作，打開分子篩干燥器后發現分子篩被破壞，分子篩顆粒變成粉末狀，夏季運行沒有此現象。

1 分子篩脫水工藝流程

此脫水裝置采用兩塔流程，塔A和塔B，濕氣首先經過一個進口分離器，脫出氣體中所攜帶的液體與固體雜質；然后去干燥器A脫水，氣體自上而下流過分子篩床層，氣體中含有的水與分子篩吸附劑接觸后被吸附，通常只需要幾秒鐘，脫水后干氣從干燥器底部流出裝置外輸，此為分子篩脫水吸附過程。

把干燥器脫水后的干氣的一小部分節流加熱后作為再生氣去干燥器，再生用的氣量一般約占進料氣的5%～10%，經再生氣加熱器加熱至232～315℃后進入干燥器B[2]。熱的再生氣由上而下通過分子篩床層將床層加熱，水蒸汽受熱脫附出來，隨再生氣一起離開分子篩床層；然后進入再生氣冷卻器,水蒸氣在冷卻器中冷凝后分離出去，此為分子篩再生過程。

加熱后的吸附劑床層由于溫度較高，在重新進行脫水操作之前必須先用未加熱的干氣冷卻至一定溫度后才能切換，即分子篩冷吹過程。

兩塔切換是指將濕氣改為進入已再生好的另一個干燥器，而剛完成脫水操作的干燥器則改用熱再生氣進行再生。切換須在脫水干燥器中的吸附劑床層未達到飽和之前進行。

2 冷吹過程分析

冬季環境溫度≤-10℃，脫水后，干氣溫度10℃，壓力8.0MPa，經節流至2.0MPa后，作為冷吹氣對分子篩進行冷吹，利用HYSYS對干氣節流降溫過程進行模擬[3]，節流后物流參數模擬結果見表1。

表1 節流后物流參數

干氣物流2（8MPa、10℃）經節流后，物流溫度降為-21.97℃，作為冷吹氣對再生后的分子篩（240℃）進行冷吹，分子篩被冷吹到-15℃冷吹完成，冬季環境溫度為-20℃，分子篩溫度保持較低狀態，此時整個再生過程完成。干燥器切換轉入脫濕氣過程，濕氣（10℃）自上而下進入分子篩（-15℃），水蒸氣被分子篩吸附后結冰，根據水凝固結冰體積反而增大的性質可知，結冰后的分子篩因體積增大而膨脹破碎。因為夏季溫度較高，冷吹后的分子篩受外界環境影響溫度升高，濕氣進入分子篩時不會結冰，也不會出現分子篩顆粒損壞的現象。

3 工藝流程改進

通過上述分析，解決分子篩顆粒破碎問題方法如下：在干氣節流裝置后增設一加熱器，將節流后干氣加熱至15℃后再進入分子篩進行冷吹，避免冷吹溫度過低[4]。

改裝后流程圖如1所示。由圖1可知，流程改進后，干氣節流后需經加熱器加熱后，再進入分子篩進行冷吹，這樣冷吹氣升至15℃，相對于經節流后直接進入分子篩的冷吹氣（-21.97℃）溫度大大提高，此時濕氣進入分子篩脫水時不會出現結冰現象，分子篩顆粒也不會膨脹破碎。工藝流程改造完成后，分子篩顆粒完整，分子篩干燥器運行正常。

圖1 改進后吸附脫水工藝流程

4 結論

分子篩冷吹過程中，對分子篩進行冷吹的冷吹氣溫度不能過低，應保持在15℃左右，這樣可以避免分子篩膨脹破碎，對分子篩起到保護作用。通過此次研究，一方面完善優化了分子篩脫水工藝流程，保障脫水過程高效、安全運行；另一方面為以后分子篩脫水工藝設計研究工作起到一定借鑒作用。

[1]徐文淵，蔣長安．天然氣利用手冊[M]．北京：中國石化出版社，2001.

[2]王遇冬．天然氣處理原理與工藝[M]．北京：中國石化出版社，2007.

[3]羅小軍．分子篩吸附法在高酸性天然氣脫水中應用[J]．石油與天然氣化工，2007，36（2）：118-123.

[4]中國科學院大連化學物理研究組分子篩組．沸石分子篩[M]．北京：科學出版社，1978．

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.4.013