原料天然氣組分變化對LPG回收裝置操作參數的影響

劉　剛

(中國石油 大港油田 天然氣公司，天津 300280)

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原料天然氣組分變化對LPG回收裝置操作參數的影響

劉剛

(中國石油 大港油田 天然氣公司，天津 300280)

摘要:針對原料天然氣中不同組分包括烴類組分，二氧化碳，硫含量等的變化對LPG回收裝置的影響進行了闡述，并提出了相應氣質變化應采取的一些措施，確保裝置的正常運行。并對烴類組分變化對LPG回收裝置液化石油氣和穩定輕烴產量的影響作了量的計算。

關鍵詞:LPG回收裝置；脫水；制冷；二氧化碳

原料氣氣質是決定LPG回收裝置凈化處理工藝的決定性因素，并且天然氣本身具有組分波動大的特點，因此，必須關注原料氣的氣質變化情況。

1原料氣氣質的變化對LPG回收裝置的影響

1.1對脫硫單元的影響

天然氣中硫化氫含量的多少直接影響到脫硫劑的使用壽命。對于精脫硫劑來說，硫化氫含量過高時，即使脫硫劑尚未達到飽和硫容，但受限于反應速率的大小，原料氣在塔內停留的時間不足以讓所有的硫化氫分子與脫硫劑表面充分接觸反應，導致脫硫后硫含量較高。如天津某研究院脫硫劑在脫硫前20 mg/m3以上(有時10 mg/m3)時，脫硫后硫化氫含量即可超過0.1 mg/m3甚至更高。由于硫化氫的沸點介乎乙烷和丙烷之間，未脫除的硫化氫基本積聚在凈化天然氣和液化石油氣中，當原料氣硫化氫含量高時，應加密分析凈化天然氣和液化石油氣的硫含量，并加密監控液化石油氣的銅片腐蝕情況。

原料氣硫的形態決定了脫硫劑的種類，應針對不同硫選擇脫硫劑；研究脫硫效果時，必須綜合考慮原料氣中飽和水，尤其氧氣含量，這兩項因素會影響脫硫劑與硫化物反應生成物的形態。Fe2O3脫硫劑與H2S作用，視氣體中的O2含量多少，可生產硫化亞鐵、二硫化碳、多硫化鐵或單質硫。實踐證明，O2/H2S體積比例為3～10的時候，脫硫效果較佳。在脫硫后續若無增壓環節，可以考慮向原料氣中注氧(空氣)以提升脫硫效果。

此外，當原料氣中硫含量超高時，考慮到脫硫劑的裝填容量和硫容，應考慮濕法脫硫。

1.2對分子篩脫水單元的影響

分子篩塔吸附溫度的控制須考慮原料氣組分的變化。組分變重，應適當調高吸附溫度，避免一部分較重的烴類組分過早的冷凝下來。吸附溫度的調節原則為：保證分子篩入口分離器(旋風分離器或過濾分離器)液位增長速度緩慢的同時，盡可能的降低吸附溫度。

氣質的變化還會影響分子篩再生溫度。從C1至C5，甲烷的比熱容最大，若甲烷體積含量增大，那么再生時升高到同樣塔溫時所需的熱量增加，分子篩再生氣加熱爐負荷增大。此外，混合氣體在固體表面吸附時，吸附量和界面相組成不僅與溫度，壓力有關系，而且隨氣相組成的變化而改變[1]。

1.3對輕組分分餾塔操作的影響

當來氣組分變貧時，重接觸塔塔內物料輕組分相對較多，即使在相同的溫度條件下，其飽和蒸氣壓值勢必增大。為避免產生氣蝕現象，這就要求葉片入口附近的最低壓強必須維持在某一值以上，通常是取輸送溫度下液體的飽和蒸氣壓作為最低壓強[2]。這時，就需要適當提高重接觸塔的壓力來克服增加的這部分飽和蒸氣壓值。值得一提的是當天氣驟冷或前序壓縮機較長時間停機導致后續溫度持續下降時，輕組分分餾塔溫度下降，更多的輕組分被冷凝下來，泵葉片入口液體的飽和蒸氣壓值增加，盡管泵輸送溫度下降飽和蒸氣壓值會一定程度的下降，但經實踐證明，若維持原塔壓不變，會發生嚴重的氣蝕現象，輕組分分餾塔塔底泵無法正常操作。

綜上，當來氣組分變貧或是輕組分分餾塔溫下降幅度較大時，都應適當提高塔壓，避免氣蝕現象的發生。

表1　形成CO2固態的條件

來氣中CO2含量的變化也值得關注，因為當達到足夠低的溫度及一定壓力時，CO2將發生相的轉變，變為固態，占據冷箱流道。通過查閱CO2相圖，得出表1。

處理站目前外輸氣CO2含量約為1%～3%，因此，當輕組分分餾塔的塔溫達到-90 ℃以上時，就應該關注CO2的含量，必要時向小冷箱冷邊入口注一定量的甲醇。在分子篩脫水后天然氣露點良好的前提下不要盲目地向小冷箱注甲醇。

1.4對制冷效果的影響

1.5對脫乙烷塔控制的影響

1.6對脫丁烷塔控制的影響

2原料氣氣質的變化對LPG回收裝置液化氣、輕烴產量的影響

假設：1. C1全部進入外輸氣，C4+收率為100%；2. C5+全部進入穩定輕烴。則組分變化對液化氣產量的影響如下：

ΔM液化氣=V原料氣×(ρc2×ΔCc2×C2收率+ρc3×ΔCc3

×C3收率+ρic4×ΔCic4+ρnc4×ΔCnc4)

式中，ρi為組分i的真實密度，ΔCi為組分i體積含量差值。

對輕烴產量的影響如下：ΔM輕烴=V原料氣×(ρic5×ΔCic5+ρnc5×ΔCnc5+ρc6×ΔCc6)

【】【】

將各組分的密度代入上述兩式中，即可得出組分變化對液化氣、輕烴產量量的影響。

某公司有兩套處理能力100萬m3的LPG回收裝置，對油田自產氣進行凈化處理。當油田自產氣量低于兩套裝置滿負荷運行時，該公司利用陜京管道氣資源的優勢，對工藝流程進行改造，將部分陜京管道氣引入LPG回收裝置中分子篩脫水單元之前。在較小增加能耗的情況下，以組分較貧的陜京管道氣為凈化氣摻入組分較富的油田自產氣，將油田自產氣的組分由富調貧，即C3+C4總量由7%調整為5.6%，提升C3收率7個百分點，日均增產液化氣4 t。

3結論

1. 天然氣中硫化氫、CO2等氣體的含量關系到產品質量是否達到國家標準要求，應及時根據其量的變化調整相關環節參數控制，變化范圍大到一定程度時，甚至需要進行重大工藝調整；天然氣中烷烴組分的變化對生產參數及產量的影響不可忽視，尤其是當組分貧到一定程度時，北方的LPG回收裝置必須關注低溫系統，需要通過調整空冷器等，避免超低溫事件發生。

2. 天然氣氣質的變化對LPG裝置的操作影響大，必須持續監測。尤其是分子篩脫水，精脫硫等單元，必須在更換填充劑后堅持“先疏后密”的原則，進行分析監測，減少天然氣氣質變化對裝置安全平穩運行的影響。

3. LPG回收裝置的工藝經過近年來的發展，基本已達到較為成熟的水平。通過工藝完善來提高裝置液化氣、穩定輕烴的產量潛力較小。可在進行經濟比對的情形下，引入組分較貧的氣源，通過調整原料氣組分達到提升裝置收率及產量的目的。

參考文獻：

[1] 陳新志，菜振云，胡望月．化工熱力學 [M]. 北京：化學工業出版社，2003: 228．

[2] 姚玉英，黃鳳廉，陳常貴，等．化工原理 [M]. 天津大學出版社，2004: 98．

劉剛(1983)，女，工程師，學士。2006年畢業于大慶石油學院化學化工學院化學工程與工藝專業，現從事天然氣凈化處理及集輸生產運行管理。郵箱地址：liuguangmei0120@163.com。

中國電科16所成功研制首臺氣體軸承斯特林制冷機

日前，地處安徽省合肥市的中國電科16所成功研制出我國首臺氣體軸承斯特林制冷機工程化產品，填補了國內空白，且綜合性能指標達到國際先進水平，環境適應性能達到國際領先水平。

斯特林制冷機是以氧氣為工質，在封閉系統中應用回熱原理實現氣體制冷循環，以獲得低溫和冷量的機械。氣體軸承斯特林制冷機是相同制冷量下效率最高、重量最輕、壽命最長的低溫制冷機，可為軍事探測用超導接收機、通訊基站、低溫生物冰箱、制氧/氮機等軍民領域提供冷源。目前，只有美國等極少數國家掌握其核心技術。

該產品近日已順利通過省科技成果鑒定。作為國內惟一的低溫與超導專業研究院所，該所技術團隊潛心攻關6年，突破了靜壓氣體軸承設計與制造、多臂板簧減振器、高效直線電機、冷端高效換熱等多項關鍵技術，先后完成性能樣機、產品設計定型、工程化設計優化各階段工作，產品在用戶設備上裝機使用驗證，不僅完全達到國外同類產品的性能指標，更是完成了連國外同類產品都無法保證的高低溫、振動、沖擊等各項環境適應性測試。

Influence of Feed Gas Components Change on LPG Recovery Unit

LIU Gang

(Natural Gas Company, Dagang Oilfield, PetroChina, Tianjin 300280, China)

Abstract:The feed gas in different components including hydrocarbon, CO2, sulfur content changes of LPG recovery unit effects are described, and puts forward the corresponding temperament changes should take some measures, to ensure the normal operation of the device. The hydrocarbon composition changes’ effect on the liquefied petroleum gas and light hydrocarbon yield of LPG recovery unit were calculated.

Key words:LPG recovery unit; dehydration; refrigeration; carbon dioxide

作者簡介：

doi:10.3969/j.issn.1007-7804.2016.02.007

中圖分類號：TE868

文獻標志碼：A

文章編號：1007-7804(2016)02-0024-03

收稿日期：2016-01-15