淺談變溫吸附在煤制天然氣中的作用

曹立軍

（中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司，黑龍江哈爾濱 154854）

淺談變溫吸附在煤制天然氣中的作用

曹立軍

（中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司，黑龍江哈爾濱 154854）

為除去天然氣400#單元出口脫碳?xì)庵械纳倭堪芬杭八乐箽怏w帶液對(duì)500#膜裝置的損壞，使天然氣露點(diǎn)達(dá)到-60℃以下，中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司甲醇分廠在天然氣裝置400#單元最后端加入變溫吸附裝置。

變溫吸附；天然氣；過濾；吸收

1 概述

中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司（原名哈爾濱氣化廠）于1990年開工建設(shè)，以煤為原料生產(chǎn)煤氣及甲醇。于2010年建設(shè)甲醇吹除氣人工提取天然氣項(xiàng)目，天然氣經(jīng)長(zhǎng)輸管線送往哈爾濱及兩套加氣站給礦業(yè)公司及實(shí)業(yè)公司運(yùn)輸車加氣。原設(shè)計(jì)天然氣400#單元吸收塔出口天然氣直接進(jìn)入500#單元膜系統(tǒng)，其中所含少量MDEA及MEA，對(duì)500#單元膜系統(tǒng)損害極大，因此決定在400#單元末端新增變溫吸附裝置，吸附劑對(duì)MDEA及MEA有很強(qiáng)的吸附效果，能達(dá)到脫除原料氣中所含MDEA及MEA分子，實(shí)現(xiàn)對(duì)原料氣的凈化。

2 甲醇吹除氣提取天然氣流程介紹

來自25萬噸甲醇裝置及8萬噸甲醇裝置的吹除氣，分別進(jìn)入100#單元、200#單元普里森膜回收氫氣裝置，膜分離系統(tǒng)的是利用一種高分子聚合物薄膜來選擇“過濾”進(jìn)料氣而達(dá)到分離的目的。在滲透氣測(cè)得到富氫氣送出界區(qū)，另一側(cè)為非滲透氣進(jìn)入到變換單元（300#）作為原料氣。

兩股原料氣經(jīng)提壓噴射器提壓混合后進(jìn)入飽和塔，與脫鹽水混合經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入中變塔，出中變塔氣經(jīng)兩次換熱后進(jìn)入低變塔進(jìn)行低溫變換。一氧化碳變換反應(yīng)式為：

在300#變換單元，可將原料氣中的一氧化碳變換為二氧化碳，方便在后續(xù)400#脫碳單元將其除去。

變換氣直接從吸收塔下部進(jìn)入，自下而上通過吸收塔；完全再生后的胺溶液從吸收塔上部進(jìn)入，自上而下通過吸收塔；逆向流動(dòng)的胺溶液和變換氣在吸收塔內(nèi)充分接觸，變換氣中的二氧化碳被吸收而進(jìn)入液相，未被吸收的其他組份從吸收塔頂部引出，進(jìn)入后續(xù)膜分離單元（500#）。

原工藝流程，400#單元出口天然氣中含有少量MDEA及MEA，進(jìn)入500#單元膜系統(tǒng)后，帶液比較嚴(yán)重，易引起500#單元換熱器阻塞，及對(duì)膜本身?yè)p壞，并且導(dǎo)致露點(diǎn)無法達(dá)到-60℃。加入變溫吸附前進(jìn)入500#單元天然氣組分表如下表1。

表1　原400#單元出口天然氣組分

3 變溫吸附原理及流程介紹

3.1變溫吸附基本原理

變溫吸附技術(shù)作用是將氣體進(jìn)行分離提純，它是以吸附劑（多孔固體物質(zhì)）內(nèi)部表面對(duì)氣體分子的物理吸附為基礎(chǔ)，利用吸附劑對(duì)氣體的吸附容量隨吸附溫度和壓力不同而變化的特性，吸附劑對(duì)不同氣體組份有選擇性吸附的條件下，低溫高壓時(shí)吸附混合氣中的某些組份，未被吸附組份通過吸附塔層流出，高溫低壓時(shí)脫附這些被吸附的組份，以進(jìn)行下一次低溫高壓吸附，可采用多個(gè)吸附塔而達(dá)到氣體的連續(xù)分離的目的。

中煤龍化化工公司所使用吸附劑對(duì)MDEA及MEA有很強(qiáng)的吸附效果，能達(dá)到脫除原料氣中所含MDEA及MEA分子，實(shí)現(xiàn)對(duì)原料氣的凈化。

3.2變溫吸附設(shè)備介紹

3.3變溫吸附工藝流程

吸附過程（A）：來自脫碳的天然氣先經(jīng)過聚結(jié)式過濾器對(duì)大液滴進(jìn)行過濾，再依次經(jīng)過閥門XV403/405進(jìn)入裝有填料的填料塔T403A/B（頂部入），吸附劑吸附脫除天然氣中含有的MDEA和MEA以及一部分水分后從吸附塔底部經(jīng)過閥門XV415/416排出，進(jìn)入500#膜分離單元。

降壓過程（D）：填料塔T403A/B完成吸附后，關(guān)閉閥門XV415/416/403/405，打開閥門XV404/406，使填料塔內(nèi)高壓氣體，經(jīng)過調(diào)節(jié)閥HV402排入氫氣壓縮機(jī)入口，或經(jīng)過調(diào)節(jié)閥HV403排入火炬系統(tǒng)。

表2　變溫吸附裝置設(shè)備明細(xì)表

加熱過程（H）：來自界外的氮?dú)猓?jīng)過再生氣加熱器E407利用中壓蒸汽加熱至200℃，若中壓蒸汽溫度，流量不能滿足要求時(shí)，打開HV404補(bǔ)充一定量的高壓蒸汽進(jìn)行加熱。經(jīng)過閥門XV411/4120由填料塔底部進(jìn)入降壓后的填料塔，對(duì)塔內(nèi)填料進(jìn)行加熱再生，再生后的再生氣，經(jīng)閥門XV406/407進(jìn)入再生氣冷卻器E408冷卻至40℃，進(jìn)入再生氣分離器V405，氣液分離后的氮?dú)馑统鲅b置放空。

吹冷過程（C）：來自界外的氮?dú)庵苯佑蒟V409/410進(jìn)入填料塔T403A/B，對(duì)加熱再生結(jié)束后的填料塔進(jìn)行冷卻，冷卻后再生氣經(jīng)閥門XV406/407進(jìn)入再生氣冷卻器E408冷卻至40℃，進(jìn)入再生氣分離器V405，氣液分離后的氮?dú)馑统鲅b置放空。

升壓過程（R）：凈化后的天然氣，經(jīng)過調(diào)節(jié)閥HV401和閥門XV413/414，進(jìn)入冷吹完成的填料塔，對(duì)填料塔進(jìn)行充壓，完成充壓過程的填料塔可以進(jìn)入下一個(gè)吸附過程。

每臺(tái)吸附塔設(shè)計(jì)滿負(fù)荷連續(xù)工作8h，再生時(shí)間也為8小時(shí)，由以下幾個(gè)步驟組成：

吸附（A）

降壓（D）

加熱（H）

冷卻（C）

升壓（R）

表3　兩臺(tái)吸附塔工作時(shí)間表

3.4變溫吸附的作用

變溫吸附出口天然氣產(chǎn)品達(dá)到的效果為：

MDEA：≤3×10-6MEA：無

正常操作條件下，在500單元E501預(yù)熱器及后續(xù)管道、膜無熱穩(wěn)鹽析出。

4 結(jié)論

中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司甲醇分廠，通過在400#單元后端加入變溫吸附裝置，可將天然氣中的MDEA、MEA及水分子進(jìn)行吸收，避免將其帶入下工段500#膜系統(tǒng)而對(duì)膜造成損害，并且降低天然氣露點(diǎn)至-60℃以下。

[1] 劉文燕，趙安民，張海濤，等.制備條件對(duì)Ni/ZrO2-SiO2催化劑煤氣甲烷化的影響[J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào)，2012，（1）：86-92.

Role of Temperature Swing Adsorption in Coal and Natural Gas

Cao Li-jun

# 400 for the removal of the natural gas unit outlet decarbonization gas in a small amount of amine and water vapor，preventing the gas with liquid membrane unit # 500 damage to natural gas dew point or less-60 ℃，coal dragon Harbin Coal Chemical Co.，Ltd.methanol branch in unit # 400 natural gas means the fi nal end temperature swing adsorption device was added.

temperature swing adsorption；natural gas；fi lter；absorption

TQ546

A

1003-6490（2016）01-0007-02

2016-01-13

曹立軍（1972—），男，黑龍江人，化工工藝工程師，主要研究方向?yàn)槊夯?、甲醇合成、煤基天然氣?/p>