芻議天然氣凈化工藝的節能降耗

劉泉洲 張楌 王志剛

陜西省延安市志丹縣長慶油田分公司第一采氣廠第四凈化廠 郵編717500

一、天然氣的應用

由于科學的迅猛發展，促使天然氣利用領域不斷擴大。根據近期研究領域和實駿的目的的發展趨勢，在以下幾個領域將會有擴大：熱電聯產和聯合循環發電中作為燃料應用、替代汽車等運輸工具的燃料油、天然氣空調系統、天然氣燃料電池、天然氣合成油及化學品等等。

二、再生塔設計

富液再生塔利用由重沸器提供的水蒸氣和熱量使醇胺和酸氣的反應逆向進行，分解胺鹽、釋放岀吸收的酸氣。由重沸器來的蒸汽對溶液還有汽提作用，即氣相內酸氣濃度遠小于其平衡濃度，在濃差的驅動下促進HS、CO從溶液內分岀，故再生塔也稱汽提塔。小直徑再生塔常釆用填料塔；大直徑釆用板式塔。塔徑確定方法與吸收塔相同,塔板數與吸收塔也基本相同，為20～24 塊,板間距為0.6m。在進料塔板上方也有幾塊充水塔板用于降低溶劑蒸發損失。塔壓一般為70～130kPa，塔頂溫度一般低于107°C。確定塔徑時需知氣體流量，應選取塔頂和塔底氣體流量較大者確定再生塔徑。塔底氣體流量等于重沸器產生的水蒸氣流量。塔頂氣體流量等于塔頂蒸汽流量加酸氣流量，塔頂蒸汽流量等于塔底蒸汽流量減溶液溫度由入塔溫度升至重沸器溫度所需蒸汽流量，再減去使酸氣汽化所需的蒸汽流量。

三、吸收塔設計及節能考慮

吸收塔徑和氣體處理量和壓力有關，有多種經驗估算法。氣體最大空塔速度可按Souders-Brown 方程估算，塔內氣流速度過大時，造成塔板上溶液大量發泡，降液管液位上升，使兩層臨近塔板上的液體相連，產生液泛。為防止液泛并允許氣體以較小速度吹入塔板上的液層內，既有良好侍質環境，又能防止塔板上產生大量氣泡，為防止塔板液層發泡、氣體速度再降低15%。由氣體處理量和塔內氣體流速即可確定塔徑。原料氣進塔后，由于溶液吸收酸氣以及與胺液發生化學反應放岀熱量，因而流岀塔頂甜氣溫度較原料氣溫度高8～17°C。貧胺液入塔溫度一般為37-55°C。貧液溫度應等于或略高于甜氣溫度，溫差控制在0～6°C 間，否則氣體遇貧液驟冷后將產生凝析烴，污染吸收溶液。同樣，由于化學反應，岀塔富液溫度比原料氣溫度約高11～22°C。進吸收塔貧液含有微量酸氣，含酸氣的量與醇胺類別有關。伯醇胺的殘余酸氣負荷為0.05～0.10 (mol 酸氣/mol 胺液)，仲醇胺為0.03～0.05，以MDEA 為基料復配的吸收溶劑的殘余酸氣負荷為0.005。岀塔富液的酸氣負荷常按80%酸氣平衡負荷考慮。塔型選擇時考慮的因素有：物料性質、操作條件、塔設備的性能及塔設備的制造、安裝、運轉和維修等。吸收塔和再生塔是醇胺法工藝的核心設備，分別承擔吸收酸性組分和從洛液中趕出酸性氣體的職責。對于直徑大于等于0.8m 時，宜選用板式塔。在計算塔徑時，考慮到醇胺溶液易于起泡的特點，不宜采用過小的板間距。通常釆用的板間距為600mm,為維修檢修方便，有人孔時，板間距取800mm。根據《氣田天然氣凈化廠設計規范》可知，浮閥塔盤具有彈性大、效率高、處理能力比泡罩塔和篩板塔的特點，故吸收塔、再生塔宜優先釆用浮閥塔。從閃蒸分離器底部排出的富甘醇依次經過纖維過濾器和活性炭過濾器除去甘醇溶液在吸收塔中吸收與攜帶過來的少量固體、液烴化學劑及其它雜質。這些雜質可以引起甘醇溶液氣泡、堵塞再生系統的精餾柱（通常是填料柱），還可使重沸器的火管結垢。由纖維過濾器和活性炭過濾器來的富甘醇經貧/富甘醇換熱器預熱后，進入重沸器上部的精餾柱中。精餾柱一般充填填料。富甘醇在精餡柱內向下流入重沸器時，與由重沸器中氣化上升的熱甘醇蒸汽和水蒸汽接觸，進行傳熱和傳質。精餾柱頂部裝有回流冷凝器，以在精餾柱頂部產生部分回流。回流冷凝器可以采用空氣冷卻，也可以采用冷的富甘醇冷卻，再生塔頂的回流冷凝器常為強制通風空冷式翅片管換熱器，它的負荷是冷卻塔頂氣并把水蒸氣凝析為水。冷卻器的入口溫度不宜超過107°C，可直接測量或由水蒸氣分壓查蒸汽表得到，岀口溫度為 54～62°C。從富甘醇中氣化的水蒸汽，最后從精餾柱頂部排至大氣中。從精餾柱流入重沸器的富甘醇，在重沸器中被加熱到177-204°C 左右，以便充分脫除所吸收的水蒸汽，并使甘醇溶液中的甘醇濃度提濃到99% (w)以上。再生好的熱貧甘醇由重沸器流經貧/富甘醇換熱器等冷換設備進行冷卻后。當采用裝有換盤管的緩沖罐時，熱貧甘醇則由重沸器的溢流管流入緩沖罐中，與流經緩沖罐內換熱盤管的冷富甘醇換熱。緩沖罐也起甘醇泵的供液罐作用。離開貧/富液換熱器的貧甘醇經甘醇泵加壓后去氣體/貧甘醇換熱器進一步冷卻，然后再進入吸收塔頂部打循環使用。

四、結語

我國的氣田多使用多井集氣工藝，采氣管線壓力一般10MPa 以上，經節流降壓至4-8MPa 后進入集氣管線。防止輸送和節流過程中生成水合物，常釆取加熱、注醇和低溫分離等措施。這樣容易設計成體積小、質量輕、成本低、可靠性高的脫水橇，并且可以充分的利用天然氣的壓力能。適合単井集氣工藝的井口、多井集氣工藝的集氣站的天然氣脫水，取代加熱、注醇、低溫分離和三甘醇脫水等系統。