采用降低壓下的方法提高分子篩脫水效果

楊培倫 唐濤 杜莎 楊文霞 張暉

摘要：天然氣初加工中采用淺冷分離和深冷分離回收天然氣中的凝析油，進行冷凍分離前需要脫除天然氣中的水份，原有的生產(chǎn)流程因天然氣中的水份脫出率達(dá)不到生產(chǎn)要求，冷凍分離時會產(chǎn)生凍堵，影響整個裝置生產(chǎn)運行。通過流程優(yōu)化、設(shè)備改進及創(chuàng)新產(chǎn)品的應(yīng)用，將分子篩再生時的壓力由2.3MPa降為1.0MPa，降低了水的沸點，脫出分子篩內(nèi)的全部水分，提高了分子篩內(nèi)吸附材質(zhì)的干度，使天然氣加工前露點由-45℃降到了-70℃以下，杜絕了凍堵現(xiàn)象的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：天然氣;分子篩;脫水

一、問題的提出

天然氣進入深冷裝置需要脫除水份，脫水使用分子篩脫水，利用分子篩吸水完成后切換另一備用筒再吸附，吸附完成后的高含水分子篩，通過加熱的高溫氣體把分子篩中的水份蒸出后冷卻備用，整個裝置由兩個分子篩筒組成，一個吸附運行，一個再生冷后備用，兩個筒切使用。制冷裝置使用膨脹機制冷，現(xiàn)在深冷裝置每天處理天然氣30萬立方米左右，膨脹機制冷溫度達(dá)能到-73℃左右，脫水裝置去年10月份投產(chǎn)，裝置投運后天然氣脫水后露點溫度只能達(dá)到-40℃至-45℃左右，脫水后天然氣露點溫度達(dá)不到深冷-73℃生產(chǎn)要求。

二、改進思路及方案實施

天然氣初加工中采用淺冷分離和深冷分離回收天然氣中的凝析油，進行冷凍分離前需要脫除天然氣中的水份，深冷分離時制冷溫度能達(dá)到-80℃左右，如果天然氣中含水份高于工藝要求值，在這樣低的溫度下就會發(fā)生凍堵，影響整個裝置生產(chǎn)運行。

永清站深冷裝置，脫水裝置是使用分子篩脫水，利用分子篩吸水完成后切換另一備用筒再吸附，吸附完成后的高含水分子篩，通過加熱的高溫氣體把分子篩中的水份蒸出后冷卻備用，整個裝置由兩個分子篩筒組成，一個吸附運行，一個再生冷后備用，兩個筒切使用。制冷裝置使用膨脹機制冷，現(xiàn)在深冷裝置每天處理天然氣30萬立方米左右，膨脹機制冷溫度達(dá)能到-73℃左右，脫水裝置去年10月份投產(chǎn)，裝置投運后天然氣脫水后露點溫度只能達(dá)到-40℃至-45℃左右，脫水后天然氣露點溫度達(dá)不到深冷-73℃生產(chǎn)要求，經(jīng)分析脫水裝置脫水效果差的原因是吸附水份后的分子篩內(nèi)的水份在沒有完全的蒸出來，使分子篩的吸水量下降，現(xiàn)采取措施：1、提高分子篩再生氣溫度，來提高再生效果，裝置的分子篩再生氣是由電加熱棒加熱，再生氣進口溫度在285℃，設(shè)計再生氣出口溫度在180℃至190℃，提高再生氣出口溫度再生筒的再生時間延長，再生溫度出口溫度達(dá)到180℃時，吸附再生切換周期為11個小時，吸附筒的吸附時間也相對延長，長時間的吸附時間使天然氣中含水量超過分子篩的吸附量，脫水后的天然氣中的含水量高于規(guī)定值，提高溫度后分子篩內(nèi)的水份還是不能完全蒸出，另外高溫再生氣是由電加熱棒加熱，設(shè)定加熱出口溫度過高電加熱器配電柜的電器元件長時間滿負(fù)荷運行，使電器元件經(jīng)常損壞。2、咨詢了脫水裝置的制造廠家，分子篩脫水效果差的原因，廠家建議是因為來氣含水過多，分子篩長時間超負(fù)荷使用，吸水能力下降，建議更換分子篩填料，使用不到一年就需要更換分子篩，成本增加。

經(jīng)過幾次提高再生溫度，天然氣的脫水效果沒有明顯的提高，因脫水裝置脫水效果不好，天然氣內(nèi)還含有一定的水脫除不掉，現(xiàn)只能依靠注甲醇來繼續(xù)脫除天然氣中的水份，防止低溫下發(fā)生凍堵，采用甲醇脫水后起到了一定的作用，但時常還有凍堵發(fā)生，并且每天需要大量注入甲醇量大約400升，正常生產(chǎn)時每天回收混合輕烴約14噸左右，裝置有凍堵現(xiàn)象時制冷溫度升高并且注醇量還需要增加，每天只能回收10噸左右，每天減產(chǎn)4噸左右，凍堵嚴(yán)重時需要停產(chǎn)一兩天解堵，每天影響產(chǎn)量14噸左右。深冷裝置每月都有會發(fā)生凍堵現(xiàn)象，注醇解堵大約需要一星期時間，每月因凍堵影響產(chǎn)量在22噸左右。

深冷裝置能夠正常運行更多回收凝析油，脫除天然氣中的水份是生產(chǎn)正常運行的關(guān)鍵，怎樣使分子篩吸附脫水能力提高，分子篩再生后能全部脫除吸附的水份，而且再生時間又不能太長，使整個吸附和再生切換周期時間在8小時左右，并且在這樣的操作條件下，經(jīng)脫水后的天然氣中露點溫度降低達(dá)到-60℃下以滿足生產(chǎn)要求（脫水裝置的設(shè)計脫水露點溫度為-60℃），經(jīng)脫水后能夠不注甲醇或少量的注入甲醇，即可以滿足裝置在制冷溫度達(dá)到-73℃以下生產(chǎn)時不發(fā)生凍堵。

怎樣提高分子篩的再生效果，通過查找一些資料，分析如果將天然氣中的重組份凝析出來需要增壓，因為天然氣中的重份的冷凝溫度隨著壓力的增加而上升，現(xiàn)在普遍采取的方法增壓后分子篩吸附水份，提高脫水效果，吸水后的分子篩也是在增壓后的壓力下加熱再生，所以因為水的沸點是隨壓力的升高而上升，所以在高壓下需要提高再生溫度。如表1所示。

通過表1，可以查到現(xiàn)在加壓后的壓力是在2.3Mpa左右，在這個壓力下水的沸點溫度是220.8℃，所以在高壓下把分子篩內(nèi)的水蒸出來只有提高溫度，電加熱器的出口溫度規(guī)定在180℃-190℃，不能滿足在2.3Mpa下把分子篩內(nèi)水份完全蒸出的要求，而在1.0Mpa下，水的沸點溫度為183.2℃，能夠滿足現(xiàn)加熱器加熱溫度的要求。

改造分子篩再生氣流程，原來是回到脫水裝置的進口屬于高壓系統(tǒng)壓力為2.3Mpa，分子篩再生壓力為2.3Mpa，現(xiàn)改反回到增壓機進口，增壓機進口為低壓系統(tǒng)，壓力為1.0Mpa左右，通過改造后，分子篩的再生壓力可以控制在1.0Mpa左右，在脫水裝置現(xiàn)有的加熱操作參數(shù)下，分子篩的吸附再生切換時間為7.5小時左右，經(jīng)過脫水裝置脫水后的天然氣露點溫度平均達(dá)到-63℃。比改造前下降了18℃，現(xiàn)只需要少量注醇就能滿足生產(chǎn)需要。

2019年10月22日改造流程后，脫水裝置使用良好，裝置沒有因為天然氣中含水量過高發(fā)生凍堵現(xiàn)象。

三、應(yīng)用效果

在改造前經(jīng)過脫水裝置脫水后的露點溫度為-45℃，改造后脫水后的露點溫度為-63℃，下降18℃，

注醇量下降：改造前注醇量為400升/天改造后注醇量為200升/天，每天節(jié)約200升達(dá)到節(jié)能減排的效果

露點溫度降低，制冷溫度可達(dá)到73℃，溫度降低可增產(chǎn)0.766噸/天

改造后的效益：

每天節(jié)約甲醇200升一年為：200×365=73000升=73米3

甲醇比重為：0.7918每年節(jié)約甲醇：73×0.7918=57.8噸

甲醇價格為：4500元/噸，節(jié)約甲醇為：57.8×4500=26萬元

每天多生產(chǎn)混合輕烴：

多產(chǎn)混合輕烴0.766噸/天，每噸輕油價格為：3326.57元/噸，

0.766噸/天×365天×3326.57元/噸=930075元=93萬元

每年創(chuàng)效合計：26+93=119萬元

四、技術(shù)創(chuàng)新點

根據(jù)水沸點溫度隨著壓力的降低而下降的原理，通過降低分子篩再生時的操作壓力的方法，實現(xiàn)了在設(shè)計加熱溫度下達(dá)到水沸點，提高了分子篩吸水后的再生及脫水效果，脫水后的天然氣含水量超過了脫水裝置設(shè)計值，深冷裝置在低溫運行時，不出現(xiàn)凍堵現(xiàn)象。只是一個小小的參數(shù)的改變提高了很大的經(jīng)濟效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 成大先.機械設(shè)計手冊（第五版）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

作者簡介：

楊培倫，華北油田第四采油廠，集團技能專家，唐濤，華北油田第四采油廠，輕烴裝置首席技師;杜莎，華北油田第四采油廠，高級工程師;楊文霞，華北油田第四采油廠，輕烴裝置高級技師;）張暉，華北油田第四采油廠，輕烴裝置高級技師