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，原有的生產流程因天然氣中的水份脫出率達不到生產要求，冷凍分離時會產生凍堵，影響整個裝置生產運行。通過流程優化、設備改進及創新產品的應用，將分子篩再生時的壓力由2.3MPa降為1.0MPa，降低了水的沸點，脫出分子篩內的全部水分，提高了分子篩內吸附材質的干度，使天然氣加工前露點由-45℃降到了-70℃以下，杜絕了凍堵現象的發生。

關鍵詞：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，膨脹機制冷溫度達能到-73℃左右，脫水裝置去年10月份投產，裝置投運后天然氣脫水后露點溫度只能達到-40℃至-45℃左右，脫水后天然氣露點溫度達不到深冷-73℃生產要求。

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生凍堵，影響整個裝置生產運行。

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，膨脹機制冷溫度達能到-73℃左右，脫水裝置去年10月份投產，裝置投運后天然氣脫水后露點溫度只能達到-40℃至-45℃左右，脫水后天然氣露點溫度達不到深冷-73℃生產要求，經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的水份在沒有完全的蒸出來，使分子篩的吸水量下降，現采取措施：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定值，提高溫度后分子篩內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荷運行，使電器元件經常損壞。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，天然氣內還含有一定的水脫除不掉，現只能依靠注甲醇來繼續脫除天然氣中的水份，防止低溫下發生凍堵，采用甲醇脫水后起到了一定的作用，但時常還有凍堵發生，并且每天需要大量注入甲醇量大約400升，正常生產時每天回收混合輕烴約14噸左右，裝置有凍堵現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4噸左右，凍堵嚴重時需要停產一兩天解堵，每天影響產量14噸左右。深冷裝置每月都有會發生凍堵現象，注醇解堵大約需要一星期時間，每月因凍堵影響產量在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正常運行的關鍵，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，經脫水后的天然氣中露點溫度降低達到-60℃下以滿足生產要求（脫水裝置的設計脫水露點溫度為-60℃），經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到-73℃以下生產時不發生凍堵。

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的水蒸出來只有提高溫度，電加熱器的出口溫度規定在180℃-190℃，不能滿足在2.3Mpa下把分子篩內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壓力為2.3Mpa，分子篩再生壓力為2.3Mpa，現改反回到增壓機進口，增壓機進口為低壓系統，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，在脫水裝置現有的加熱操作參數下，分子篩的吸附再生切換時間為7.5小時左右，經過脫水裝置脫水后的天然氣露點溫度平均達到-63℃。比改造前下降了18℃，現只需要少量注醇就能滿足生產需要。

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生凍堵現象。

三、應用效果

在改造前經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，每天節約200升達到節能減排的效果

露點溫度降低，制冷溫度可達到73℃，溫度降低可增產0.766噸/天

改造后的效益：

每天節約甲醇200升一年為：200×365=73000升=73米3

甲醇比重為：0.7918每年節約甲醇：73×0.7918=57.8噸

甲醇價格為：4500元/噸，節約甲醇為：57.8×4500=26萬元

每天多生產混合輕烴：

多產混合輕烴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

每年創效合計：26+93=119萬元

四、技術創新點

根據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，實現了在設計加熱溫度下達到水沸點，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計值，深冷裝置在低溫運行時，不出現凍堵現象。只是一個小小的參數的改變提高了很大的經濟效益。

參考文獻：

[1] 成大先.機械設計手冊（第五版）.北京：化學工業出版社，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