分子篩脫水裝置在南約洛坦處理廠的應(yīng)用

黃婭 劉超 侯光遠(yuǎn)(重慶天然氣凈化總廠， 重慶 401200)

分子篩脫水裝置在南約洛坦處理廠的應(yīng)用

黃婭 劉超 侯光遠(yuǎn)(重慶天然氣凈化總廠， 重慶 401200)

南約洛坦天然氣處理廠位于土庫(kù)曼斯坦馬雷州，主要工作是脫除原料天然氣中的硫化氫以及多余的水分和烴類物質(zhì)，為土庫(kù)曼斯坦和中國(guó)輸送優(yōu)質(zhì)的凈化天然氣。為保證要求的脫水深度，本裝置采用分子篩脫水工藝。本文主要介紹了南約洛坦天然氣處理廠分子篩脫水裝置的工藝流程，對(duì)四塔切換程序進(jìn)行了重點(diǎn)介紹。

分子篩脫水裝置；工藝流程

0 概述

土庫(kù)曼斯坦南約洛坦處理廠設(shè)計(jì)處理原料天然氣115×108m3/a，工作壓力為9.2MPa，H2S含量為68g/m3左右，CO2含量為120g/m3左右，從氣井中采出的原料天然氣含有硫化氫、二氧化碳、飽和水和部分重?zé)N等組份，影響天然氣的毒性、水露點(diǎn)、烴露點(diǎn)等，需要進(jìn)行脫硫脫碳、脫水、脫烴后才輸送回中國(guó)。

其中的脫水則是指脫除天然氣中所含的水份，冷凝水的局部積累將限制管線中天然氣的流動(dòng)，降低輸氣量，而且水的存在(不論氣相或液相)使輸氣增加了不必要的動(dòng)力消耗，也給后續(xù)脫烴裝置的機(jī)泵和換熱設(shè)備帶有一系列棘手的問(wèn)題。因此，天然氣一般都應(yīng)先進(jìn)行脫水處理，使之達(dá)到規(guī)定的指標(biāo)后才進(jìn)入輸氣干線。

1 脫水方法

三甘醇脫水與分子篩吸附脫水是目前普遍采用的兩種天然氣脫水方法。

三甘醇法脫水具有投資較低、系統(tǒng)壓降較小、脫水時(shí)補(bǔ)充甘醇比較容易的優(yōu)點(diǎn)。分子篩脫水的深度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于三甘醇脫水，但是分子篩壽命有限，一般約3年需要更換，操作費(fèi)用較高，但對(duì)水露點(diǎn)要求低以及需要深度脫水的場(chǎng)合，如下游有采用深冷法回收乙烷或液化石油氣的輕烴回收裝置，則必須采用分子篩法脫水，以避免形成水合物，堵塞管道。

由于南約洛坦處理廠原料氣含硫量較高，且產(chǎn)品氣要求同時(shí)控制水露點(diǎn)和烴露點(diǎn)，為保證要求的脫水深度，選擇了分子篩脫水法，本裝置使用4A型分子篩。

2 工藝原理

分子篩是人工合成沸石，對(duì)極性、不飽和化合物和易極化分子(特別是水)有很大的親和力。在分子篩的結(jié)構(gòu)中有許多孔徑均勻的孔道與排列整齊的孔穴。這些孔穴不僅提供了很大的比表面(比表面積約800～1000m2/g), 而且它只允許直徑比孔徑小的分子進(jìn)入, 而比孔徑大的分子則不能進(jìn)入, 從而使分子篩有很強(qiáng)的選擇性。

本裝置選用的4A型分子篩孔徑約為4×10-10m，不僅可以吸附水，同時(shí)還可以吸附CO2、H2S等雜質(zhì)。

分子篩脫水屬于氣固吸附過(guò)程，是一個(gè)可逆過(guò)程。分子篩在低溫高壓下吸附至臨近轉(zhuǎn)效點(diǎn)時(shí)，通過(guò)升溫、降壓讓被吸附物質(zhì)從分子篩表面脫附再生，從而實(shí)現(xiàn)了水與濕凈化氣的分離。

3 工藝流程

3.1 總體工藝流程

從脫硫脫碳裝置來(lái)經(jīng)脫烴裝置冷卻至30℃的壓力為8.75MPa的原料氣，經(jīng)原料氣聚結(jié)器除去夾帶的水滴后進(jìn)入分子篩脫水塔。原料氣分為兩股，并聯(lián)自上而下地分別通過(guò)兩個(gè)分子篩脫水塔，進(jìn)行脫水吸附過(guò)程。脫除水后的凈化氣進(jìn)入產(chǎn)品氣粉塵過(guò)濾器，過(guò)濾除去分子篩粉塵后去脫烴裝置。

從干氣管線上引出一部分干氣作為冷卻氣，溫度為31℃，壓力約為8.65MPa的冷卻氣自上而下通過(guò)剛完成再生過(guò)程的分子篩脫水塔，以冷卻該塔。冷卻至床層出口溫度為50℃時(shí)視為冷吹完成。

冷卻氣出塔后壓力約為8.63MPa經(jīng)再生氣/冷吹氣換熱器與富再生氣換熱后進(jìn)入再生氣加熱爐，加熱至300℃后作為貧再生氣，貧再生氣自下而上通過(guò)剛完成吸附過(guò)程的分子篩脫水塔，以加熱分子篩床層，使吸附的水脫附并進(jìn)入再生氣中。使再生氣出口溫度達(dá)到270℃，并穩(wěn)定20min視為完成再生過(guò)程。

出塔后的富再生氣經(jīng)再生氣/冷吹氣換熱器回收熱量后進(jìn)入再生氣空冷器中冷卻，使再生氣中的大部分水蒸氣冷凝為液體。冷卻后的富再生氣進(jìn)入再生氣分離器，分離后的富再生氣經(jīng)再生氣壓縮機(jī)增壓后返回脫硫脫碳裝置。見(jiàn)圖1。

3.2 分子篩吸附塔四塔切換流程

本裝置采用四塔流程，分子篩脫水塔1個(gè)操作周期內(nèi)吸附12小時(shí)，再生6小時(shí)，冷卻6小時(shí)，運(yùn)行期間保持兩塔吸附、一塔冷卻、一塔再生，保證了再生氣加熱爐連續(xù)操作。同一股氣流，先用作冷吹氣，后作為再生氣，既減少了再生氣用量，又回收了熱能，降低了能耗。

以A塔再生，B塔冷卻，C、D塔吸附完成，準(zhǔn)備開(kāi)始切換為例。

(1)當(dāng)C-1201A出塔再生富氣達(dá)到270℃時(shí)按下述程序切換為C-1201B再生、C-1201A冷吹。開(kāi)閥25、26，C-1201B開(kāi)始再生；關(guān)閉閥15、16，C-1201A停止再生；開(kāi)13、14，C-1201A開(kāi)始冷吹；關(guān)閉閥51，完成切換。

(2)C-1201A出口溫度為50℃，同時(shí)C-1201B出塔再生富氣溫度達(dá)到270℃時(shí)并穩(wěn)定20min,切換為C-1201A吸附、C-1201B冷吹、C-1201C再生：打開(kāi)閥35、36，C-1201C開(kāi)始再生，同時(shí)打開(kāi)閥51；關(guān)閉25、26，C-1201B停止再生；打開(kāi)閥23、24，C-1201B開(kāi)始冷吹；關(guān)閉閥13、14，C-1201A停止冷吹，打開(kāi)閥11、12，C-1201A開(kāi)始吸附；

圖1 南約洛坦天然氣處理廠分子篩脫水工藝流程圖

(3)當(dāng)C-1201B、C-1201C分別完成冷吹、再生時(shí)，切換為C-1201B吸 附，C-1201C冷吹，C-1201D再 生，C-1201A繼續(xù)吸附。

(4)C-1201A吸 附 時(shí) 間 達(dá)12個(gè) 小 時(shí)，C-1201C和C-1201D分別完成冷卻、再生程序時(shí)；按切換程序，進(jìn)入吸附塔工作的第二狀態(tài)(見(jiàn)表1)。

表1 吸附塔工作狀態(tài)切換表

C-1201A再生6個(gè)小時(shí)后，按吸附塔工作狀態(tài)切換表循環(huán)方式，切換到第三狀態(tài)；每24小時(shí)循環(huán)一次回到起點(diǎn)并進(jìn)入下一次循環(huán)。

4 運(yùn)行情況

2013年8月22日至2014年4月19日，南約洛坦處理廠Ⅰ-Ⅵ列裝置陸續(xù)投產(chǎn)成功，分子篩脫水單元也均全部一次性投產(chǎn)成功，運(yùn)行情況較好(見(jiàn)表2)。

由表中可以看出，伴隨各列裝置開(kāi)產(chǎn)或臨時(shí)停運(yùn)，裝置對(duì)隨之產(chǎn)生氣量波動(dòng)適應(yīng)情況良好，季節(jié)變化對(duì)產(chǎn)品氣水露點(diǎn)的影響并不顯著，可見(jiàn)分子篩裝置操作彈性較好。

5 結(jié)語(yǔ)

南約洛坦處理廠采用分子篩脫水工藝完全能滿足生產(chǎn)的需要，并具有生產(chǎn)流程簡(jiǎn)單、操作維護(hù)不復(fù)雜、生產(chǎn)負(fù)荷彈性大、受季節(jié)和氣溫的影響相對(duì)較小等特點(diǎn)。分子篩脫水工藝適合裝置規(guī)模大，對(duì)脫水深度要求高的工況。

表2 運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

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