分子筛脱水装置在南约洛坦处理厂的应用

0概述

土库曼斯坦南约洛坦处理厂设计处理原料天然气115×108m3/a, 工作压力为9.2MPa, H2S含量为68g/m3左右, CO2含量为120g/m3左右, 从气井中采出的原料天然气含有硫化氢、二氧化碳、饱和水和部分重烃等组份, 影响天然气的毒性、水露点、烃露点等, 需要进行脱硫脱碳、脱水、脱烃后才输送回中国。

其中的脱水则是指脱除天然气中所含的水份, 冷凝水的局部积累将限制管线中天然气的流动, 降低输气量, 而且水的存在 (不论气相或液相) 使输气增加了不必要的动力消耗, 也给后续脱烃装置的机泵和换热设备带有一系列棘手的问题。因此, 天然气一般都应先进行脱水处理, 使之达到规定的指标后才进入输气干线。

1 脱水方法

三甘醇脱水与分子筛吸附脱水是目前普遍采用的两种天然气脱水方法。

三甘醇法脱水具有投资较低、系统压降较小、脱水时补充甘醇比较容易的优点。分子筛脱水的深度要远远高于三甘醇脱水, 但是分子筛寿命有限, 一般约3年需要更换, 操作费用较高, 但对水露点要求低以及需要深度脱水的场合, 如下游有采用深冷法回收乙烷或液化石油气的轻烃回收装置, 则必须采用分子筛法脱水, 以避免形成水合物, 堵塞管道。

由于南约洛坦处理厂原料气含硫量较高, 且产品气要求同时控制水露点和烃露点, 为保证要求的脱水深度, 选择了分子筛脱水法, 本装置使用4A型分子筛。

2 工艺原理

分子筛是人工合成沸石, 对极性、不饱和化合物和易极化分子 (特别是水) 有很大的亲和力。在分子筛的结构中有许多孔径均匀的孔道与排列整齐的孔穴。这些孔穴不仅提供了很大的比表面 (比表面积约800~1000m2/g) , 而且它只允许直径比孔径小的分子进入, 而比孔径大的分子则不能进入, 从而使分子筛有很强的选择性。

本装置选用的4A型分子筛孔径约为4×10-10m, 不仅可以吸附水, 同时还可以吸附CO2、H2S等杂质。

分子筛脱水属于气固吸附过程, 是一个可逆过程。分子筛在低温高压下吸附至临近转效点时, 通过升温、降压让被吸附物质从分子筛表面脱附再生, 从而实现了水与湿净化气的分离。

3 工艺流程

3.1 总体工艺流程

从脱硫脱碳装置来经脱烃装置冷却至30℃的压力为8.75MPa的原料气, 经原料气聚结器除去夹带的水滴后进入分子筛脱水塔。原料气分为两股, 并联自上而下地分别通过两个分子筛脱水塔, 进行脱水吸附过程。脱除水后的净化气进入产品气粉尘过滤器, 过滤除去分子筛粉尘后去脱烃装置。

从干气管线上引出一部分干气作为冷却气, 温度为31℃, 压力约为8.65MPa的冷却气自上而下通过刚完成再生过程的分子筛脱水塔, 以冷却该塔。冷却至床层出口温度为50℃时视为冷吹完成。

冷却气出塔后压力约为8.63MPa经再生气/冷吹气换热器与富再生气换热后进入再生气加热炉, 加热至300℃后作为贫再生气, 贫再生气自下而上通过刚完成吸附过程的分子筛脱水塔, 以加热分子筛床层, 使吸附的水脱附并进入再生气中。使再生气出口温度达到270℃, 并稳定20min视为完成再生过程。

出塔后的富再生气经再生气/冷吹气换热器回收热量后进入再生气空冷器中冷却, 使再生气中的大部分水蒸气冷凝为液体。冷却后的富再生气进入再生气分离器, 分离后的富再生气经再生气压缩机增压后返回脱硫脱碳装置。见图1。

3.2 分子筛吸附塔四塔切换流程

本装置采用四塔流程, 分子筛脱水塔1个操作周期内吸附12小时, 再生6小时, 冷却6小时, 运行期间保持两塔吸附、一塔冷却、一塔再生, 保证了再生气加热炉连续操作。同一股气流, 先用作冷吹气, 后作为再生气, 既减少了再生气用量, 又回收了热能, 降低了能耗。

以A塔再生, B塔冷却, C、D塔吸附完成, 准备开始切换为例。

(1) 当C-1201A出塔再生富气达到270℃时按下述程序切换为C-1201B再生、C-1201A冷吹。开阀25、26, C-1201B开始再生;关闭阀15、16, C-1201A停止再生;开13、14, C-1201A开始冷吹;关闭阀51, 完成切换。

(2) C-1201A出口温度为50℃, 同时C-1201B出塔再生富气温度达到270℃时并稳定20min, 切换为C-1201A吸附、C-1201B冷吹、C-1201C再生:打开阀35、36, C-1201C开始再生, 同时打开阀51;关闭25、26, C-1201B停止再生;打开阀23、24, C-1201B开始冷吹;关闭阀13、14, C-1201A停止冷吹, 打开阀11、12, C-1201A开始吸附;

(3) 当C-1201B、C-1201C分别完成冷吹、再生时, 切换为C-1201B吸附, C-1201C冷吹, C-1201D再生, C-1201A继续吸附。

(4) C-1201A吸附时间达12个小时, C-1201C和C-1201D分别完成冷却、再生程序时;按切换程序, 进入吸附塔工作的第二状态 (见表1) 。

C-1201A再生6个小时后, 按吸附塔工作状态切换表循环方式, 切换到第三状态;每24小时循环一次回到起点并进入下一次循环。

4 运行情况

2013年8月22日至2014年4月19日, 南约洛坦处理厂Ⅰ-Ⅵ列装置陆续投产成功, 分子筛脱水单元也均全部一次性投产成功, 运行情况较好 (见表2) 。

由表中可以看出, 伴随各列装置开产或临时停运, 装置对随之产生气量波动适应情况良好, 季节变化对产品气水露点的影响并不显著, 可见分子筛装置操作弹性较好。

5 结语

南约洛坦处理厂采用分子筛脱水工艺完全能满足生产的需要, 并具有生产流程简单、操作维护不复杂、生产负荷弹性大、受季节和气温的影响相对较小等特点。分子筛脱水工艺适合装置规模大, 对脱水深度要求高的工况。

摘要：南约洛坦天然气处理厂位于土库曼斯坦马雷州, 主要工作是脱除原料天然气中的硫化氢以及多余的水分和烃类物质, 为土库曼斯坦和中国输送优质的净化天然气。为保证要求的脱水深度, 本装置采用分子筛脱水工艺。本文主要介绍了南约洛坦天然气处理厂分子筛脱水装置的工艺流程, 对四塔切换程序进行了重点介绍。

关键词：分子筛脱水装置,工艺流程

参考文献

[1] 孙金瑜.天然气净化操作工[M].北京.石油工业出版社, 2011:121-124.

[2] 郭洲, 曾树兵, 陈文峰.分子筛脱水装置在珠海天然气液化项目中的应用[J].石油与天然气化工, 2008, 37 (12) :138-140.

[3] 李静, 牛黎明.天然气脱水工艺在福山油田的应用[J], 石油规划设计, 2009, 20 (2) :33~35.

[4] 罗小军, 刘晓天, 万书华.分子筛吸附法在高酸性天然气脱水中的应用[J], 石油与天然气化工, 2007:36 (2) :118-123.