分子筛脱水工艺的参数优化

王建

分子筛脱水工艺的参数优化

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1大庆油田天然气分公司2中国石油天然气管道工程有限公司

在天然气初加工深冷装置中，需要由压缩机和膨胀机一起对天然气进行深度制冷。变气量解吸技术打破了原来常规的“质量上差，数量上补”的思维，分子筛再生时采用约75%的时间进行初步解吸，脱掉约95%的吸附水；再利用25%的时间用更高的温度对剩余的约5%残余水进行冲刺解吸，进一步提高了分子筛的脱水效果。

分子筛；导热油炉；初步解吸；冲刺解析；脱水

油气初加工深冷装置的分子筛脱水效率直接影响着装置的制冷深度。脱水工艺不达标时，深冷装置的低温单元及外输管网容易形成水合物冻堵。据统计，每套深冷装置每年发生冻堵10～15次。开展提高分子筛脱水效果技术研究，将从根本上杜绝装置内部水合物冻堵情况的发生，破除制冷深度的瓶颈、提高轻烃收率、节约装置能耗、保障装置的平稳运行。

1 工艺流程及技术方案

1.1工艺流程

在天然气初加工深冷装置中，需要由压缩机和膨胀机一起对天然气进行深度制冷。为防止天然气含水冻堵，采用4A分子筛对天然气进行吸附脱水，饱和后的分子筛用通过导热油炉加热的天然气干气进行解吸再生，含水的高温再生气经过降温和脱水后进入天然气外输管网。

1.2 技术方案的提出

深冷系统的冻堵都出现在分子筛吸附的末期，所以提高分子筛再生程度是解决问题的关键，而达到这一目标的合理方法是提高再生气的解吸温度。由于受导热油炉额定负荷、操作安全和节能要求的限制，为了进一步提高导热油炉出口再生气温度，不能一味地加大燃料气流量，故提出变气量再生的技术方案。即在分子筛再生后段的关键期，通过减少进入导热油炉的天然气流量，达到更大幅度地提高导热油炉出口天然气的温度，使分子筛再生得更完全、更彻底，进而实现提高分子筛脱水效果的目的。

2 变气量解吸实验

分子筛再生热吹开始时，需要大量的热为分子筛、瓷球、罐体结构和分子筛所吸附的水升温，所以采取大气量升温的方法，以使温度尽快达到最佳解吸温度附近。当分子筛再生系统整体温度升高一定时间后，降低进入导热油炉的再生气量，在导热油炉负荷不变的情况下，可使进入分子筛的再生气温度更高，可将已经充分升温和初步解吸的分子筛再生得更加彻底，活性更高。

2.1 再生气量调节实验

此次实验以分公司某天然气处理装置分子筛进行现场试验。试验采取调节再生气量的办法，分为三个阶段：

第一阶段：再生气量调整为6000m3/h，运行3h。导热油炉在正常负荷下，可使经加热的再生气温度达到250℃，逐渐将该塔加热，当分子筛出口再生气温度达到180℃时，吸附在分子筛上的绝大部分水已经解析出来。这时，通过程序控制完成分子筛的第一阶段初步再生，系统转入第二阶段的冲刺再生。

第二阶段：再生气量调整为5300m3/h，运行1h。导热油炉负荷不变，可使经加热的再生气温度达到280℃，这个温度的再生气可使经过初步再生的分子筛得到彻底再生，使其吸附的水完全解析出来，此时分子筛的活性更高，脱水效率更强。

第三阶段：正常气量冷吹降温阶段。再生塔转为冷吹过程，将气量调节为6000m3/h，利用20℃的干气进行冷吹，逐渐将吸附器冷却，冷吹气出口温度接近40℃时，冷吹结束。

2.2 实验过程

在图1中，0～8h所体现的是没有经过再生气量调节的原流程再生情况。导热油炉出口再生气温度正常，分子筛出口再生气温度偏低，分子筛解吸再生程度不好，在分子筛解吸结束时用便携式露点仪对试验床层的露点进行了检测。该分子筛吸附压力（3.5MPa转化成膨胀端出口压力1.35 MPa）下露点值为-72.87℃（3.412PPMV）。

图1 提高分子筛脱水效率实验曲线

在图1中，8～16h是变气量再生的实验，通过第一阶段大气量热吹初步解吸和第二阶段小气量冲刺解吸，分子筛再生程度很彻底。该分子筛脱水后原料气转化成1.35MPa下露点值为-79.96℃（1.182PPMV）。

2.3 实验结果分析

通过对图2和图3曲线的对比分析可以看出，温度对分子筛解吸影响最大，变气量解吸第二阶段小气量热吹，分子筛再生温度提高明显，解吸效果变化显著。变气量调节分子筛解析技术，可以在导热油热负荷恒定的前提下，提高分子筛的解吸效率。

图2 正常再生后天然气露点曲线

图3 变气量再生后天然气露点曲线

3 结论

变气量解吸技术打破了原来常规的“质量上差，数量上补”的思维，分子筛再生时采用约75%的时间进行初步解吸，脱掉约95%的吸附水；再利用25%的时间用更高的温度对剩余的约5%残余水进行冲刺解吸，进一步提高了分子筛的脱水效果。这一技术的实施，可使深冷装置的制冷深度更深，降低装置的冻堵频次，提高轻烃产量，降低产品的单耗，有很好的应用推广前景。

13304696400、dingjc@petrochina.com.cn

（栏目主持 杨军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.016

丁建成：1993年毕业于西南石油学院，现任大庆油田天然气分公司副总工程师。