NGL回收装置分子筛脱水工艺冷吹温度的确定

虞建玲 中原油田基建处

NGL回收装置分子筛脱水工艺冷吹温度的确定

虞建玲 中原油田基建处

由于NGL回收装置中的天然气脱水需要在低温回收和分离NGL，为了防止在装置的低温系统形成水合物和冰堵，故须采用分子筛法脱水。解决分子筛颗粒破碎问题方法如下：在干气节流装置后增设一加热器，将节流后干气加热至15℃后再进入分子筛进行冷吹，避免冷吹温度过低。通过此次研究，一方面完善优化了分子筛脱水工艺流程，保障脱水过程高效、安全运行；另一方面为以后分子筛脱水工艺设计研究工作起到一定借鉴作用。

分子筛；脱水；冷吹温度；节流；NGL；回收；优化

由于NGL回收装置中的天然气脱水需要在低温（对于采用浅冷分离的NGL回收装置，一般在-15～-35℃；对于采用深冷分离的NGL回收装置，一般低于-45℃，最低达-100℃以下）回收和分离NGL，为了防止在装置的低温系统形成水合物和冰堵，故须采用分子筛法脱水[1]。某油田边远气井回收NGL橇块干燥系统中，脱水装置采用两塔流程，但在投产第一年时，冬季无法正常工作，打开分子筛干燥器后发现分子筛被破坏，分子筛颗粒变成粉末状，夏季运行没有此现象。

1 分子筛脱水工艺流程

此脱水装置采用两塔流程，塔A和塔B，湿气首先经过一个进口分离器，脱出气体中所携带的液体与固体杂质；然后去干燥器A脱水，气体自上而下流过分子筛床层，气体中含有的水与分子筛吸附剂接触后被吸附，通常只需要几秒钟，脱水后干气从干燥器底部流出装置外输，此为分子筛脱水吸附过程。

把干燥器脱水后的干气的一小部分节流加热后作为再生气去干燥器，再生用的气量一般约占进料气的5%～10%，经再生气加热器加热至232～315℃后进入干燥器B[2]。热的再生气由上而下通过分子筛床层将床层加热，水蒸汽受热脱附出来，随再生气一起离开分子筛床层；然后进入再生气冷却器,水蒸气在冷却器中冷凝后分离出去，此为分子筛再生过程。

加热后的吸附剂床层由于温度较高，在重新进行脱水操作之前必须先用未加热的干气冷却至一定温度后才能切换，即分子筛冷吹过程。

两塔切换是指将湿气改为进入已再生好的另一个干燥器，而刚完成脱水操作的干燥器则改用热再生气进行再生。切换须在脱水干燥器中的吸附剂床层未达到饱和之前进行。

2 冷吹过程分析

冬季环境温度≤-10℃，脱水后，干气温度10℃，压力8.0MPa，经节流至2.0MPa后，作为冷吹气对分子筛进行冷吹，利用HYSYS对干气节流降温过程进行模拟[3]，节流后物流参数模拟结果见表1。

表1 节流后物流参数

干气物流2（8MPa、10℃）经节流后，物流温度降为-21.97℃，作为冷吹气对再生后的分子筛（240℃）进行冷吹，分子筛被冷吹到-15℃冷吹完成，冬季环境温度为-20℃，分子筛温度保持较低状态，此时整个再生过程完成。干燥器切换转入脱湿气过程，湿气（10℃）自上而下进入分子筛（-15℃），水蒸气被分子筛吸附后结冰，根据水凝固结冰体积反而增大的性质可知，结冰后的分子筛因体积增大而膨胀破碎。因为夏季温度较高，冷吹后的分子筛受外界环境影响温度升高，湿气进入分子筛时不会结冰，也不会出现分子筛颗粒损坏的现象。

3 工艺流程改进

通过上述分析，解决分子筛颗粒破碎问题方法如下：在干气节流装置后增设一加热器，将节流后干气加热至15℃后再进入分子筛进行冷吹，避免冷吹温度过低[4]。

改装后流程图如1所示。由图1可知，流程改进后，干气节流后需经加热器加热后，再进入分子筛进行冷吹，这样冷吹气升至15℃，相对于经节流后直接进入分子筛的冷吹气（-21.97℃）温度大大提高，此时湿气进入分子筛脱水时不会出现结冰现象，分子筛颗粒也不会膨胀破碎。工艺流程改造完成后，分子筛颗粒完整，分子筛干燥器运行正常。

图1 改进后吸附脱水工艺流程

4 结论

分子筛冷吹过程中，对分子筛进行冷吹的冷吹气温度不能过低，应保持在15℃左右，这样可以避免分子筛膨胀破碎，对分子筛起到保护作用。通过此次研究，一方面完善优化了分子筛脱水工艺流程，保障脱水过程高效、安全运行；另一方面为以后分子筛脱水工艺设计研究工作起到一定借鉴作用。

[1]徐文渊，蒋长安．天然气利用手册[M]．北京：中国石化出版社，2001.

[2]王遇冬．天然气处理原理与工艺[M]．北京：中国石化出版社，2007.

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

[4]中国科学院大连化学物理研究组分子筛组．沸石分子筛[M]．北京：科学出版社，1978．

（栏目主持 杨军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.4.013