原料天然气组分变化对LPG回收装置操作参数的影响

刘　刚

(中国石油 大港油田 天然气公司，天津 300280)



原料天然气组分变化对LPG回收装置操作参数的影响

刘刚

(中国石油 大港油田 天然气公司，天津 300280)

摘要:针对原料天然气中不同组分包括烃类组分，二氧化碳，硫含量等的变化对LPG回收装置的影响进行了阐述，并提出了相应气质变化应采取的一些措施，确保装置的正常运行。并对烃类组分变化对LPG回收装置液化石油气和稳定轻烃产量的影响作了量的计算。

关键词:LPG回收装置；脱水；制冷；二氧化碳

原料气气质是决定LPG回收装置净化处理工艺的决定性因素，并且天然气本身具有组分波动大的特点，因此，必须关注原料气的气质变化情况。

1原料气气质的变化对LPG回收装置的影响

1.1对脱硫单元的影响

天然气中硫化氢含量的多少直接影响到脱硫剂的使用寿命。对于精脱硫剂来说，硫化氢含量过高时，即使脱硫剂尚未达到饱和硫容，但受限于反应速率的大小，原料气在塔内停留的时间不足以让所有的硫化氢分子与脱硫剂表面充分接触反应，导致脱硫后硫含量较高。如天津某研究院脱硫剂在脱硫前20 mg/m3以上(有时10 mg/m3)时，脱硫后硫化氢含量即可超过0.1 mg/m3甚至更高。由于硫化氢的沸点介乎乙烷和丙烷之间，未脱除的硫化氢基本积聚在净化天然气和液化石油气中，当原料气硫化氢含量高时，应加密分析净化天然气和液化石油气的硫含量，并加密监控液化石油气的铜片腐蚀情况。

原料气硫的形态决定了脱硫剂的种类，应针对不同硫选择脱硫剂；研究脱硫效果时，必须综合考虑原料气中饱和水，尤其氧气含量，这两项因素会影响脱硫剂与硫化物反应生成物的形态。Fe2O3脱硫剂与H2S作用，视气体中的O2含量多少，可生产硫化亚铁、二硫化碳、多硫化铁或单质硫。实践证明，O2/H2S体积比例为3～10的时候，脱硫效果较佳。在脱硫后续若无增压环节，可以考虑向原料气中注氧(空气)以提升脱硫效果。

此外，当原料气中硫含量超高时，考虑到脱硫剂的装填容量和硫容，应考虑湿法脱硫。

1.2对分子筛脱水单元的影响

分子筛塔吸附温度的控制须考虑原料气组分的变化。组分变重，应适当调高吸附温度，避免一部分较重的烃类组分过早的冷凝下来。吸附温度的调节原则为：保证分子筛入口分离器(旋风分离器或过滤分离器)液位增长速度缓慢的同时，尽可能的降低吸附温度。

气质的变化还会影响分子筛再生温度。从C1至C5，甲烷的比热容最大，若甲烷体积含量增大，那么再生时升高到同样塔温时所需的热量增加，分子筛再生气加热炉负荷增大。此外，混合气体在固体表面吸附时，吸附量和界面相组成不仅与温度，压力有关系，而且随气相组成的变化而改变[1]。

1.3对轻组分分馏塔操作的影响

当来气组分变贫时，重接触塔塔内物料轻组分相对较多，即使在相同的温度条件下，其饱和蒸气压值势必增大。为避免产生气蚀现象，这就要求叶片入口附近的最低压强必须维持在某一值以上，通常是取输送温度下液体的饱和蒸气压作为最低压强[2]。这时，就需要适当提高重接触塔的压力来克服增加的这部分饱和蒸气压值。值得一提的是当天气骤冷或前序压缩机较长时间停机导致后续温度持续下降时，轻组分分馏塔温度下降，更多的轻组分被冷凝下来，泵叶片入口液体的饱和蒸气压值增加，尽管泵输送温度下降饱和蒸气压值会一定程度的下降，但经实践证明，若维持原塔压不变，会发生严重的气蚀现象，轻组分分馏塔塔底泵无法正常操作。

综上，当来气组分变贫或是轻组分分馏塔温下降幅度较大时，都应适当提高塔压，避免气蚀现象的发生。

表1　形成CO2固态的条件

来气中CO2含量的变化也值得关注，因为当达到足够低的温度及一定压力时，CO2将发生相的转变，变为固态，占据冷箱流道。通过查阅CO2相图，得出表1。

处理站目前外输气CO2含量约为1%～3%，因此，当轻组分分馏塔的塔温达到-90 ℃以上时，就应该关注CO2的含量，必要时向小冷箱冷边入口注一定量的甲醇。在分子筛脱水后天然气露点良好的前提下不要盲目地向小冷箱注甲醇。

1.4对制冷效果的影响

1.5对脱乙烷塔控制的影响

1.6对脱丁烷塔控制的影响

2原料气气质的变化对LPG回收装置液化气、轻烃产量的影响

假设：1. C1全部进入外输气，C4+收率为100%；2. C5+全部进入稳定轻烃。则组分变化对液化气产量的影响如下：

ΔM液化气=V原料气×(ρc2×ΔCc2×C2收率+ρc3×ΔCc3

×C3收率+ρic4×ΔCic4+ρnc4×ΔCnc4)

式中，ρi为组分i的真实密度，ΔCi为组分i体积含量差值。

对轻烃产量的影响如下：ΔM轻烃=V原料气×(ρic5×ΔCic5+ρnc5×ΔCnc5+ρc6×ΔCc6)

【】【】

将各组分的密度代入上述两式中，即可得出组分变化对液化气、轻烃产量量的影响。

某公司有两套处理能力100万m3的LPG回收装置，对油田自产气进行净化处理。当油田自产气量低于两套装置满负荷运行时，该公司利用陕京管道气资源的优势，对工艺流程进行改造，将部分陕京管道气引入LPG回收装置中分子筛脱水单元之前。在较小增加能耗的情况下，以组分较贫的陕京管道气为净化气掺入组分较富的油田自产气，将油田自产气的组分由富调贫，即C3+C4总量由7%调整为5.6%，提升C3收率7个百分点，日均增产液化气4 t。

3结论

1. 天然气中硫化氢、CO2等气体的含量关系到产品质量是否达到国家标准要求，应及时根据其量的变化调整相关环节参数控制，变化范围大到一定程度时，甚至需要进行重大工艺调整；天然气中烷烃组分的变化对生产参数及产量的影响不可忽视，尤其是当组分贫到一定程度时，北方的LPG回收装置必须关注低温系统，需要通过调整空冷器等，避免超低温事件发生。

2. 天然气气质的变化对LPG装置的操作影响大，必须持续监测。尤其是分子筛脱水，精脱硫等单元，必须在更换填充剂后坚持“先疏后密”的原则，进行分析监测，减少天然气气质变化对装置安全平稳运行的影响。

3. LPG回收装置的工艺经过近年来的发展，基本已达到较为成熟的水平。通过工艺完善来提高装置液化气、稳定轻烃的产量潜力较小。可在进行经济比对的情形下，引入组分较贫的气源，通过调整原料气组分达到提升装置收率及产量的目的。

参考文献：

[1] 陈新志，菜振云，胡望月．化工热力学 [M]. 北京：化学工业出版社，2003: 228．

[2] 姚玉英，黄凤廉，陈常贵，等．化工原理 [M]. 天津大学出版社，2004: 98．

刘刚(1983)，女，工程师，学士。2006年毕业于大庆石油学院化学化工学院化学工程与工艺专业，现从事天然气净化处理及集输生产运行管理。邮箱地址：liuguangmei0120@163.com。

中国电科16所成功研制首台气体轴承斯特林制冷机

日前，地处安徽省合肥市的中国电科16所成功研制出我国首台气体轴承斯特林制冷机工程化产品，填补了国内空白，且综合性能指标达到国际先进水平，环境适应性能达到国际领先水平。

斯特林制冷机是以氧气为工质，在封闭系统中应用回热原理实现气体制冷循环，以获得低温和冷量的机械。气体轴承斯特林制冷机是相同制冷量下效率最高、重量最轻、寿命最长的低温制冷机，可为军事探测用超导接收机、通讯基站、低温生物冰箱、制氧/氮机等军民领域提供冷源。目前，只有美国等极少数国家掌握其核心技术。

该产品近日已顺利通过省科技成果鉴定。作为国内惟一的低温与超导专业研究院所，该所技术团队潜心攻关6年，突破了静压气体轴承设计与制造、多臂板簧减振器、高效直线电机、冷端高效换热等多项关键技术，先后完成性能样机、产品设计定型、工程化设计优化各阶段工作，产品在用户设备上装机使用验证，不仅完全达到国外同类产品的性能指标，更是完成了连国外同类产品都无法保证的高低温、振动、冲击等各项环境适应性测试。

Influence of Feed Gas Components Change on LPG Recovery Unit

LIU Gang

(Natural Gas Company, Dagang Oilfield, PetroChina, Tianjin 300280, China)

Abstract:The feed gas in different components including hydrocarbon, CO2, sulfur content changes of LPG recovery unit effects are described, and puts forward the corresponding temperament changes should take some measures, to ensure the normal operation of the device. The hydrocarbon composition changes’ effect on the liquefied petroleum gas and light hydrocarbon yield of LPG recovery unit were calculated.

Key words:LPG recovery unit; dehydration; refrigeration; carbon dioxide

作者简介：

doi:10.3969/j.issn.1007-7804.2016.02.007

中图分类号：TE868

文献标志码：A

文章编号：1007-7804(2016)02-0024-03

收稿日期：2016-01-15