煤制天然气干燥装置运行分析及异常工况处理

2020-07-20李超帅

山东化工 2020年12期

李超帅，曹峰

(伊犁新天煤化工有限责任公司，新疆伊犁 835000)

煤制天然气工艺中甲烷合成的气体中含有大量的水分，必须对其进行干燥，使其达到管道输送的水露点要求，干燥脱水技术是煤制天然气进入管道输送的把关工序，在常规天然气脱水中广泛使用的三甘醇脱水技术，也适用于煤制天然气的干燥脱水[1]。

伊犁新天煤化工有限责任公司20×108Nm3/a煤制天然气项目，设置A/B两套天然气三甘醇脱水装置，单套天然气处理能力12.5×104Nm3/h，2017年3月干燥装置投料试车成功，天然气干燥装置近三年的运行情况基本稳定，脱水后天然气水露点能够满足天然气长输的要求。本文分析了天然气干燥装置的运行情况，介绍了生产运行中发生的水露点高及三甘醇消耗高两种异常工况的处理过程，总结了相关的处理经验。

1 天然气干燥装置运行情况分析

天然气干燥装置原始开车运行稳定后，进行了72 h的满负荷试验，试验表明干燥装置满负荷时的处理能力、天然气水露点、装置消耗等满足设计要求，表1为天然气干燥装置72h满负荷试验的参数。

表1 天然气干燥装置72h满负荷试验参数

2 干燥装置异常工况处理

2.1 干燥装置天然气水露点异常上升

2.1.1 干燥装置天然气水露点异常上升过程简介

2017年6月13日，发现天然气干燥A装置天然气水露点DCS在线显示值及化验室分析值出现上涨，此时干燥A装置天然气处理量为8.8×104Nm3/h，16∶00水露点开始上升，18∶30分联系化验室加样分析露点值为-52.0℃，天然气水露点迅速上升，表2为6月13日在线及化验室分析水露点变化情况。

表2 6月13日在线及化验室分析水露点变化情况

2.1.2 原因分析及工艺参数调整

影响天然气干燥三甘醇脱水装置脱水效果的因素主要有进吸收塔湿气温度、三甘醇质量分数、吸收塔操作压力、三甘醇循环量等[2]，发现天然气水露点异常后，对天然气水露点增加取样分析频率，水露点分析频率由4h一次调整为2h一次。

水露点异常时，两台三甘醇循环泵满负荷运行，三甘醇循环量达12000kg/h，无法通过调整循环量的方式来降低天然气水露点，表3为水露点升高后的工艺调整措施。

表3 天然气水露点升高后的工艺调整措施

采取以上控制措施后，天然气露点基本保持在在线分析-26～-29℃，化验室分析值-50～-54℃，各项影响天然气水露点的工艺参数调整后，未发现影响天然气水露点异常升高的关键因素。

2.1.3 三甘醇纯度及换热器内漏检查

(1)三甘醇纯度检查

发现异常后，要求化验室对三甘醇的贫富液浓度加样分析，表4为贫液纯度及含水分析结果，三甘醇的贫液浓度基本合格，但是贫液中的含水有明显的上升趋势。

表4 贫液纯度及含水分析结果

(2)贫液冷却器内漏检查

根据贫液含水分析结果判断可能有冷却器内漏后，6月15日对三甘醇贫液冷却器进出口三甘醇的含水量进行了分析，分析结果显示贫液冷却器进出口的三甘醇含水量均为0.40%，判断贫液冷却器未发生泄漏。

(3)氮气加热器入口凝液切出系统检查

6月20日上午11:00左右，将天然气干燥A系列氮气加热器的入口凝液切出，改为就地排放，氮气加热器凝液切出系统后，在线分析露点值下降明显且下降幅度较大，化验室分析值也出现了明显的下降，判断氮气加热器发生内漏。6月21日切出凝液后，贫液取样分析结果为贫液纯度99.7%，含水0.16%，贫液纯度及含水已恢复正常。

2.1.4 干燥装置天然气水露点异常处理结果

氮气加热器内漏造成中压蒸汽凝液漏入到气提氮气中，从而进入到三甘醇贫液中，造成贫液含水高，纯度不合格，造成天然气水露点上升。因氮气加热器无氮气旁路，所以临时将中压蒸汽凝液改为在进入氮气加热器前就地排放，待天然气干燥装置停车检修时处理氮气加热器内漏问题。

2.1.5 氮气加热器内漏增加检测装置

氮气加热器使用中压蒸汽凝液来加热冷氮气，在装置的运行过程中，氮气加热器的内漏会造成凝液进入三甘醇再生系统内，从而导致三甘醇贫液纯度降低，影响三甘醇脱水效果。在运行中，无法直观方便的判断氮气加热器的运行情况，取样分析发现三甘醇贫液浓度下降时，已影响干燥后天然气的露点，可造成天然气水露点不合格。

在氮气加热器热氮气出口位置增加氮气加热器内漏检测装置后，能够及时发现氮气加热器的内漏，在运行中将氮气加热器切出系统检修，保证天然气水露点的稳定。

2.2 干燥装置三甘醇消耗量异常增加

2.2.1 干燥装置三甘醇消耗异常增加过程简介

2018年1月至3月，天然气干燥B系列满负荷运行，期间各项工艺指标稳定，但天然气耗三甘醇量异常上升，表5为干燥B系列三甘醇消耗量统计表，干燥B系列平均三甘醇消耗量在46mg/Nm3，而额定消耗值20mg/Nm3。

表5 干燥B系列三甘醇消耗量统计表

2.2.2 原因分析及改进措施

天然气干燥装置正常运行时，三甘醇损耗量应≤20mg/Nm3，装置运行时三甘醇损耗量过大一般由三甘醇发泡、吸收塔运行压力低、天然气入塔温度高、富液精馏柱柱顶回流偏小、气提气量增加等因素造成的。

2018年1月至3月，干燥装置B系列满负荷运行期间，干燥装置进入吸收塔的天然气压力在2.13～2.22MPa之间波动，进入吸收塔的天然气温度在21～28℃间波动，重沸器温度190～200℃之间，精馏柱顶温度75～85℃之间，气提氮气量200～230kg/h之间，影响三甘醇消耗的各项指标均在设计范围内，同时吸收塔内三甘醇取样未见发泡。

2.2.3 三甘醇废液含三甘醇情况分析

对可能引起消耗异常增加的其它原因进行了排查，确认干燥B系列三甘醇再生系统无外漏的阀门，但在运行排查中发现，干燥B装置精馏柱顶部放空口滴液中有三甘醇，为确定含量，对废液量及废液中三甘醇含量进行了分析，干燥B装置废液量为10kg/h左右，废液含三甘醇40%，废液外排造成每小时损失三甘醇4.0kg，每月三甘醇外排量约2880kg，极大的增加了三甘醇的损耗，判断废液中三甘醇的含量上升，造成的三甘醇消耗异常。

2.2.4 三甘醇消耗异常增加处理结果

针对干燥装置三甘醇消耗异常增加的情况，应调整吸收塔运行压力、天然气进塔温度、精馏柱顶温度、气提氮气量等运行参数，在天然气水露点满足要求的前提下尽量降低三甘醇的消耗。对于三甘醇废液含三甘醇高的情况，应在检修时检查精馏柱填料运行状况，必要时更换填料。