采用降低压下的方法提高分子筛脱水效果

杨培伦 唐涛 杜莎 杨文霞 张晖

摘要：天然气初加工中采用浅冷分离和深冷分离回收天然气中的凝析油，进行冷冻分离前需要脱除天然气中的水份，原有的生产流程因天然气中的水份脱出率达不到生产要求，冷冻分离时会产生冻堵，影响整个装置生产运行。通过流程优化、设备改进及创新产品的应用，将分子筛再生时的压力由2.3MPa降为1.0MPa，降低了水的沸点，脱出分子筛内的全部水分，提高了分子筛内吸附材质的干度，使天然气加工前露点由-45℃降到了-70℃以下，杜绝了冻堵现象的发生。

关键词：天然气;分子筛;脱水

一、问题的提出

天然气进入深冷装置需要脱除水份，脱水使用分子筛脱水，利用分子筛吸水完成后切换另一备用筒再吸附，吸附完成后的高含水分子筛，通过加热的高温气体把分子筛中的水份蒸出后冷却备用，整个装置由两个分子筛筒组成，一个吸附运行，一个再生冷后备用，两个筒切使用。制冷装置使用膨胀机制冷，现在深冷装置每天处理天然气30万立方米左右，膨胀机制冷温度达能到-73℃左右，脱水装置去年10月份投产，装置投运后天然气脱水后露点温度只能达到-40℃至-45℃左右，脱水后天然气露点温度达不到深冷-73℃生产要求。

二、改进思路及方案实施

天然气初加工中采用浅冷分离和深冷分离回收天然气中的凝析油，进行冷冻分离前需要脱除天然气中的水份，深冷分离时制冷温度能达到-80℃左右，如果天然气中含水份高于工艺要求值，在这样低的温度下就会发生冻堵，影响整个装置生产运行。

永清站深冷装置，脱水装置是使用分子筛脱水，利用分子筛吸水完成后切换另一备用筒再吸附，吸附完成后的高含水分子筛，通过加热的高温气体把分子筛中的水份蒸出后冷却备用，整个装置由两个分子筛筒组成，一个吸附运行，一个再生冷后备用，两个筒切使用。制冷装置使用膨胀机制冷，现在深冷装置每天处理天然气30万立方米左右，膨胀机制冷温度达能到-73℃左右，脱水装置去年10月份投产，装置投运后天然气脱水后露点温度只能达到-40℃至-45℃左右，脱水后天然气露点温度达不到深冷-73℃生产要求，经分析脱水装置脱水效果差的原因是吸附水份后的分子筛内的水份在没有完全的蒸出来，使分子筛的吸水量下降，现采取措施：1、提高分子筛再生气温度，来提高再生效果，装置的分子筛再生气是由电加热棒加热，再生气进口温度在285℃，设计再生气出口温度在180℃至190℃，提高再生气出口温度再生筒的再生时间延长，再生温度出口温度达到180℃时，吸附再生切换周期为11个小时，吸附筒的吸附时间也相对延长，长时间的吸附时间使天然气中含水量超过分子筛的吸附量，脱水后的天然气中的含水量高于规定值，提高温度后分子筛内的水份还是不能完全蒸出，另外高温再生气是由电加热棒加热，设定加热出口温度过高电加热器配电柜的电器元件长时间满负荷运行，使电器元件经常损坏。2、咨询了脱水装置的制造厂家，分子筛脱水效果差的原因，厂家建议是因为来气含水过多，分子筛长时间超负荷使用，吸水能力下降，建议更换分子筛填料，使用不到一年就需要更换分子筛，成本增加。

经过几次提高再生温度，天然气的脱水效果没有明显的提高，因脱水装置脱水效果不好，天然气内还含有一定的水脱除不掉，现只能依靠注甲醇来继续脱除天然气中的水份，防止低温下发生冻堵，采用甲醇脱水后起到了一定的作用，但时常还有冻堵发生，并且每天需要大量注入甲醇量大约400升，正常生产时每天回收混合轻烃约14吨左右，装置有冻堵现象时制冷温度升高并且注醇量还需要增加，每天只能回收10吨左右，每天減产4吨左右，冻堵严重时需要停产一两天解堵，每天影响产量14吨左右。深冷装置每月都有会发生冻堵现象，注醇解堵大约需要一星期时间，每月因冻堵影响产量在22吨左右。

深冷装置能够正常运行更多回收凝析油，脱除天然气中的水份是生产正常运行的关键，怎样使分子筛吸附脱水能力提高，分子筛再生后能全部脱除吸附的水份，而且再生时间又不能太长，使整个吸附和再生切换周期时间在8小时左右，并且在这样的操作条件下，经脱水后的天然气中露点温度降低达到-60℃下以满足生产要求（脱水装置的设计脱水露点温度为-60℃），经脱水后能够不注甲醇或少量的注入甲醇，即可以满足装置在制冷温度达到-73℃以下生产时不发生冻堵。

怎样提高分子筛的再生效果，通过查找一些资料，分析如果将天然气中的重组份凝析出来需要增压，因为天然气中的重份的冷凝温度随着压力的增加而上升，现在普遍采取的方法增压后分子筛吸附水份，提高脱水效果，吸水后的分子筛也是在增压后的压力下加热再生，所以因为水的沸点是随压力的升高而上升，所以在高压下需要提高再生温度。如表1所示。

通过表1，可以查到现在加压后的压力是在2.3Mpa左右，在这个压力下水的沸点温度是220.8℃，所以在高压下把分子筛内的水蒸出来只有提高温度，电加热器的出口温度规定在180℃-190℃，不能满足在2.3Mpa下把分子筛内水份完全蒸出的要求，而在1.0Mpa下，水的沸点温度为183.2℃，能够满足现加热器加热温度的要求。

改造分子筛再生气流程，原来是回到脱水装置的进口属于高压系统压力为2.3Mpa，分子筛再生压力为2.3Mpa，现改反回到增压机进口，增压机进口为低压系统，压力为1.0Mpa左右，通过改造后，分子筛的再生压力可以控制在1.0Mpa左右，在脱水装置现有的加热操作参数下，分子筛的吸附再生切换时间为7.5小时左右，经过脱水装置脱水后的天然气露点温度平均达到-63℃。比改造前下降了18℃，现只需要少量注醇就能满足生产需要。

2019年10月22日改造流程后，脱水装置使用良好，装置没有因为天然气中含水量过高发生冻堵现象。

三、应用效果

在改造前经过脱水装置脱水后的露点温度为-45℃，改造后脱水后的露点温度为-63℃，下降18℃，

注醇量下降：改造前注醇量为400升/天改造后注醇量为200升/天，每天节约200升达到节能减排的效果

露点温度降低，制冷温度可达到73℃，温度降低可增产0.766吨/天

改造后的效益：

每天节约甲醇200升一年为：200×365=73000升=73米3

甲醇比重为：0.7918每年节约甲醇：73×0.7918=57.8吨

甲醇价格为：4500元/吨，节约甲醇为：57.8×4500=26万元

每天多生产混合轻烃：

多产混合轻烃0.766吨/天，每吨轻油价格为：3326.57元/吨，

0.766吨/天×365天×3326.57元/吨=930075元=93万元

每年创效合计：26+93=119万元

四、技术创新点

根据水沸点温度随着压力的降低而下降的原理，通过降低分子筛再生时的操作压力的方法，实现了在设计加热温度下达到水沸点，提高了分子筛吸水后的再生及脫水效果，脱水后的天然气含水量超过了脱水装置设计值，深冷装置在低温运行时，不出现冻堵现象。只是一个小小的参数的改变提高了很大的经济效益。

参考文献：

[1] 成大先.机械设计手册（第五版）.北京：化学工业出版社，2010.

作者简介：

杨培伦，华北油田第四采油厂，集团技能专家，唐涛，华北油田第四采油厂，轻烃装置首席技师;杜莎，华北油田第四采油厂，高级工程师;杨文霞，华北油田第四采油厂，轻烃装置高级技师;）张晖，华北油田第四采油厂，轻烃装置高级技师