分子篩脫水裝置在南約洛坦處理廠的應用

黃婭 劉超 侯光遠(重慶天然氣凈化總廠， 重慶 401200)

分子篩脫水裝置在南約洛坦處理廠的應用

黃婭 劉超 侯光遠(重慶天然氣凈化總廠， 重慶 401200)

南約洛坦天然氣處理廠位于土庫曼斯坦馬雷州，主要工作是脫除原料天然氣中的硫化氫以及多余的水分和烴類物質，為土庫曼斯坦和中國輸送優質的凈化天然氣。為保證要求的脫水深度，本裝置采用分子篩脫水工藝。本文主要介紹了南約洛坦天然氣處理廠分子篩脫水裝置的工藝流程，對四塔切換程序進行了重點介紹。

分子篩脫水裝置；工藝流程

0 概述

土庫曼斯坦南約洛坦處理廠設計處理原料天然氣115×108m3/a，工作壓力為9.2MPa，H2S含量為68g/m3左右，CO2含量為120g/m3左右，從氣井中采出的原料天然氣含有硫化氫、二氧化碳、飽和水和部分重烴等組份，影響天然氣的毒性、水露點、烴露點等，需要進行脫硫脫碳、脫水、脫烴后才輸送回中國。

其中的脫水則是指脫除天然氣中所含的水份，冷凝水的局部積累將限制管線中天然氣的流動，降低輸氣量，而且水的存在(不論氣相或液相)使輸氣增加了不必要的動力消耗，也給后續脫烴裝置的機泵和換熱設備帶有一系列棘手的問題。因此，天然氣一般都應先進行脫水處理，使之達到規定的指標后才進入輸氣干線。

1 脫水方法

三甘醇脫水與分子篩吸附脫水是目前普遍采用的兩種天然氣脫水方法。

三甘醇法脫水具有投資較低、系統壓降較小、脫水時補充甘醇比較容易的優點。分子篩脫水的深度要遠遠高于三甘醇脫水，但是分子篩壽命有限，一般約3年需要更換，操作費用較高，但對水露點要求低以及需要深度脫水的場合，如下游有采用深冷法回收乙烷或液化石油氣的輕烴回收裝置，則必須采用分子篩法脫水，以避免形成水合物，堵塞管道。

由于南約洛坦處理廠原料氣含硫量較高，且產品氣要求同時控制水露點和烴露點，為保證要求的脫水深度，選擇了分子篩脫水法，本裝置使用4A型分子篩。

2 工藝原理

分子篩是人工合成沸石，對極性、不飽和化合物和易極化分子(特別是水)有很大的親和力。在分子篩的結構中有許多孔徑均勻的孔道與排列整齊的孔穴。這些孔穴不僅提供了很大的比表面(比表面積約800～1000m2/g), 而且它只允許直徑比孔徑小的分子進入, 而比孔徑大的分子則不能進入, 從而使分子篩有很強的選擇性。

本裝置選用的4A型分子篩孔徑約為4×10-10m，不僅可以吸附水，同時還可以吸附CO2、H2S等雜質。

分子篩脫水屬于氣固吸附過程，是一個可逆過程。分子篩在低溫高壓下吸附至臨近轉效點時，通過升溫、降壓讓被吸附物質從分子篩表面脫附再生，從而實現了水與濕凈化氣的分離。

3 工藝流程

3.1 總體工藝流程

從脫硫脫碳裝置來經脫烴裝置冷卻至30℃的壓力為8.75MPa的原料氣，經原料氣聚結器除去夾帶的水滴后進入分子篩脫水塔。原料氣分為兩股，并聯自上而下地分別通過兩個分子篩脫水塔，進行脫水吸附過程。脫除水后的凈化氣進入產品氣粉塵過濾器，過濾除去分子篩粉塵后去脫烴裝置。

從干氣管線上引出一部分干氣作為冷卻氣，溫度為31℃，壓力約為8.65MPa的冷卻氣自上而下通過剛完成再生過程的分子篩脫水塔，以冷卻該塔。冷卻至床層出口溫度為50℃時視為冷吹完成。

冷卻氣出塔后壓力約為8.63MPa經再生氣/冷吹氣換熱器與富再生氣換熱后進入再生氣加熱爐，加熱至300℃后作為貧再生氣，貧再生氣自下而上通過剛完成吸附過程的分子篩脫水塔，以加熱分子篩床層，使吸附的水脫附并進入再生氣中。使再生氣出口溫度達到270℃，并穩定20min視為完成再生過程。

出塔后的富再生氣經再生氣/冷吹氣換熱器回收熱量后進入再生氣空冷器中冷卻，使再生氣中的大部分水蒸氣冷凝為液體。冷卻后的富再生氣進入再生氣分離器，分離后的富再生氣經再生氣壓縮機增壓后返回脫硫脫碳裝置。見圖1。

3.2 分子篩吸附塔四塔切換流程

本裝置采用四塔流程，分子篩脫水塔1個操作周期內吸附12小時，再生6小時，冷卻6小時，運行期間保持兩塔吸附、一塔冷卻、一塔再生，保證了再生氣加熱爐連續操作。同一股氣流，先用作冷吹氣，后作為再生氣，既減少了再生氣用量，又回收了熱能，降低了能耗。

以A塔再生，B塔冷卻，C、D塔吸附完成，準備開始切換為例。

(1)當C-1201A出塔再生富氣達到270℃時按下述程序切換為C-1201B再生、C-1201A冷吹。開閥25、26，C-1201B開始再生；關閉閥15、16，C-1201A停止再生；開13、14，C-1201A開始冷吹；關閉閥51，完成切換。

(2)C-1201A出口溫度為50℃，同時C-1201B出塔再生富氣溫度達到270℃時并穩定20min,切換為C-1201A吸附、C-1201B冷吹、C-1201C再生：打開閥35、36，C-1201C開始再生，同時打開閥51；關閉25、26，C-1201B停止再生；打開閥23、24，C-1201B開始冷吹；關閉閥13、14，C-1201A停止冷吹，打開閥11、12，C-1201A開始吸附；

圖1 南約洛坦天然氣處理廠分子篩脫水工藝流程圖

(3)當C-1201B、C-1201C分別完成冷吹、再生時，切換為C-1201B吸 附，C-1201C冷吹，C-1201D再 生，C-1201A繼續吸附。

(4)C-1201A吸 附 時 間 達12個 小 時，C-1201C和C-1201D分別完成冷卻、再生程序時；按切換程序，進入吸附塔工作的第二狀態(見表1)。

表1 吸附塔工作狀態切換表

C-1201A再生6個小時后，按吸附塔工作狀態切換表循環方式，切換到第三狀態；每24小時循環一次回到起點并進入下一次循環。

4 運行情況

2013年8月22日至2014年4月19日，南約洛坦處理廠Ⅰ-Ⅵ列裝置陸續投產成功，分子篩脫水單元也均全部一次性投產成功，運行情況較好(見表2)。

由表中可以看出，伴隨各列裝置開產或臨時停運，裝置對隨之產生氣量波動適應情況良好，季節變化對產品氣水露點的影響并不顯著，可見分子篩裝置操作彈性較好。

5 結語

南約洛坦處理廠采用分子篩脫水工藝完全能滿足生產的需要，并具有生產流程簡單、操作維護不復雜、生產負荷彈性大、受季節和氣溫的影響相對較小等特點。分子篩脫水工藝適合裝置規模大，對脫水深度要求高的工況。

表2 運行數據統計表

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[2]郭洲,曾樹兵，陳文峰. 分子篩脫水裝置在珠海天然氣液化項目中的應用[J]. 石油與天然氣化工,2008,37(12):138-140.

[3]李靜，牛黎明.天然氣脫水工藝在福山油田的應用[J]，石油規劃設計，2009，20(2)：33～35.

[4]羅小軍，劉曉天，萬書華.分子篩吸附法在高酸性天然氣脫水中的應用[J]，石油與天然氣化工，2007：36(2):118-123.