淺談變溫吸附在煤制天然氣中的作用

曹立軍

（中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司，黑龍江哈爾濱 154854）

淺談變溫吸附在煤制天然氣中的作用

曹立軍

（中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司，黑龍江哈爾濱 154854）

為除去天然氣400#單元出口脫碳氣中的少量胺液及水汽，防止氣體帶液對500#膜裝置的損壞，使天然氣露點達到-60℃以下，中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司甲醇分廠在天然氣裝置400#單元最后端加入變溫吸附裝置。

變溫吸附；天然氣；過濾；吸收

1 概述

中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司（原名哈爾濱氣化廠）于1990年開工建設，以煤為原料生產煤氣及甲醇。于2010年建設甲醇吹除氣人工提取天然氣項目，天然氣經長輸管線送往哈爾濱及兩套加氣站給礦業公司及實業公司運輸車加氣。原設計天然氣400#單元吸收塔出口天然氣直接進入500#單元膜系統，其中所含少量MDEA及MEA，對500#單元膜系統損害極大，因此決定在400#單元末端新增變溫吸附裝置，吸附劑對MDEA及MEA有很強的吸附效果，能達到脫除原料氣中所含MDEA及MEA分子，實現對原料氣的凈化。

2 甲醇吹除氣提取天然氣流程介紹

來自25萬噸甲醇裝置及8萬噸甲醇裝置的吹除氣，分別進入100#單元、200#單元普里森膜回收氫氣裝置，膜分離系統的是利用一種高分子聚合物薄膜來選擇“過濾”進料氣而達到分離的目的。在滲透氣測得到富氫氣送出界區，另一側為非滲透氣進入到變換單元（300#）作為原料氣。

兩股原料氣經提壓噴射器提壓混合后進入飽和塔，與脫鹽水混合經預熱后進入中變塔，出中變塔氣經兩次換熱后進入低變塔進行低溫變換。一氧化碳變換反應式為：

在300#變換單元，可將原料氣中的一氧化碳變換為二氧化碳，方便在后續400#脫碳單元將其除去。

變換氣直接從吸收塔下部進入，自下而上通過吸收塔；完全再生后的胺溶液從吸收塔上部進入，自上而下通過吸收塔；逆向流動的胺溶液和變換氣在吸收塔內充分接觸，變換氣中的二氧化碳被吸收而進入液相，未被吸收的其他組份從吸收塔頂部引出，進入后續膜分離單元（500#）。

原工藝流程，400#單元出口天然氣中含有少量MDEA及MEA，進入500#單元膜系統后，帶液比較嚴重，易引起500#單元換熱器阻塞，及對膜本身損壞，并且導致露點無法達到-60℃。加入變溫吸附前進入500#單元天然氣組分表如下表1。

表1　原400#單元出口天然氣組分

3 變溫吸附原理及流程介紹

3.1變溫吸附基本原理

變溫吸附技術作用是將氣體進行分離提純，它是以吸附劑（多孔固體物質）內部表面對氣體分子的物理吸附為基礎，利用吸附劑對氣體的吸附容量隨吸附溫度和壓力不同而變化的特性，吸附劑對不同氣體組份有選擇性吸附的條件下，低溫高壓時吸附混合氣中的某些組份，未被吸附組份通過吸附塔層流出，高溫低壓時脫附這些被吸附的組份，以進行下一次低溫高壓吸附，可采用多個吸附塔而達到氣體的連續分離的目的。

中煤龍化化工公司所使用吸附劑對MDEA及MEA有很強的吸附效果，能達到脫除原料氣中所含MDEA及MEA分子，實現對原料氣的凈化。

3.2變溫吸附設備介紹

3.3變溫吸附工藝流程

吸附過程（A）：來自脫碳的天然氣先經過聚結式過濾器對大液滴進行過濾，再依次經過閥門XV403/405進入裝有填料的填料塔T403A/B（頂部入），吸附劑吸附脫除天然氣中含有的MDEA和MEA以及一部分水分后從吸附塔底部經過閥門XV415/416排出，進入500#膜分離單元。

降壓過程（D）：填料塔T403A/B完成吸附后，關閉閥門XV415/416/403/405，打開閥門XV404/406，使填料塔內高壓氣體，經過調節閥HV402排入氫氣壓縮機入口，或經過調節閥HV403排入火炬系統。

表2　變溫吸附裝置設備明細表

加熱過程（H）：來自界外的氮氣，經過再生氣加熱器E407利用中壓蒸汽加熱至200℃，若中壓蒸汽溫度，流量不能滿足要求時，打開HV404補充一定量的高壓蒸汽進行加熱。經過閥門XV411/4120由填料塔底部進入降壓后的填料塔，對塔內填料進行加熱再生，再生后的再生氣，經閥門XV406/407進入再生氣冷卻器E408冷卻至40℃，進入再生氣分離器V405，氣液分離后的氮氣送出裝置放空。

吹冷過程（C）：來自界外的氮氣直接由XV409/410進入填料塔T403A/B，對加熱再生結束后的填料塔進行冷卻，冷卻后再生氣經閥門XV406/407進入再生氣冷卻器E408冷卻至40℃，進入再生氣分離器V405，氣液分離后的氮氣送出裝置放空。

升壓過程（R）：凈化后的天然氣，經過調節閥HV401和閥門XV413/414，進入冷吹完成的填料塔，對填料塔進行充壓，完成充壓過程的填料塔可以進入下一個吸附過程。

每臺吸附塔設計滿負荷連續工作8h，再生時間也為8小時，由以下幾個步驟組成：

吸附（A）

降壓（D）

加熱（H）

冷卻（C）

升壓（R）

表3　兩臺吸附塔工作時間表

3.4變溫吸附的作用

變溫吸附出口天然氣產品達到的效果為：

MDEA：≤3×10-6MEA：無

正常操作條件下，在500單元E501預熱器及后續管道、膜無熱穩鹽析出。

4 結論

中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司甲醇分廠，通過在400#單元后端加入變溫吸附裝置，可將天然氣中的MDEA、MEA及水分子進行吸收，避免將其帶入下工段500#膜系統而對膜造成損害，并且降低天然氣露點至-60℃以下。

[1] 劉文燕，趙安民，張海濤，等.制備條件對Ni/ZrO2-SiO2催化劑煤氣甲烷化的影響[J].燃料化學學報，2012，（1）：86-92.

Role of Temperature Swing Adsorption in Coal and Natural Gas

Cao Li-jun

# 400 for the removal of the natural gas unit outlet decarbonization gas in a small amount of amine and water vapor，preventing the gas with liquid membrane unit # 500 damage to natural gas dew point or less-60 ℃，coal dragon Harbin Coal Chemical Co.，Ltd.methanol branch in unit # 400 natural gas means the fi nal end temperature swing adsorption device was added.

temperature swing adsorption；natural gas；fi lter；absorption

TQ546

A

1003-6490（2016）01-0007-02

2016-01-13

曹立軍（1972—），男，黑龍江人，化工工藝工程師，主要研究方向為煤化工、甲醇合成、煤基天然氣。