天然氣液化脫酸系統發泡技術研究

趙光偉

(寧夏哈納斯液化天然氣有限公司,寧夏 銀川 750021)

由于MDEA溶液(N-甲基二乙醇胺)對H2S具有良好地選擇性,在一定濃度下對CO2和H2S進行循環吸收，再生效果非常好，而且其再生溫度低,熱穩定性好,蒸汽壓較低,容積損失小,對碳鋼設備基本無腐蝕[1]。使用MDEA溶液脫酸成為近年來天然氣脫酸的主流方法，越來越多的液化天然氣廠家使用這一方法。當然缺點也是存在的，在使用MDEA溶液脫酸過程中會存在發泡和攔液現象,甚至會引起霧末夾帶造成MDEA溶液損失,對下游工藝單元也會造成影響,使天然氣脫酸能力大為降低,進而使生產裝置的加工量下降或者不能正常生產運行。所以怎么控制或減少MDEA溶液的發泡問題,是液化天然氣廠家保證生產裝置安全、平穩、高效運行急需解決的首要問題。

1 脫酸系統發泡和攔液現象及原因

1.1 發泡和攔液現象

寧夏哈納斯液化天然氣裝置自2011年建成投產以來，天然氣凈化單元脫酸系統發泡和攔液現象時有發生，尤其是在晚上的時候發泡現象更加頻繁。發泡時脫酸系統吸收塔的各項參數指標會發生明顯的變化，大量的MDEA溶液會隨著天然氣氣流上升發生霧沫夾帶現象，而吸收塔的差壓△P迅速增大的同時塔底部的MDEA溶液液位會快速下降,導致在吸收塔中上部水洗段液位快速上漲，甚至吸收塔頂的塔頂分離器液位也會明顯上升。吸收塔里面MDEA溶液的溫度會比原來有所降低,天然氣在吸收塔頂出口的CO2組份會出現明顯變化(CO2含量快速上升或超過產品合格指標)。由于脫酸系統吸收塔各項參數指標的變化，脫酸系統再生塔的部分參數也隨之出現變化。例如再生塔的壓差明顯增大，再生塔底部液位會出現下降的趨勢 ,再生塔頂部的出口溫度也會上漲等。我們正常操作時在處理脫酸系統發泡和攔液現象的調節手段一般有兩種：一是快速把生產加工量降低(主要是防止脫酸指標不合格的原料氣和大量的MDEA溶液帶入到下游單元)，二是向脫酸系統加入消泡劑。但是由于降低生產加工量和給吸收塔中加入消泡劑只能緩解發泡和攔液的現象,還是會對裝置的運行平穩率和產率有極大的影響。所以找出發泡的原因并實施有效的措施，才能從根本上去解決這個問題，進而確保裝置能平穩長周期的運行。

1.2 發泡原因

根據對本廠原料氣組份、MDEA溶液濃度、操作數據進行分析。發現引起脫酸系統發泡的原因有以下幾點:第一原料氣中CO2含量波動:白天一般穩定在0.3%～0.6%左右,而在夜間在0.8%～1.2%左右浮動,有時甚至會達到2%。第二原料氣溫度的變化不穩定，白天溫度在35℃左右恒定不變,但是在晚上尤其是后半夜時原料氣溫度會降低很多。所以導致原料氣和MDEA溶液的溫差不穩定，變化極大(△T在5～10℃時吸收效果最佳)。第三MDEA溶液配比濃度較低:MDEA溶液濃度在32%，HEP溶液濃度在7%(見表1)。第四在對本廠的MDEA溶液重烴外排操作中發現有活性炭顆粒，管道焊渣和鐵銹等雜質。

表1 天然氣凈化單元脫酸系統數據

2 脫酸系統發泡原因分析

氣泡是由溶液中的氣體分子與液體分子相互碰撞,進行能量交換,使相鄰氣體分子發生聚合,并克服液體的表面張力而形成的，由于氣泡密度遠低于液體的密度,氣泡快速上浮到液面,并受液面液膜的作用而聚集于液面處,形成由液膜隔開的氣泡聚集體,形成泡沫[1]。當溶液被污染而含有能夠降低溶液表面張力、提高溶液表面粘度的雜質(即類似于表面活性劑的物質)時,產生的氣泡使體系的比表面積增大而克服表面張力所做的功較不含雜質時減少,則泡沫體系的表面自由能較前降低,溶液就會產生相對比較穩定的泡沫[2]。所以泡沫的形成與液體表面張力和氣泡界面的彈性膜強度有關，表面張力小,液體表面增加(形成氣泡)所消耗的功就少,即越容易起泡，氣泡界面的彈性膜強度越高,泡沫的穩定性越好[1]。在天然氣液化裝置脫酸過程中MDEA溶液吸收酸氣,其本身就有很大發泡趨勢，而烴類、油類和FeS與Fe(OH)3等腐蝕產物的存在,使溶液的表面張力降低[3]。另外在裝置運行時原料氣的溫度變化，下游脫水單元和脫重烴單元切床時的壓力波動，原料氣組份中CO2含量的變化都會增加MDEA溶液發泡的幾率。

3 脫酸系統發泡和攔液現象處理辦法

找出脫酸系統發泡的原因并實施有效的整改措施，才能從根本上去解決這個問題，進而確保生產裝置的運行平穩率和產率。結合裝置條件和實際工況,使用了下列相應的處理辦法:

(1) 對脫酸系統的各個塔、罐、氣液分離器定時進行烴類物質的外排操作,防止烴類物質過多影響MDEA溶液。

(2) 提高脫酸系統過濾設備的過濾精度，以減少帶入胺液系統的雜質量。并且及時清洗或更換過濾設備。

(3) 根據胺液濃度及時補入新鮮胺液,提高胺液濃度，將MDEA溶液濃度在50%左右。(包含HEP活化劑溶液濃度在內)見表2。

(4) 協調上游單元控制原料氣組份,當CO2含量增加時,及時調節脫酸系統中胺液再生塔的熱源,提高胺液的再生效果。

(5) 調整操作，控制原料氣進氣溫度和MDEA溶液溫度,將氣液兩相溫差控制在最合理的5～10℃之間。

表2 改進后天然氣凈化單元脫酸系統數據

(6) 平穩操作，保持各個工段的壓力和流量保持在穩定狀態。如有壓力和流量波動時，及時調整。

(7) 降低脫酸系統胺液閃蒸罐壓力,讓更多胺液中溶解烴類閃蒸出來。

(8) 及時取樣化驗分析，嚴密監控原料氣組份和胺液濃度的變化。

4 結束語

寧夏哈納斯液化天然氣裝置自投產運行以來，天然氣凈化單元脫酸系統發泡現象頻繁發生，嚴重時更影響了裝置的安全、平穩、長周期的運行。在對脫酸系統胺液發泡現象實施積極有效的調整措施以后，明顯減少和控制了脫酸系統發泡現象的發生，保證了生產裝置的正常運行，提高了裝置的加工產量。