三甘醇再生廢氣處理工藝研究*

荊國林，葉 萍，呂廣博

(1.東北石油大學化學化工學院 石油與天然氣化工省高校重點實驗室，黑龍江 大慶163318；2.大慶油田有限責任公司天然氣分公司，黑龍江 大慶 163000)

大慶天然氣分公司北I-1深冷站流出的天然氣含有水分，其中的水分會結合成水合物堵塞并腐蝕管道和設備，降低運輸能力[1-2]。采用三甘醇脫水工藝處理天然氣中含有的水分，但是排出的三甘醇再生廢氣帶有異味，其中還含有少量的有害物質。三甘醇再生廢氣直接排放到空氣中，呼吸到人體內(nèi)會對人體健康造成危害，也會對周圍環(huán)境與周圍設備有不同程度的損壞[3-5]。因此解決三甘醇再生廢氣的排放問題迫在眉睫。作者基于現(xiàn)有設備的基礎上提出了一套處理三甘醇再生廢氣的技術，從根本上解決了三甘醇再生廢氣危害人體健康和污染環(huán)境的問題。

1 三甘醇再生廢氣成分分析

從大慶天然氣分公司北I-1深冷站采出的天然氣經(jīng)檢測含有CO2和N2，天然氣中的φ(純烴)=86.70%，φ(CO2)=6.02%，φ(N2)=7.28%。經(jīng)過分析的氣體樣表明在三甘醇精餾柱頂揮發(fā)氣的主要組分為重烴，其中也含有少量三甘醇，揮發(fā)氣中帶有異味，經(jīng)過分析得出其中含有C2H6、C3H8、i-C4H10+C2H2、n-C4H10、i-C5H12、C3H4+n-C5H12，其中還含有無害組分O2、N2等。由于三甘醇脫水裝置需高溫加熱才能使天然氣脫水，所以在三甘醇再生廢氣中也含有一些重烴隨蒸汽一同排出[1,6]。經(jīng)計算得出在三甘醇再生廢氣中主要物質φ(三甘醇)為10.10%，φ(重烴)為5.30%，其中大部分為水蒸氣還含有微量二氧化碳等物質。

2 三甘醇再生廢氣處理技術

2.1 三甘醇再生廢氣處理工藝

為了解決大慶天然氣分公司北I-1深冷站三甘醇再生廢氣危害人體健康污染環(huán)境的問題，回收并且處理再生氣中的有害組分是亟需解決的問題。在現(xiàn)有裝置的基礎上增加廢氣分離吸附裝置，將廢氣排放口排出的廢氣通入分離裝置，分離處理之后通入吸附裝置，最后進行排空，并收集分離裝置冷凝下的液體。該方案很好地解決了廢氣的能源浪費和環(huán)境污染問題，去除異味效果好，流程簡單易行[3]，見圖1。

圖1 北I-1深冷站三甘醇再生廢氣處理工藝

2.2 氣液分離器設計計算

根據(jù)浮動液滴的循環(huán)條件可知[7]：

(1)

式中：ut為液滴的沉降速度；g為重力加速度；ρL為液體密度；ρG為氣體密度；d為液滴直徑；C*為阻力系數(shù)。

(2)

式中：μ為氣體粘度，其余同前。

氣液分離器直徑計算：

(3)

式中：Dmin為氣液分離器的最小直徑；V為氣體流量(操作狀態(tài)下)；ut同前。

根據(jù)式(3)可以求出氣液分離器直徑(D)。

氣液分離器高度計算(此處所指高度為設備圓柱體部分高度)：

(4)

式中：HL為液位高度；VL為液體體積流量；t為液體的停留時間，一般取5～10 min；D為氣體分離器直徑。

由式(4)確定氣液分離器的高度。根據(jù)天然氣分公司北I-1深冷站提供的數(shù)據(jù)與公式(1)、(2)、(3)和(4)計算和出于對實際情況的考慮得出了氣液分離裝置的尺寸氣液分離裝置圓筒直徑為400 mm,圓柱體高度為600 mm,進氣口高度為350 mm,上出口為50 mm，下面排出液出口為50 mm。

2.3 吸附裝置設計計算

根據(jù)計算出的氣液分離器的尺寸設計吸附裝置的直徑與高度，吸附裝置沒有嚴格的尺寸要求，根據(jù)從氣液分離裝置排出的廢氣的量來設計吸附裝置，根據(jù)氣液分離裝置與現(xiàn)場實際情況設計的吸附裝置圓筒直徑為300 mm，圓柱高度為400 mm,上排氣口為100 mm，下進氣口為50 mm。吸附裝置內(nèi)放置吸附劑，由于三甘醇再生廢氣中含有重烴與三甘醇，三甘醇在氣液分離裝置中冷凝下來，不再存在于排放氣中，因此在吸附劑中加入具有超強吸附能力，并可再生的活性炭纖維氈、脫硫劑、活性炭，用來吸收三甘醇再生廢氣中的重烴組分，從而達到對再生廢氣的無害化處理。

2.4 處理后揮發(fā)氣情況

處理后揮發(fā)氣的量減少，大部分揮發(fā)氣在分離裝置中冷凝，成為排出液，從分離吸附裝置中排出的氣體量減少，三甘醇經(jīng)冷凝后可以處理再利用，減少了三甘醇的浪費，同時也保護了周圍的生產(chǎn)設備，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 處理后揮發(fā)氣各組分去除率

對通過分離裝置的氣體樣進行分析得出異構C4得到了去除，異構C5的量也大量減少,體積分數(shù)由原來的0.153 2%降至0.1%，其它物質的體積分數(shù)也大幅度減少。其中重烴體積分數(shù)減少，異味基本去除。

對通過吸附裝置的氣體樣進行分析得出其中的C2、C3、C4、C5的含量相對減少，總體積分數(shù)從2.135%降至0.03%，可以看出其中有機物組分含量減少，對環(huán)境污染減少，廠區(qū)異味基本去除，不會對周圍人員健康造成危害。

3 結 論

采用分離吸附裝置處理三甘醇再生廢氣，通過進行現(xiàn)場實驗和現(xiàn)場評價得到如下結論。

(1)φ(三甘醇)由原來的10.1%下降到0.3%，去除率達到了97.03%；

(2)φ(重烴)由原來的5.3%下降到0.02%，去除率達到了99.62%；

(3) 三甘醇再生廢氣的異味在廠區(qū)內(nèi)基本得到了去除，采用分離吸附裝置處理三甘醇再生廢氣具有非常好的效果，并且工藝簡單，造價低，此方法適合廣泛使用。

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