天然氣重?zé)N脫除改造

張 瑞

(寧夏哈納斯液化天然氣有限公司，寧夏 銀川 750021)

在天然氣處理和加工工業(yè)中，天然氣的脫重?zé)N是天然氣管道輸送和天然氣液化前的預(yù)處理工段，若天然氣中C6+未被脫除到“微量”水平，在低溫液化時，天然氣中的重?zé)N會以固體的形式凍結(jié)在換熱器的管束或節(jié)流閥的工作部位，使換熱器壓差增大，降低裝置的生產(chǎn)能力，在一定的工況下，堵塞換熱管道和設(shè)備，嚴重影響了安全運行，為了避免天然氣中的重?zé)N對液化工藝的影響需將天然氣中的重?zé)N在深冷液化前脫除，目前LNG處理廠多采用吸附床內(nèi)聯(lián)合利用了分子篩(MS)去除氣體中的水分 與硅膠(SG)脫除苯和 C9 含量在硅膠床層底部降到微量級別、活性炭從原料氣中將所有的 C7 和 C8 除去，由于在冬季氣質(zhì)發(fā)生改變重?zé)N含量與設(shè)計不符，脫重?zé)N床設(shè)計能力最好脫除1000ppm重?zé)N。根據(jù)床層順控程序，控制參數(shù)，增設(shè)凝析油氣氣提塔C-1301等探究，綜合優(yōu)化床層順控及參數(shù)控制，及時解決了脫重?zé)N在深冷時堵塞管道。

1 工藝流程及工藝原理

重?zé)N脫除工序是將原料氣中所含的C6+脫除到“微量”水平，防止對于裝置深冷工序造成堵塞、故障。在裝有硅膠和活性炭的重?zé)N脫除床內(nèi)，實現(xiàn)重?zé)N的脫除。所采用設(shè)計包括在吸附床內(nèi)結(jié)合使用分子篩(MS)與硅膠(SG)和活性炭。 MS 層有助于脫除氣相水分，因此被置于 SG 層上面，起到防護床層的作用。脫重?zé)N床吸附時間為12 h，再生時間包括床泄壓至解析壓力、并聯(lián)階段，床層預(yù)熱階段，床層加熱階段，床層冷吹階段，重新加壓至吸附壓力15min、層備用階段，床層并聯(lián)時間15min再生時間為11 h，再生氣來自于脫汞后天然氣，經(jīng)高溫?zé)嵊图訜嶂?80 ℃對床層進行再生，床層順控控制采用自動控制，工藝流程圖見圖1。

圖1 脫重?zé)N工藝流程圖

Fig.1 Heavy hydrocarbon removal process flow drawing

2 天然氣重?zé)N含量變化(對比設(shè)計重?zé)N指標與現(xiàn)在指標，指出重?zé)N床已不能滿足要求)

寧夏哈納斯液化天然氣根據(jù)兩種原料氣源： 原料氣 1 和原料氣 3設(shè)計重?zé)N床脫除能力C6+最大是1000 ppm，而實際原料氣組份如表1。

表1 實際原料氣組份

由于原料氣中的 HHC 的濃度偏高，最初設(shè)計的HHC 脫除塔1000ppm不能滿足將 HHC 濃度降到可接受的范圍。因此，提議作少量變更來優(yōu)化。

3 脫重?zé)N床優(yōu)化措施(寫如何調(diào)整順控程序，及再生溫度曲線對比)

(1)因為原料氣質(zhì)改變，重?zé)N吸附床層不能滿足 12 h吸附運行，將再生周期的時間由 12 h減少到 6 h。(加熱階段 2 h，冷卻階段 3.5 h，剩下的時間為卸壓和充壓。

(2)再生氣的流量由5500kg/h增加到 6500kg/h，加快再生床的速度。

(3)將再生氣外排城市氣體管網(wǎng)，改為在冷卻階段，通過 壓力控制閥將再生氣循環(huán)回到原料氣壓縮機入口罐，減少排入城市氣體管網(wǎng)或熱電廠的再生氣流量，降低能耗。

(4)在再生氣空冷中冷卻時，再生氣中高含量 HHC 會將 HHC 冷凝下來。HHC 凝液收集在重?zé)N緩沖罐。在專門的液位控制閥作用下，HHC 凝液輸送到單重?zé)N回收單元作進一步和處理。注意，凝液僅在再生加熱階段出現(xiàn)。

(5)操作工可以將再生氣冷后溫度設(shè)定值調(diào)低以獲得最大量的凝液。

(6)為了監(jiān)測 HHC 解吸單元的性能，增加一臺氣相色譜來分析 HHC 組份，如 nC6,iC6,nC7,nC8 和苯。新的氣相色譜將分析兩條生產(chǎn)線的下列物流。i. HHC 床層進口氣ii. HHC 床層出口氣iii. 從 HHC 床層出來的再生物流iv. 冷凝汽提器(C-1301)氣相出口物流考慮取樣分析的關(guān)鍵性， 可根據(jù)需要在操作中調(diào)整苯和 C6+等組份在 LNG 內(nèi)的固體溶解度很小。這些組份有可能在 MCHE 中凍結(jié)，阻塞管側(cè)，限制甚至阻斷原料氣流動。這些組份也有可能在 LNG 儲罐底部積累。因此，控制進入 MCHE 中溫管束進料氣的品質(zhì)非常重要，進料氣將在 MCHE 中溫管束冷凝。一個在線分析儀將監(jiān)測進入中溫管束進料氣的品質(zhì)，特別關(guān)注 C6，C7，C8 和苯的含量。C-1301 出來的氣體品質(zhì)主要通過控制離開高溫管束原料氣的溫度。 C-1301 重?zé)N脫除塔頂部出來并進入 MCHE 中溫管束中的 C6+和苯含量應(yīng)該維持在固體溶解度以下，從而確保在 MCHE 或 LNG 產(chǎn)品中不發(fā)生凍結(jié)。使 MCHE 高溫管束出來的原料氣溫度更低，可以降低 C-1301 頂部氣相中 C6+和苯的含量。

4 重?zé)N床負荷測試數(shù)據(jù)

表2 脫重?zé)N床1230B穿透測試數(shù)據(jù)表

5 結(jié)論

經(jīng)過脫重?zé)N床層優(yōu)化后，未出現(xiàn)過液化深冷管束因重?zé)N堵塞壓差上漲，保證了裝置平穩(wěn)安全生產(chǎn)。裝置有同類現(xiàn)象可做以借鑒。