芻議天然氣凈化工藝的節(jié)能降耗

劉泉洲 張楌 王志剛

陜西省延安市志丹縣長慶油田分公司第一采氣廠第四凈化廠 郵編717500

一、天然氣的應(yīng)用

由于科學(xué)的迅猛發(fā)展，促使天然氣利用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。根據(jù)近期研究領(lǐng)域和實(shí)駿的目的的發(fā)展趨勢，在以下幾個(gè)領(lǐng)域?qū)袛U(kuò)大：熱電聯(lián)產(chǎn)和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電中作為燃料應(yīng)用、替代汽車等運(yùn)輸工具的燃料油、天然氣空調(diào)系統(tǒng)、天然氣燃料電池、天然氣合成油及化學(xué)品等等。

二、再生塔設(shè)計(jì)

富液再生塔利用由重沸器提供的水蒸氣和熱量使醇胺和酸氣的反應(yīng)逆向進(jìn)行，分解胺鹽、釋放岀吸收的酸氣。由重沸器來的蒸汽對溶液還有汽提作用，即氣相內(nèi)酸氣濃度遠(yuǎn)小于其平衡濃度，在濃差的驅(qū)動下促進(jìn)HS、CO從溶液內(nèi)分岀，故再生塔也稱汽提塔。小直徑再生塔常釆用填料塔；大直徑釆用板式塔。塔徑確定方法與吸收塔相同,塔板數(shù)與吸收塔也基本相同，為20～24 塊,板間距為0.6m。在進(jìn)料塔板上方也有幾塊充水塔板用于降低溶劑蒸發(fā)損失。塔壓一般為70～130kPa，塔頂溫度一般低于107°C。確定塔徑時(shí)需知?dú)怏w流量，應(yīng)選取塔頂和塔底氣體流量較大者確定再生塔徑。塔底氣體流量等于重沸器產(chǎn)生的水蒸氣流量。塔頂氣體流量等于塔頂蒸汽流量加酸氣流量，塔頂蒸汽流量等于塔底蒸汽流量減溶液溫度由入塔溫度升至重沸器溫度所需蒸汽流量，再減去使酸氣汽化所需的蒸汽流量。

三、吸收塔設(shè)計(jì)及節(jié)能考慮

吸收塔徑和氣體處理量和壓力有關(guān)，有多種經(jīng)驗(yàn)估算法。氣體最大空塔速度可按Souders-Brown 方程估算，塔內(nèi)氣流速度過大時(shí)，造成塔板上溶液大量發(fā)泡，降液管液位上升，使兩層臨近塔板上的液體相連，產(chǎn)生液泛。為防止液泛并允許氣體以較小速度吹入塔板上的液層內(nèi)，既有良好侍質(zhì)環(huán)境，又能防止塔板上產(chǎn)生大量氣泡，為防止塔板液層發(fā)泡、氣體速度再降低15%。由氣體處理量和塔內(nèi)氣體流速即可確定塔徑。原料氣進(jìn)塔后，由于溶液吸收酸氣以及與胺液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)放岀熱量，因而流岀塔頂甜氣溫度較原料氣溫度高8～17°C。貧胺液入塔溫度一般為37-55°C。貧液溫度應(yīng)等于或略高于甜氣溫度，溫差控制在0～6°C 間，否則氣體遇貧液驟冷后將產(chǎn)生凝析烴，污染吸收溶液。同樣，由于化學(xué)反應(yīng)，岀塔富液溫度比原料氣溫度約高11～22°C。進(jìn)吸收塔貧液含有微量酸氣，含酸氣的量與醇胺類別有關(guān)。伯醇胺的殘余酸氣負(fù)荷為0.05～0.10 (mol 酸氣/mol 胺液)，仲醇胺為0.03～0.05，以MDEA 為基料復(fù)配的吸收溶劑的殘余酸氣負(fù)荷為0.005。岀塔富液的酸氣負(fù)荷常按80%酸氣平衡負(fù)荷考慮。塔型選擇時(shí)考慮的因素有：物料性質(zhì)、操作條件、塔設(shè)備的性能及塔設(shè)備的制造、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)和維修等。吸收塔和再生塔是醇胺法工藝的核心設(shè)備，分別承擔(dān)吸收酸性組分和從洛液中趕出酸性氣體的職責(zé)。對于直徑大于等于0.8m 時(shí)，宜選用板式塔。在計(jì)算塔徑時(shí)，考慮到醇胺溶液易于起泡的特點(diǎn)，不宜采用過小的板間距。通常釆用的板間距為600mm,為維修檢修方便，有人孔時(shí)，板間距取800mm。根據(jù)《氣田天然氣凈化廠設(shè)計(jì)規(guī)范》可知，浮閥塔盤具有彈性大、效率高、處理能力比泡罩塔和篩板塔的特點(diǎn)，故吸收塔、再生塔宜優(yōu)先釆用浮閥塔。從閃蒸分離器底部排出的富甘醇依次經(jīng)過纖維過濾器和活性炭過濾器除去甘醇溶液在吸收塔中吸收與攜帶過來的少量固體、液烴化學(xué)劑及其它雜質(zhì)。這些雜質(zhì)可以引起甘醇溶液氣泡、堵塞再生系統(tǒng)的精餾柱（通常是填料柱），還可使重沸器的火管結(jié)垢。由纖維過濾器和活性炭過濾器來的富甘醇經(jīng)貧/富甘醇換熱器預(yù)熱后，進(jìn)入重沸器上部的精餾柱中。精餾柱一般充填填料。富甘醇在精餡柱內(nèi)向下流入重沸器時(shí)，與由重沸器中氣化上升的熱甘醇蒸汽和水蒸汽接觸，進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)。精餾柱頂部裝有回流冷凝器，以在精餾柱頂部產(chǎn)生部分回流?；亓骼淠骺梢圆捎每諝饫鋮s，也可以采用冷的富甘醇冷卻，再生塔頂?shù)幕亓骼淠鞒閺?qiáng)制通風(fēng)空冷式翅片管換熱器，它的負(fù)荷是冷卻塔頂氣并把水蒸氣凝析為水。冷卻器的入口溫度不宜超過107°C，可直接測量或由水蒸氣分壓查蒸汽表得到，岀口溫度為 54～62°C。從富甘醇中氣化的水蒸汽，最后從精餾柱頂部排至大氣中。從精餾柱流入重沸器的富甘醇，在重沸器中被加熱到177-204°C 左右，以便充分脫除所吸收的水蒸汽，并使甘醇溶液中的甘醇濃度提濃到99% (w)以上。再生好的熱貧甘醇由重沸器流經(jīng)貧/富甘醇換熱器等冷換設(shè)備進(jìn)行冷卻后。當(dāng)采用裝有換盤管的緩沖罐時(shí)，熱貧甘醇則由重沸器的溢流管流入緩沖罐中，與流經(jīng)緩沖罐內(nèi)換熱盤管的冷富甘醇換熱。緩沖罐也起甘醇泵的供液罐作用。離開貧/富液換熱器的貧甘醇經(jīng)甘醇泵加壓后去氣體/貧甘醇換熱器進(jìn)一步冷卻，然后再進(jìn)入吸收塔頂部打循環(huán)使用。

四、結(jié)語

我國的氣田多使用多井集氣工藝，采氣管線壓力一般10MPa 以上，經(jīng)節(jié)流降壓至4-8MPa 后進(jìn)入集氣管線。防止輸送和節(jié)流過程中生成水合物，常釆取加熱、注醇和低溫分離等措施。這樣容易設(shè)計(jì)成體積小、質(zhì)量輕、成本低、可靠性高的脫水橇，并且可以充分的利用天然氣的壓力能。適合単井集氣工藝的井口、多井集氣工藝的集氣站的天然氣脫水，取代加熱、注醇、低溫分離和三甘醇脫水等系統(tǒng)。