撬裝LNG脫酸單元工藝改善

孫勇 賀勇

摘 要：研究撬裝LNG液化站脫酸單元的工藝流程以及工藝現(xiàn)狀，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)及參數(shù)的變化來(lái)確認(rèn)現(xiàn)有工藝的缺陷，通過(guò)實(shí)踐改造來(lái)實(shí)現(xiàn)工藝的革新及創(chuàng)利創(chuàng)效。

關(guān)鍵詞：撬裝;LNG;MDEA;脫酸單元;工藝的缺陷;工藝改造

隨著國(guó)家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和清潔能源國(guó)家計(jì)劃的推進(jìn)，撬裝LNG液化站近幾年在國(guó)內(nèi)成爆炸式發(fā)展，以北京中科睿凌為代表的撬裝LNG設(shè)備在市場(chǎng)廣泛應(yīng)用，為此我們對(duì)該撬裝設(shè)備組成的LNG液化站為研究對(duì)象。

中科睿凌撬裝LNG采用的是混合冷劑制冷液化工藝，原料氣為井口氣，工藝單元有：調(diào)壓系統(tǒng)、脫酸系統(tǒng)、脫水系統(tǒng)、制冷液化系統(tǒng)，主要產(chǎn)品為L(zhǎng)NG、LPG。脫酸單元是天然氣預(yù)處理中非常重要的工藝環(huán)節(jié)，其主要功能是利用MDEA溶液將天然氣中的二氧化碳脫除，使其指標(biāo)達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以便能進(jìn)入后面的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

1 項(xiàng)目研究的必要性

LNG撬裝站井口氣化驗(yàn)二氧化碳成分比為4%，無(wú)硫化氫等硫化物，所以脫酸系統(tǒng)采用的是醇胺法脫硫脫碳工藝，醇胺溶劑使用的為配方MDEA溶液，可以從原料氣中深度脫除二氧化碳以符合深冷分離工藝的需求。其主要流程為：原料天然氣先經(jīng)分離器除去烴類(lèi)和雜質(zhì)后從吸收塔下部進(jìn)入，自下而上通過(guò)吸收塔;再生后的MDEA貧液從吸收塔上部進(jìn)入，自上而下通過(guò)吸收塔，逆向流動(dòng)的復(fù)合胺液和天然氣在吸收塔內(nèi)充分接觸，氣體中的CO2被吸收而進(jìn)入液相，脫酸后的組份從吸收塔頂部引出，被吸收塔進(jìn)液冷卻至40℃以下，隨后進(jìn)入凈化氣分離器。分離的氣體送往下游工序，冷凝液回收重新進(jìn)入循環(huán)。

吸收了酸氣的復(fù)合胺液稱(chēng)為富液，降壓后進(jìn)入富液罐，閃蒸氣排出，然后與再生塔底部流出的高溫貧液換熱后，升溫到70℃后進(jìn)入再生塔上部，在再生塔內(nèi)進(jìn)行汽提再生，直至達(dá)到貧液的控制指標(biāo)。出再生塔的貧液經(jīng)過(guò)貧富液換熱器和貧液空冷器，被冷卻到40～50℃，之后經(jīng)貧液泵，后從吸收塔上部進(jìn)入，完成循環(huán)。

再生塔頂部的氣體進(jìn)入塔頂冷凝器后，分離的氣體送往界區(qū)外，冷凝液由塔上部回到再生塔。

然而在實(shí)際生產(chǎn)中，再生塔頂分離出來(lái)的酸性氣體往往會(huì)夾帶著大量液體從塔頂冷凝器放空出去。如果是手動(dòng)緩慢開(kāi)啟塔頂放空閥氣帶液現(xiàn)象較輕，若塔頂放空閥為反應(yīng)較為靈敏的氣動(dòng)閥程控再生塔壓力則夾帶現(xiàn)象尤為明顯，現(xiàn)場(chǎng)呈噴液狀態(tài)。經(jīng)檢測(cè)噴出的液體不僅僅是蒸餾水還含有部分的醇胺溶液，其中大部分是從塔上部進(jìn)入塔內(nèi)的富液還未流下卻隨放空氣夾帶而出，這就致使脫酸系統(tǒng)水分和溶劑損耗加劇，平均一周要補(bǔ)充配方MDEA溶液100L，蒸餾水400L，遠(yuǎn)高于醇胺正常損耗值50kg/106m3。且MDEA溶液噴灑到設(shè)備和地面后，容易對(duì)設(shè)備表面造成腐蝕，并污染地面環(huán)境。因而如何才能在保證正常脫酸系統(tǒng)運(yùn)行的情況下減少因酸氣放空帶走大量的胺液造成的損耗就成為了亟待解決的問(wèn)題。

2 研究主要內(nèi)容

我們隨機(jī)抽取某二日數(shù)據(jù)作為研究。通過(guò)數(shù)據(jù)，我們可以得知再生塔的底溫最高115.6℃，最低105℃;再生塔頂溫最高29.3℃，最低0℃;再生塔頂壓力最高87.7kPa，最低41.9kPa。由于放空的條件是再生塔的塔壓升到設(shè)定值（75kPa左右）從而放空閥程控開(kāi)啟，所以我們需要研究不同的塔溫對(duì)塔壓有何影響，影響程度有多大，能否只通過(guò)調(diào)整塔溫來(lái)解決塔頂噴液的。

2.1 再生塔溫度對(duì)放空的影響

再生塔的作用是利用重沸器提供的熱能和水蒸氣使配方MDEA溶液和酸性氣體生成的化合物逆向分解，從而將酸性組分解吸出來(lái)。其中水蒸氣對(duì)溶液還有汽提作用，即降低了氣相中酸性組分的分壓，使更多的酸性組分從溶液中解吸。本站的重沸器采用的是YQW-350Q有機(jī)熱載體爐，熱負(fù)荷350kW完全滿(mǎn)足本站的脫酸熱需求。

經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，我們首先提高導(dǎo)熱油溫度，使再生塔底溫升高（不超過(guò)127℃），則再生塔頂溫和塔壓也會(huì)隨之升高。通過(guò)啟停塔頂冷凝器的冷水泵來(lái)調(diào)節(jié)塔頂溫度，觀察塔壓并不隨著塔頂溫的升降而有線(xiàn)性變化，也就是說(shuō)在塔底溫一定時(shí)，塔壓并不隨著塔頂溫的變化而變化，其呈現(xiàn)無(wú)規(guī)律的狀態(tài)，但總體是不斷上升的趨勢(shì);當(dāng)我們開(kāi)啟塔頂放空閥時(shí)，隨著氣體夾帶液體的排出，塔底溫度和塔壓會(huì)開(kāi)始持續(xù)下降（塔底溫下降不是很明顯），塔頂溫度開(kāi)始變化不大卻會(huì)在塔壓很低時(shí)開(kāi)始持續(xù)上升。這主要是因?yàn)槲⒄龎旱脑偕诜趴諘r(shí)高溫的水蒸氣和酸氣高速?gòu)乃斉懦?，帶走大量的熱量使塔底溫度下降，塔壓也隨之下降;同時(shí)大量的熱蒸汽集中于塔頂且大部分水蒸氣冷凝放熱使塔頂升溫。由于再生塔溫度高，塔壓起壓快，塔頂需不停開(kāi)啟放空閥排出酸氣，噴液次數(shù)及噴液量都會(huì)增多，所以我們?cè)僭囍{(diào)低導(dǎo)熱油的溫度，使再生塔底溫下降至微高于水沸點(diǎn)，這時(shí)塔頂溫度也隨之下降，而塔壓也上升的很緩慢，塔頂放空閥開(kāi)啟頻率和開(kāi)度也隨之下降，相應(yīng)的噴液次數(shù)也就隨之減少。雖然降低塔溫看似很大程度上解決了塔頂噴液的問(wèn)題，但隨著塔溫的下降也出現(xiàn)了兩個(gè)問(wèn)題。一是水蒸氣產(chǎn)生量減少，塔頂回流比也減小，塔頂二氧化碳的放空量也減少，當(dāng)原料氣組分發(fā)生改變二氧化碳含量升高時(shí)，脫酸效果大大降低，二氧化碳分析儀檢測(cè)其溶度會(huì)超過(guò)100ppm，增大了冷箱里NG管道二氧化碳凍堵的幾率;二是再生塔整體溫度降低，塔頂水蒸氣冷凝熱減少，放空頻率降低，這都致使再生塔頂溫度下降的非常低，甚至低至0℃。由于杭錦旗站地處內(nèi)蒙古鄂爾多斯市，冬季最低平均氣溫可達(dá)-32℃，所以再生塔溫度低極易造成塔頂放空管線(xiàn)凍堵，甚至再生塔憋壓，安全閥起跳。所以改變?cè)偕w溫度只能對(duì)放空頻率和噴液程度起到一定的遏制作用，但無(wú)法根本解決問(wèn)題。

2.2 二次分離器對(duì)胺液發(fā)泡的影響

胺液起泡主要是醇胺降解產(chǎn)物、溶液中懸浮的固體顆粒、原料氣中攜帶的游離液（烴或水）、化學(xué)劑和潤(rùn)滑油等混入胺液造成的，由于MDEA是叔胺基本不存在化學(xué)降解問(wèn)題，所以造成其起泡的主要原因是原料氣中的游離液。

冬季生產(chǎn)中由于原料氣中存在游離水以及各種烴類(lèi)，為避免原料氣管道發(fā)生凍堵（特別是節(jié)流閥處）所以需要提高水套爐溫度使NG升溫，這就不可避免的會(huì)使一部分烴類(lèi)未在高、低壓分離器中分離而隨原料氣進(jìn)去脫酸系統(tǒng)的吸收塔。在未加設(shè)分離器前只能采用降低再生塔溫度的方法來(lái)減少?lài)娨?，這樣即使貧液冷卻風(fēng)機(jī)全部停止工作貧液溫度也非常低，最低時(shí)只有33℃左右。因?yàn)闉楸苊馓烊粴庵械臒N類(lèi)在吸收塔內(nèi)冷凝而引起胺液的起泡，貧液溫度要較吸收塔內(nèi)氣體烴露點(diǎn)高5-6℃。當(dāng)原料氣脫除酸性成分后，其中的氣體烴的露點(diǎn)還會(huì)進(jìn)一步升高，所以過(guò)低的貧液溫度會(huì)更有利于氣體烴在胺液中冷凝，從而引起胺液起泡，致使脫酸效果變差。加裝二次分離器后，再生塔溫度可以提高至正常需求，貧液溫度也能達(dá)到正常的程控設(shè)定值（40℃左右），這樣就極大的減少了烴類(lèi)在胺液中的冷凝量，減少了胺液發(fā)泡的幾率。同時(shí)塔頂大量的高溫冷凝水和胺液從二次分離器斜管進(jìn)去富液槽內(nèi)，提升了富液槽內(nèi)的整體溫度。我們知道閃蒸罐（本站稱(chēng)為富液槽）的主體作用是閃蒸出胺液中溶解的烴類(lèi)，壓力越低、溫度越高，閃蒸效果越好，提高了富液槽的溫度也就從胺液中解吸出了更多的烴，使胺液發(fā)泡幾率進(jìn)一步降低。

2.3 主要技術(shù)指標(biāo)

①研究出當(dāng)?shù)囟驹偕诓煌膶?dǎo)熱油溫度下塔底、塔頂以及塔壓的變化，通過(guò)改變導(dǎo)熱油的溫度來(lái)減少塔頂放空，減少塔頂?shù)膰娨毫?②改進(jìn)了再生塔頂?shù)姆趴障到y(tǒng)，加裝二次分離器，降低了蒸餾水以及MDEA溶液的損耗量，同時(shí)提高了閃蒸罐的閃蒸效果;③提出了符合當(dāng)?shù)氐赜驓夂蛱匦缘脑偕僮鲄?shù)調(diào)節(jié)范圍，為低溫地區(qū)操作再生塔提供了指導(dǎo)。

3 結(jié)論

撬裝LNG脫酸單元放空工藝改造，帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)：①當(dāng)再生塔頂冷凝器采用直體豎直連接在再生塔頂時(shí)，放空就會(huì)夾雜大量液體同時(shí)排出，這時(shí)就應(yīng)改變放空工藝，加設(shè)分離器，減少胺液及蒸餾水的損耗，同時(shí)增大了閃蒸效果;②加裝二次分離器前MDEA溶液消耗量大，加裝后每月節(jié)省配方MDEA溶液400L，約3萬(wàn)元;節(jié)省蒸餾水1600L，約1元;③減少了因再生塔放空凍堵、冷箱二氧化碳凍堵、管線(xiàn)腐蝕等，避免因胺液噴濺造成的設(shè)備外表、保溫層的腐蝕以及胺液對(duì)環(huán)境的污染;④通過(guò)不斷的對(duì)脫酸系統(tǒng)的摸索總結(jié)經(jīng)驗(yàn)從而為撬裝LNG場(chǎng)站的平穩(wěn)運(yùn)行提供可靠的理論依據(jù)。在冬季生產(chǎn)時(shí)，通過(guò)工藝的改造和工藝參數(shù)的合理調(diào)配解決了生產(chǎn)上的實(shí)際問(wèn)題。