NGL回收装置中的天然气脱水.doc

NGL回收装置中的天然气脱水与吸收法相比，吸附法脱水适用于要求干气露点较低的场合，尤其是分子筛，常用于采用深冷分离的天然气凝液(NGL)回收、天然气液化和汽车用压缩天然气的生产(CNG加气站)等过程中。采用不同干燥剂的天然气脱水工艺流程基本相同，干燥器(脱水塔)都采用固定床。由于干燥器床层在脱水操作中被水饱和后，需要再生脱除干燥剂所吸附的水分，故为了保证脱水装置连续运行，至少需要两个干燥器。在两塔(即两个干燥器)流程中，一台干燥器进行天然气脱水，另一台干燥器进行干燥剂再生(加热和冷却)，然后切换操作。在三塔或多塔流程中，其切换流程则有所不同。当采用低温法的目的是为了回收天然气凝液时，由于这类装置需要在较低温度(对于浅冷分离的NGL回收装置，一般在-15-35；对于深冷分离的NGL回收装置，一般低于-45，甚至低达-100以下)下回收和分离NGL，为了防止在装置的低温系统形成水合物和冻堵，故必须采用吸附法脱水。此时，吸附法脱水系统是NGL回收装置中的一个组成部分，其工艺流程见图3-17。脱水深度应根据装置低温系统中的天然气温度和压力有所不同。对于采用深冷分离的NGL回收装置，通常都要求干气水含量低至110-6(体积分数，下同)或0.748mg/m3，约相当于干气露点为-76，故均选用分子筛作干燥剂。1.工艺流程height=443src=/UploadFiles/20124/Tech/201204261916030216.jpgwidth=500/图3-17为NGL回收装置中普遍采用的气体脱水两塔工艺流程。一台干燥器在脱水时原料气上进下出，以减少气流对床层的扰动，另一台干燥器在再生时再生气下进上出，这样既可以脱除靠近干燥器床层上部被吸附的物质，并使其不流过整个床层。又可以确保与湿原料气接触的下部床层得到充分再生，而下部床层的再生效果直接影响流出床层干气的露点。然后，两台干燥器切换操作。如果采用湿气(例如原料气)再生与冷却，为保证分子筛床层下部再生效果，再生气与冷却气应上进下出。在脱水时，干燥器床层不断吸附气体中的水分直至最后整个床层达到饱和，此时就不能再对湿原料气进行脱水。因此，必须在干燥器床层未达到饱和之前就进行切换，即将湿原料气改进入另一个已经再生好的干燥器床层，而刚完成脱水操作的干燥器床层则改用再生气进行再生。干燥器再生气可以是湿原料气，也可以是脱水后的高压干气或外来的低压干气(例如NGL回收装置中的脱甲烷塔塔顶气)。为使干燥剂再生更完全，保证干气有较低露点，一般应采用干气作再生用气。再生气量约为原料气量的5%10%。当采用高压干气作再生气时，可以是加热后直接去干燥器将床层加热，使干燥剂上吸附的水分脱附，并将流出干燥器的气体冷却，使脱附出来的水蒸气冷凝与分离。由于此时分出的气体是湿气，故增压返回湿原料气中(见图3-17)；也可以是将再生气先增压(一般增压0.280.35MPa)再加热去干燥器，然后冷却、分水并返回湿原料气中；还可以根据干气外输要求(露点、压力)，再生气不需增压，经加热后去干燥器，然后冷却、分水，靠控制进输气管线阀门前后的压差使这部分湿气与干气一起外输。当采用低压干气作再生气时，因脱水压力远高于再生压九故在干燥器切换时应控制升压与降压速度，一般宜小于0.3MPa/min。床层加热完毕后，再用冷却气使床层冷却至一定温度，然后切换转入下一个脱水周期。由于冷却气是采用不加热的干气，故一般也是下进上出。但是，有时也可将冷却干气自上而下流过床层，使冷却干气中的少量水蒸气被床层上部干燥剂吸附，从而最大限度降低脱水周期中出口干气的水含量。2.工艺参数(1)原料气进干燥器温度由图3-16可知，吸附剂的湿容量与床层吸附温度有关，即吸附温度越高，吸附剂的湿容量越小。为保证吸附剂有较高的湿容量，进入床层的原料气温度不宜超过50。(2)脱水周期干燥器床层的脱水周期(吸附周期)应根据原料气的水含量、空塔流速、床层高径比、再生气能耗、干燥剂寿命等进行技术经济比较后确定。对于两塔脱水流程，干燥器脱水周期一般为824h，通常取812h。如果原料气的相对湿度小于100%，脱水周期可大于12h。脱水周期长，意味着再生次数较少，干燥剂使用寿命长，但是床层较长，投资较高。对于压力不高、水含量较大的气体脱水，为避免干燥器尺寸过大，脱水周期宜小于8h。再生周期时间与脱水周期相同。在两塔脱水流程中再生气加热床层时间一般是再生周期的65%。以8h再生周期为例，大致是加热时间4.5h，冷却时间3h，备用和切换时间0.5h。(3)再生周期的加热与冷却温度再生时床层加热温度越高，再生后干燥剂的湿容量也越大，但其使用寿命也约短。床层加热温度与再生气加热后进干燥器的温度有关，而此再生气入口温度应根据原料气脱水深度、干燥剂使用寿命等因素综合确定。不同干燥剂所要求的再生气进口温度范围为：分子筛232315；硅胶234245；活性氧化铝则介于二者之间，并接近分子筛的温度范围。加热完毕后即将冷却气通过床层使其冷却，一般在冷却气出干燥器的温度降至50即可停止冷却。冷却温度过高，由于床层温度较高，干燥剂湿容量将会降低；反之，冷却温度过低，将会增加冷却时间。如果是采用湿原料气再生，冷却温度过低时还会使床层上部干燥剂被冷却气中的水蒸气预饱和。图3-18为采用两塔流程的吸附法脱水装置8h再生周期(包括加热和冷却)的温度变化曲线。曲线1表示再生气进干燥器的温度TH，曲线2表示加热和冷却过程中离开干燥器的气体温度，曲线3则表示湿原料气温度。height=400src=/UploadFiles/20124/Tech/201204261916050060.jpgwidth=500/由图3-18可知，再生开始时加热后的再生气进入干燥器加热床层和容器，出床层的气体温度逐渐由五升至咒，大约在116120时床层中吸附的水分开始大量脱附，故此时升温比较缓慢。设计中可假定大约在121125的温度下脱除全部水分。待水分全部脱除后，继续加热床层以脱除不易脱附的重烃和污物。当再生时间在4h或4h以上，离开干燥器的气体温度达到180230时床层加热完毕。热再生气温度TH至少应比再生加热过程中所要求的最终离开床层的气体出口温度瓦高1955，一般为38。然后，将冷却气通入床层进行冷却，当床层温度大约降至50时停止冷却。3.主要设备主要设备有干燥器、再生气加热器、冷却器和水分离器以及再生气压缩机等。现仅将干燥器的结构介绍如下。干燥器的结构见图3-19。由图可知，干燥器由床层支承梁和支承栅板、顶部和底部的气体进、出口管嘴和分配器(这是因为脱水和再生分别是两股物流从两个方向流过干燥剂床层，故顶部和底部都是气体进、出口)、装料口、排料口以及取样口、温度计插孔等组成。height=334src=/UploadFiles/20124/Tech/201204261916054176.jpgwidth=500/在支承栅板上有一层1020目的不锈钢滤网，以防止干燥剂和瓷球随气流下沉。滤网上放置的瓷球通常为两层，上层瓷球直径一般为6mm，下层瓷球直径一般为12mm，二者各高5075mm。支承栅板下的支承梁应能承受床层的静载荷(干燥剂等的质量)和动载荷(气体流动压降)。干燥剂的形状、大小应根据吸附质不同而异。对于天然气脱水，通常使用的分子筛颗粒是球状和条状(圆形或三叶草形截面)。常用的球状规格是38mm，条状(即圆柱状)规格是1.63.2mm。干燥器尺寸会影响床层压降。对于气体吸附来讲，其床层高径比不应小于1.6。气体通过床层的设计压降一般应小于35kPa，最好不大于55kPa。分配器(有时还有挡板)的作用是使进入干燥器的气体(尤其是流量很大的原料气)以径向、低速流向干燥剂床层，从而减少对床层的扰动。床层顶部也放置瓷球，瓷球直径为1250mm，高100150mm，其作用是改善进口气流的分布并防止因涡流引起干燥剂的移动和破碎。瓷球层下面是一层起支承作用的不锈钢浮动滤网。由于干燥剂床层在再生加热时温度较高，故干燥器需要保温。器壁外保温比较容易，但内保温可以降低大约30%的再生能耗。然而，一旦内保温衬里发生龟裂，气体就会走短路而不经过床层。20世纪80年代以来我国陆续引进了几套处理量较大且采用深冷分离的NGL回收装置，这些装置均选用分子筛作干燥剂。目前，国内也有很多采用浅冷或深冷分离的NGL回收装置选用分子筛作干燥剂。另外，海南福山油田目前有一套小型NGL回收装置在运行，由于原料气中CO2含量高达20%30%，故选用抗酸性分子筛。我国为哈萨克斯坦扎那若尔油气处理新厂设计与承建的天然气脱水脱硫醇