天然气加工过程水合物形成的预防措施.pdf

1 6 炼 油 与化 丁 R E F I NI N G A ND C H EM I C A L I ND U S T R Y 第 2 5 卷 天然气加工过程水合物形成的预防措施 伍 刚 德西尼布工程咨询 上 海 有限公 司， 上海 2 0 0 0 3 1 摘要 针对某天然气组分， 使用H Y S Y S 软件模拟计算脱水装置再生过程中水分子脱附温度和可能 出现的水汽流量。分析了天然气进气温度接近0℃时， 脱水装置再生湿气返回压缩机入口罐与新 鲜天然气和B 0 G 混合后， 水合物形成的可能性， 并讨论了3 种消除水合物形成的措施。 关键词 天然气； 分子筛； 再生； 水合物 中图分 类号 T E 6 4 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 _ 4 9 6 2 2 0 1 4 0 3 0 0 1 6 0 3 天然气液化过程 中需深冷至一 1 6 2℃， 为避免 在低温液化过程 中出现结冰堵塞主低温换热器和 管线 ， 天然气 在液化之前必须 利用分子筛 吸附进 行深度脱水。分子筛脱水属于气固吸附过程， 是 可逆过程 。分子筛在低温高压下 吸附至临近转效 点时 ， 通过升高温度 、 降低压力让被吸附的水分从 分子筛表面脱 附再生 以循环使用n 。为减少天然 气 的损耗 ， 再生湿气经过降温处理后返 回天然气 压缩机入 口与天然气原料气及 B O G混合 ， 混合后 的气体经压缩后再次进入净化装置进行净化处 理 。冬季时 ， 天然气原料气进气温度在 0℃附近 ， 再生湿气所携带的水分在某种条件下可能会 导致 混合气 内水合 物的形成 ， 造成压缩机人 口管路 的 堵塞 ， 进而影响压缩机的稳定运行。 应用 H YS Y S 软件模拟天然气脱水装置再生过 程中饱 和湿气 温度和水 汽流量 ， 来考察冬季 时再 生湿气返 回压缩机入 口与天然气及 B O G混合出现 水合物的可能性 。在此基 础上 ， 讨论通过预热 天 然气原料气消除水合物的生成。 1脱水装置再生湿气温度和流量的模拟计算 1 ． 1再生过程中的热量平衡 脱水塔再生过程 中 ， 干燥高温 的天然 气再生 气与吸附水蒸汽的分子筛进行接触 ， 高温再生气 释放出热能， 降低温度 ； 脱水塔体和内容物升温。 一 段时间后 ， 塔 内温度升至 1 2 0℃ ， 水开始蒸发脱 附。这 时 ， 大部分热量用于汽化水分 。水分子克 服分子筛表面吸附能 ， 进入气相 ， 再生干气转变 为 再生湿气。再生湿气气相和塔 内内容物温度近似 相等 。再生干气显热 的减少等于分子筛 内水分脱 除所需 的脱附热和塔体对外的散热损失。 1 ． 2分子筛孔径 内水分子的脱附热 分子筛是一类孑 L 径大小均匀 的多孔 吸附剂 ， 其等温线 包括气体 和溶液吸附 为 L a n g m u i r 型 的单分子层 物理吸附。把物理 吸附过程视为气体 分子在固体表面上的液化。如果过程为可逆， 则 吸附热相 当于液化热 。 1 - 3 HYS Y S 再 生模拟 模拟计算时 ， 采用 2 种方法进行求解 。方法 1 续工序生产 ， 在 日常生产过程 中制备的 A B S 树脂 性能更加优 良。 6结束语 在乳液聚合 中 ， 乳化体 系的选择应 考虑乳液 性能 、 乳液粒径 、 聚合稳定性 、 耐 电解质稳定 性及 聚合反应转化率等因素； 在乳液聚合中， 选择新型 复合乳化剂是 A B S 乳液聚合技术的发展趋势 。 参考文献 [ 1 ]黄 立本 ， 张立基 ， 赵旭涛．A B S 树脂及其应用『 M] ． 北京 化学 【 出版社 ． 2 0 0 1 1 l 一 1 5 ． [ 2 ]于风． 合成树脂树脂及塑料技术伞书[ M ] E 京 中国石化出版社， 2 0 0 2 3 9 41 ． [ 3 ]王荣伟 ， 杨为 民， 辛敏琦． A B S 树脂及 其应用 [ M] ． 北京 化学] 二 业 出版社， 2 0 1 1 2 9 3 2 [ 4 ]杜强国， 张传贤， 何慧． 塑料工业手册苯乙烯系列树脂[ M] ． 北京 化学工业 出版社 ， 2 0 0 4 3 9 4 2 ． 收稿 日期 2 0 1 4 0 5 1 9 作者简介 李伟 ， 男 ， T程师 ， 2 0 0 4 年毕业于东北石油大学化学工程专 业 ， 现从事化工生产管理工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4 年 第3 期 伍刚．天然气加丁过程水合物形成的预防措施 1 7 是不考虑脱附的过程变化 ， 只是利用热量平衡关 系计算脱附平衡温度。方法2 是假定 1 2 h 吸附的 水分在 3 h内完全脱附 ， 脱 附速率均匀 ， 脱附温度 恒定。两种方法都假定再生湿气饱和。 在 H Y S Y S中， 使用 “ S a t u r a t e L i n k 操作” 来饱和 脱水装 置脱 水塔出 口再 生气 R g 3 ， 使 R g 3 g 物流为 含水饱和 。用“ 逻辑操作 S e t ” 设置脱水塔 内水 w a t e r 的温度等于再生气 R g 3 的温度。通过“ 逻辑 操作 A d j u s t 和 S p r e a d s h e e t ” 来 调 整高 温再生 干气 R g 2 的热流量等于水脱 附需要的热流量 ， 再生湿气 干基 R g 3 热流量以及塔体散热损失之和。脱 附温 度和再生湿气含水量计算结果见表 1 。 表 1 脱附温度和再 生湿气含水量 模拟结果表 明 ， 方法 1 计算 的温度与文献 ， 中的数据差距 较大 ， 但是具有 较大 的脱 附水量 。 方法 2 计算的温度较为接近文献温度 。由于吸附 平衡压力不会超过其饱和蒸气压 ] ， 而且工业生产 时分子筛再生过程中孔 内吸附的大部分水分会在 2 - 3 h内被移除， 所 以实际的水汽流量可能会在两 者之间波动。 2水合物的形成条件及预 防 2 ． 1原料气的组成和进气条件 来 自外 网的某天然气原料气在进入原料气压 缩机前 ， 与 3 8℃的B O G返 回气和天然气脱水装置 再生湿气相混合。混合后的压缩机入 口气组成见 表2 。 表2 压缩机入口混合气摩尔组成／ mo l 冬季时， 外部管网来 的天然气温度较低 ， 接近 0 o C， 混合后的压缩机人 口气在 H Y S Y S 软件 中运用 HY D R A T E 进行模拟计算。模拟结果表明， 压缩机 人 口混合气形成 I 型水合物 ， 计算结果见表 3 。 表3 水合物在物流条件下模拟计算结果 2 ． 2工艺流程的改进 由于水合物的形成 ， 对生产装 置的正常运转 会造成不利的影响。在设计 中考虑对流程进行改 进 ， 以消除水合物形成的条件。 2 ． 2 ． 1设置再 生湿气冷 却器分水罐在再 生湿气 冷却器后增加 1 个分水罐 ， 移除再生湿气 中所含的 游离水 ， 使再生湿气 以3 8 ℃饱 和气态 返 回至压缩 机入 口， 模拟结果见表 4 。 表4 设置再生湿气冷却器分水罐后的水合物模拟计算结果 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 炼 油 与 化 工 1 8 R E F I N I N G A N D C H E MI C A L I ND U S T RY 第 2 5卷 移除游离水的再生湿气与天然气新鲜原料气 及 B O G返 回气 混 和 后 模 拟 工 艺 条 件 为 温 度 3 ． 7 3 7℃， 压力 5 ． 1 1 MP a ， 未形成水 合物 。考虑到 水合物形成温度 比较接近设计 的操 作条件 ， 因此 通过预热天然气原料气 以使压缩机人 口混合气远 离水合物 的形成。 2 ． 2 ． 2 增设再生湿气离心风机 改变再 生湿气去 向 由于混合气形成水合物主要是由于再生湿气返回 到原料气人 口造成 ， 考 虑再 生湿气在 等压再生并 冷却分离出游离水后， 经一台再生湿气增压机加 压 ， 直接返回到脱水装置人 口， 而不是返 回到原料 气人 口同原料气进行混合 。该措施需设置 1 台低 压 比高设计压力 的离心风机 压缩机 并需增大脱 水塔的容量 。该措施减小 了原料混合气压缩机和 脱 C O 系统的设计负荷 。 2 ． 2 ． 3利用 CO 脱 除塔塔顶气 预热 天然气原料 气 天然气液化装置 中使用导热油和电加热对T艺物 流进行 加热 ， T艺物流之 间换热 回收热量较 少 。 C O 脱除装置 中吸收塔塔顶物流的流量稍大于天 然气新鲜原料气的流量 ， 出口温度接近5 0℃， 冷后 进入脱水装置的温度要求在 3 8 c I 。因此 ， 考虑利 用这 股物流 的热量对 天然气新 鲜原料 气进行 预 热 ， 而不使用导热油和电， 来提高压缩机入 口混合 气 的温度 ， 以消除水合物形成的可能性 。经预热 后 ， 混合气的温度提高到 1 3 c C， 经模拟计算水合物 的形成 消除 。该种措施需要在塔顶冷却器旁并联 1 台原料气／ 塔顶气换热器 ， 冬季时投用换热器甩掉 冷却器 ， 而夏季时则投用冷却器甩掉换热器 。 考虑到设计 工况条件 ， 原料气入气压力高 ， 只 需一段 压缩而造成冬季混合原料气进入脱 C O 系 统的温度较低 ， 在旁路压缩机冷却器后仅有 2 5 q C 左右 ， 为稳 定脱 C O 系统原料气温 度全年维持 在 3 8 c IC 左右 ， 优选 C O 脱除塔塔顶气预热天然气原料 气方案。 3 结论 2 种模拟条件下 ， 分子筛再生过程 中水的脱附 温度和脱 附速率 的计算结果分别为 1 4 5 ． 6℃， 4 1 8 ． 5 k g ／ h水和 1 2 8 ． 7℃， 2 5 2 ． 6 k g ／ h 水 。对 于原料 气 ， 冬季在天然气进料温度 0℃时 ， 压缩机人 口管 线 中有水合物的形成 。而利用 C O 脱除塔塔顶气 预热天然气原料气可以有效防止出现水合物 。 参考文献 [ 1 ] 郭洲， 曾树兵， 陈文峰． 分子筛脱水装置在珠海天然气液化项目中 的应用l J ] ． 石油与天然气化工， 2 0 0 8 ， 3 7 2 1 3 8 1 4 0 ． [ 2 ] 沈钟， 赵振国， 康万利． 胶体与表面化学[ M] ．北京 化学工业出版 社 ， 2 0 1 2 2 5 9 2 6 2 ． [ 3 ]储林． 天然气加TT程E MI ． 北京 石油工业出版社 ， 2 0 0 8 1 8 3 -1 8 5 ． [ 4 ]顾安忠 液化天然气技术手册[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0l 0 3 9 4 2 ． [ 5 ]杨俊．大温度范围内氧在 活性炭上的吸附平衡研究 [ D] ． 天津 天 津大学． 2 0 0 3 ． 收稿 日期 2 0 1 4 0 4 2 2 作者简 介 伍刚 ， 男 ， 工程 师， 硕士研究生， 2 0 0 5 年毕业于大连理T大 学化学工艺专业 ， 现从事石油和天然气化工工艺设计T作。 石化信息 中国石化 1 0 k t ／ a 生物基 乙烯示范项 目通过验收 据中国石油信息资源网报道 ， 中国石化四川维尼纶厂 1 0 k t ／ a 生物基乙烯高技术产业化示范工程项 目， 近日通过国家发 改委验收委员会验收， 为更大规模的生物乙烯工业装置建设打下 良好技术基础。 生物基乙烯高技术产业化示范工程是根据国家发改委 关于组织实施生物质工程高技术产业化专项的通知 要求而开 展的生物 基乙烯技术研究。 该项 目由中国石化四川维尼纶厂、 上海石油化工研究院及南京工业大学合作实施。四川维尼纶厂采用上海石油化工 研究院研发的绝热式固定床乙醇脱水制乙烯技术建设一套3 0 0 0 t ／ a 乙烯试验装置， 在此基础上开发年产 1 0 k t ／ a 生物基乙烯 工艺包 ， 最终形成我国具有 自主知识产权 、 技术经济指标先进的生物基乙烯产业化技术。 3 0 0 0 t ／ a 生物基乙烯试验装置于2 0 1 2年 1 0月在四川维尼纶厂乳液车间建成中交。2 0 1 3年该厂与上海石油化工研究 院、 南京工业大学等合作单位共同开展T业化试验工作 ， 收集编制 1 0 k t ／ a 生物基乙烯高技术产业化示范工程工艺包所需的 数据 ， 2 0 1 4年 1月完成全部试验工作。 验收委员会认为， 项 目工程设计合理 ， 装置配备满足有关法规、 规范的要求， 达到了示范工程的标准 ， 一致同意该项 目 通过验收。该技术示范T程工艺包的开发和编制， 将为我同生物乙烯产业化项 目提供可靠的技术支撑。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m