天然气液化装置分子筛再生气回收利用改造-.pdf

2 0 1 4 年 第8 卷 第 2 期 天 然 气 技 术 与 经 济 Na t u r a l Ga s Te c h n o l o g y a n d Ec o n o my Vo 1 ． 8． No． 2 Ap r ． 2 01 4 d o i 1 0 ． 3 9 6 9／ j ．i s s n ．2 0 9 5 1 1 3 2 ．2 0 1 4 ．0 2 ． 0 1 5 天然气液化装置分子筛再生气回收利用改造 刘小莉 中海石油广东液化天然气有限公司，广东珠海5 1 9 0 3 0 摘要针对中国海油珠海天然气液化装置在运行期间的分子筛再生气气量与燃气透平所需燃料气量不相匹配而 导致多余再生气浪费的问题，在对分子筛两塔脱水工艺流程作了简要介绍的基础上 ，提 出了3 种解决再生气量与燃料 气量不匹配的改造方案，即增设压缩机、增设分子筛塔及提高分子筛再生温度措施。通过分析对比，最终选用增设一 台往复式压缩机对放空再生气回收方案，投入运行后多余的再生气得到回收利用，装置液化率提高了约5％，每年取 得 了较 为可观 的直接 经济效益 ，并达到 了节能减排的 目的 。 关键词 天然气液化装置分子筛再生气回收利用 往复式压缩机 文献标识码 B 文章编号 2 0 9 5 1 1 3 2 2 0 1 4 0 2 0 0 5 7 0 3 0 引言 中国海油珠海天然气液化装置设计 的 日处 理天 然气量为6 0 x 1 0 N m 。装置工艺流程主要由天然气调 压计量、脱碳、脱水、液化、L N G 储存和外输组成 ⋯。 为充分利用资源，将 L N G 储存过程中产生的闪蒸气 B O G 回收去给干燥单元分子筛进行再生 ，最后用 作燃气透平的燃料气。装置在试运行期间发现分子 筛所需再生气量远多于燃气透平的燃料气需求量。 多余的分子筛再生气在装置试运行阶段只能送去火 炬烧掉 ，造成了天然气的浪费 。为此 ，笔者拟就为 再生气的回收利用改造技术作一探讨。 1 天然气干燥工艺简介 天然气干燥单元采用4 A 分子筛两塔脱水工艺流 程，天然气经深度脱水后 ，天然气中的水含量低于 1 m g ／L 。两床分子筛干燥塔的切换运行周期为 1 2 h 。 在一个运行周期 内 ，一塔用于干燥 ，干燥周期 为 1 2 h ，另一塔用于再生，加热时间为5 ．5 h ，冷却时间为 6 h ，分子筛升降压时间为0 ． 5 h 。分子筛的运行由顺 控程序控制 自动运行 ，两床分子筛干燥塔 的功能切 换由对应轨道球阀的开启和关闭来完成。分子筛干 燥塔 的工艺流程为 当分子筛干燥塔 A用于脱水 时 ，分子筛床层温度为 3 4 ℃，压力为4 ． 2 7 MP a ，天然 气从分子筛顶部进入 ， 自上 而下流动 的过程 中完成 了脱水。分子筛B 塔内首先将压力从4 ．2 7 M P a 降低至 2 ． 1 M P a ，接着进行加热和冷吹的再生过程。分子筛 的再生气来 自降压至2 ． 1 M P a 后L N G 储罐的B O G ，在 分子筛加热再生5 ．5 h 后 ，再生气不再经过透平高温 尾气加热而是直接经冷却器冷却到 4 5 ℃后对高温 的 分子筛床层进行冷 吹 ，操作压力依然维持在 2 ． 1 M P a ，随着冷吹的进行，床层温度降为4 5 ℃，结束冷 吹 。接着分子筛 B塔通过充压 阀增压至 4 ．2 7 M P a ，达到进行吸附脱水操作的条件。从分子筛塔顶 排 出的再生气经加热后最终去燃气透平做燃料 。分 子筛吸附及再生工艺流程见图 1 。 2 再生气量与燃料气量不匹配解决方案 分子筛再生气流量为3 5 0 0 N m ／ h ，但装置满负 荷 运 行 时 ，燃气 透平 燃 料 气 需 求 量 仅 约 为 2 0 0 0 N m ／h ，再生气流量 比燃气透平燃料气需求 流量多 了约 1 5 0 0 N m。 ／h 。分子筛再生气和燃气透平燃料气 流量不匹配问题有 3 个解决方案可供选择 。 1 方案一增设压缩机回收多余的再生气 。 为保证分子筛的再生效果，在不减少分子筛再生气 流量的基础上 ，增设一台压缩机，将多余的再生气 修订回稿 日期 2 0 1 40 3 0 7 作者简介刘小莉 I 9 8 6 一 ， ，T 程师，从事灭然气液化1 作。E ma i l l i u x i a o l i 2 0 0 0 0 1 6 3 1 I I1 。 天然气技术与经济 ／ 57 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 8 卷 刘小莉 天然气液化装置分子筛再生气回收利用改造 第2 期 干燥天然气去液化单元 K 1 A 、K 1 B 为天然气进口阀；K 2 A、K 2 B 为天然气出口阀；K 3 A、K 3 B 为再 生气进口阀；K 4 A、K 4 B为再生气出口阀；K 5 为再生气加热阀；K 6 为再生气 冷吹阀；K 7 为充压阀；L V 为液位控制阀 图1 分子筛吸附及再生工艺流程图 进行 回收并返 回系统。 2 方案二增设一 台分子筛塔 ，由两塔改为 三塔流程。减小分子筛再生气的流量，增设一台分 子筛脱水塔，由两塔循环改为三塔并联循环脱水。 三塔循环 的流程为 A塔吸附时 ，B塔加热 ，C塔冷 却 ，如此循环切换 ，再生气先做冷吹气，后经燃气 透平高温尾气加热后给分子筛加热再生。切换时间 由 1 2 h缩短 为 8 h 。通 过延长再 生加热 和冷 吹的时 间 ，减少再 生气 流量 ，达 到再生气量和所需燃料气 量相匹配的 目的。三塔吸附流程见图2 。 干燥 然气去灌化单兀 K 1 A、K I B 、K | C为天然气进口阀；K 2 A、K 2 B 、K 2 C为天然气 出口阀； K 3 A 、K 3 B 、K 3 C为分子筛冷吹进 口阀；K 4 A 、K 4 B 、K 4 C为分子筛冷吹出13 阀；K 5 A、K 5 B 、K 5 C 为分子筛加热进 口阀；K 6 A、K 6 B 、K 6 C为分子筛加热出 口阀；K 7 、K 8 、K 9 为充压阀；L V为液位控制阀 图2 分子筛三塔吸附及再生工艺流程图 3 方案三提高分子筛再生温度，减少再生气 流量。对现有的再生气加热炉进行改造 ，将再生气 的加热温度 由现在 的 2 8 0 C 提高 到 3 2 0 C，从而提高 分子筛再生加热温度，缩短再生加热时间和减少再 58／N a t u r a l G a s T e c h n o l o g y a n d E c o n o m y 生气流量 。 3 方案对比及选择 对于方案一，该方案能彻底解决分子筛再生气 流量与燃气透平燃料气流量不匹配的问题，实现天 然气 的回收再利 用。方案改造工程量小 ，改造工期 短 ，对生产影 n fls l , 。对 于方案二 ，该方案通过延长 再生加热和冷吹时间 ，减少 了再生气流量从 而解决 再生气与透平燃 料气量不 匹配 的问题 ，但该方案改 造工程量大、工期长，同时需要重新组态分子筛顺 控程序。方案三只能相对减少再生气流量与排放 量，这是因为提高分子筛的再生温度，会相应增大 所需要 的冷吹气量 或延长冷吹时 间 ，故不能彻底解 决再生气量和燃料气量不匹配的问题，且该方案同 样存在改造工程量大 、工期长 的缺点 。综合上述分 析对 比，采用方案一最为适合。 在压缩机选型 中，需要 考虑 回收多余 的再 生气 特点包括 ① 流量不稳定，受上游气源变化的影 响 ，装置运行负荷不稳定 ，而装置在不 同负荷下燃 气透平所需的燃料气量不同，所以需回收的再生气 流量也是变化的；② 为保证分子筛吸附效果 ，回收 至分子筛入 口的再生气 温度需控制在 4 0 ℃以下 。根 据 回收介质的工艺特点 ，选取一 台往复活塞式压缩 机。流经分子筛的再生气经冷却、气液分离后，一 路去燃气透平作燃料气 ，多余的再生气则引至压缩 机人 口，经压缩机增 压后 回收至分 子筛 吸附塔 前 。 在压缩机出口设置一台蒸发式冷却器 ，以保证回收 的再 生 气 温度 满 足 工 艺 要 求 。 同 时压 缩 机 具 备 2 5％、5 0％、7 5％和 1 0 0％的气量调节功能 ，以保证 装置在改变工况条件下稳定运行 。增设压缩机的流 程与技术参数见图3 、表 1 和表2 。 干燥天体气 圭谯化单 元 KI A 、K I B为天然气进口阀；K 2 A、K 2 B 为天然气出口阀；K 3 A 、K 3 B为再 生气进口阀；K 4 A、K 4 B 为再生气出口阀；K 5 为再生气加热阀；K 6 为再生气冷 吹阀；K 7 为充压 阀；L V为液位控制阀 图3 增设回收压缩机后的分子筛吸附及再生工艺流程图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第4 4 期 天然气技术与经济 地面工程 2 0 1 4 矩 表 1 增设回收压缩机技术参数表 压缩介质 天然气再生气 压缩机形式 满负荷流量 ／ N m h 入 口温度 ／℃ 入 口压力 ／MP a 出 口温度 ／℃ 出 口压力 ／MP a 轴 功率 ／k W 转 速 ／ r mi n 气量调节 四档 无油润滑往复 活塞压缩 机 1 9 0 2 45 2． 1 ≤4 5 4． 8 ≤75 ． 8 5 8 5 2 5％ ， 5 0％ ，75％， 1 0 0％ 分子量 绝热指数 压缩 因子 甲烷 乙烷 丙烷 正丁烷 异丁烷 摩尔分数 正戊烷 异戊烷 己烷 氮气 4 改造成效 增设的再生气 回收压缩机 已成功地在 中国海油 珠海天然气液化装置现场安装并经调试后投用。压 缩机、出口冷却器设备采购及配管安装等费用总计 约 1 2 0 万元 。经过技术改造后 ，装置运行稳定 ，每年 回收利用天然气约 8 0 0 1 0 N m ，以每 1 t 天然气燃烧 后产生2 t 的C O 计算，每年可减少 C O 排放约 1 ． 1 6 1 0 t ，装置液化率提高约5 ％，每年获得的直接经济 效益可达 8 0 0 万元。 5 结束语 珠海天然气液化装置在运行期间分子筛所需 的 再生气气量远多于燃 气透平所需 的燃料气气量 ，多 余的分子筛再生气只能送去火炬放空 ，造成了极大 的资源浪费和环境污染 。为此 ，特增设 了无油润滑 往复活塞 式压缩机进行 分子筛再 生气 的 回收利用 ， 经过实际运用 ，创 收增产 的成效 明显 ，并达到了节 能减排的 目的。 参考文献 [ 1 ]高黎敏．L N G用作汽车燃料 的优点 [ J ] ．煤气 与热力 ， 2 0 1 2 。3 2 3 1 6 2 4 ． [ 2 ]顾安忠，鲁雪生．液化天然气技术手册[ M] ． 北京 机械 工业 出版社 ，2 0 1 0 2 1 ． [ 3 ]王遇冬．天然气处理原理与工艺[ M] ．北京 中国石化出 版社，2 0 0 7 2 2 1 2 2 2 ． [ 4 ]姬忠礼 ，邓志安 ，赵会军．泵和压缩机[ M] ． 北京 石油 工业出版社，2 0 0 8 ． 重庆黔江页岩气区块气量达2 0 0 亿至4 0 0 亿立方米 编辑 蒋龙 从重庆市能投集团获悉，该集团在黔江页岩气区块的勘探取得初步成效，目前已圈定有利区块2 3 6 k m ， 预测 页岩气资源量达 2 0 0～4 0 0 1 0 r n 。此前 ，能投 集团与华能集 团、重庆市地研 院成立了合 资公 司，合作 开发 酉阳东页岩 气区块。其后能投 集团又独资设立 了页岩 气公 司，作为黔 江区块的勘探 开发主体 。据 了解 ， 为进一步探明页岩气有利区油气赋存情况和可采情况，能投集团页岩气公司2 0 1 4 年将在当地实施3 口预探井 工程，并继续开展黔江区块资源潜力评价工作。重庆能投集团相关人士表示将考虑与国土资源部油气中心合 作 引进 国外成 熟技术 ，借鉴焦石区块经验 ，解决黔江页岩气勘探开发 中的技术 问题。 信息来源中国石油西南油气田公司网2 0 1 4 0 4 0 9 天然气技术与经济 ／ 59 l 3 7 4 O O O 0 0 6 啪 咖 咖 O O 0 O O 0 0 0 0 一 一 一 一 一 一 一 一 一 O O O 0 O 0 0 0 O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m