天然氣深冷裝置co

天然氣深冷裝置co

1深冷脫甲烷塔塔壓凍堵2003年，原始設(shè)計原料氣中的co含量為1.43%（體積比）。隨著油田的參與，co含量逐年增加，未燃燒的上游無酸氣體釋放裝置的二氧化碳濃度達(dá)到3.0.4.0%。2010年，裝置來氣中co濃度如表1所示（1-1）。深冷脫甲烷塔塔頂壓力一般設(shè)計為0.92MPa,在這樣的壓力下,當(dāng)塔頂制冷溫度降至-92℃(設(shè)計值為-103℃)以下時,CO2將發(fā)生凍堵(見附圖-1),當(dāng)發(fā)生凍堵時,脫甲烷塔頂塔壓迅速增高,若處理不及時,流程上游因氣流不暢,裝置中的原料氣壓縮機和膨脹機會有憋停的危險。即便操作工及時采取措施解凍,但由于二氧化碳固體化凍過程不易控制平穩(wěn),容易造成膨脹機轉(zhuǎn)速大幅波動,影響機組轉(zhuǎn)子壽命,同時也會使脫甲烷塔頂溫升高,降低輕烴回收率。因此,防止凍堵成為深冷輕烴回收裝置急待解決的難題之一。2介紹并存在的問題2.1原料氣冷凍單元當(dāng)前紅壓深冷設(shè)計的工藝為改進(jìn)后的LSP工藝,其設(shè)計工藝為:原料氣設(shè)計壓力為1.2MP,經(jīng)原料氣過濾分離器F-101A/B,除去少量的鐵銹,灰塵、油滴及游離水。分離出的氣體進(jìn)入脫水裝置T-101A/B,脫去天然氣中的水份,經(jīng)過精細(xì)分離器緩沖罐D(zhuǎn)-103進(jìn)行分離,然后后進(jìn)入壓縮機主壓縮機C-101經(jīng)過雙級增壓后,增壓至4.55MPa,經(jīng)過冷卻分離后,進(jìn)入精細(xì)過濾器F-104A/B,濾除可能存在的潤滑油滴和固體雜質(zhì)后去原料氣冷凍單元。F-104A/B出口出來的天然氣分成倆路,其中一路經(jīng)過冷箱E-105、E-106(塔底重沸器)、E-108、E-107與輕烴換熱至-17.8℃。最后經(jīng)丙烷制冷系統(tǒng)制冷至-35℃。另一路與脫甲烷塔T-102塔頂干氣換熱至-36.7℃,之后這倆路匯合在一起進(jìn)入E-111與脫甲烷塔塔頂氣換熱至-47.8℃,匯合在一起換熱后的天然氣進(jìn)入低溫分離器D-106進(jìn)行氣烴分離,分離出的天然氣主要成分為甲烷乙烷,經(jīng)過膨脹機膨脹制冷至-101.5℃,進(jìn)入脫甲烷塔第四塊塔板。分離出的輕烴與脫甲烷塔T-102塔頂氣換熱至-94.5℃,經(jīng)過節(jié)流閥LCV-1401節(jié)流至-105.98MPa直接進(jìn)入脫甲烷塔第一塊塔板作為塔頂回流,并在此成為一個低溫區(qū),將從上升來的氣相中乙烷(輕烴)組分冷凝下來,達(dá)到回收目的。2.2設(shè)備現(xiàn)有問題和解決方案2.2.1紅壓深冷系統(tǒng)流程分析裝置存在問題這套改進(jìn)后的LSP工藝與中原油田第四氣廠采用的流程基本相同。均是將低溫分離器分離出來的烴進(jìn)一步冷卻,經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流后進(jìn)入脫甲烷塔塔頂作為回流,吸收塔頂?shù)腃O2,防止CO2凍堵。中原油田四氣廠采用此工藝后效果明顯,制冷溫度在-105——-107℃時,在相同操作壓力條件下未發(fā)生CO2凍堵現(xiàn)象,當(dāng)CO2含量達(dá)到3%——4%時,裝置依然平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。未發(fā)生凍堵現(xiàn)象。可是在紅壓深冷實際運行生產(chǎn)中,在操作壓力相同的條件下,當(dāng)塔頂制冷溫度達(dá)到-92℃時,就會發(fā)生CO2凍堵。經(jīng)認(rèn)真分析對比后發(fā)現(xiàn),中原四氣廠原料氣及烴組分重,其工藝屬于大型NGL回收系統(tǒng),其流程如下圖所示:其物流平衡情況見表(2-1)而紅壓深冷裝置的原料氣是由杏三、杏九、杏V-1及九大隊淺冷裝置來的淺冷外輸干氣,其烴組分較輕。其產(chǎn)品烴組分以C2,C3為主,重組分所占比例較小,如表(2-2)所示:而吸收CO2的關(guān)鍵組分為C5以上重?zé)N(輕油)。所以紅壓深冷所冷凝出來的輕烴組分較輕,吸收CO2的能力較弱。2.2.2解決方法2.2.2.氣體分離技術(shù)當(dāng)前深冷原料氣CO2含量已經(jīng)大于3%,已經(jīng)不滿足GB17820-1999《天然氣》質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中一、二類民用氣要求的CO2含量≤3%的質(zhì)量要求。所以應(yīng)當(dāng)脫出這部分CO2。目前國內(nèi)外分離CO2主要有溶劑吸收法、變壓吸附法和低溫分離法等。其中氣體吸收法占70%,但其能量消耗高、費用也高;而新型氣體膜分離技術(shù),具有投資少、能耗低、設(shè)備緊湊、維修方便等優(yōu)點,作為天然氣凈化處理和CO2捕集、控制排放技術(shù)受到普遍關(guān)注。由中科院大連化學(xué)物理研究所研究員曹義鳴領(lǐng)導(dǎo)的膜技術(shù)組完成的年處理量為1360萬標(biāo)準(zhǔn)立方米低品位天然氣中CO2膜法分離技術(shù)在海南試車成功,并順利通過驗收。這是目前國內(nèi)第一套膜分離CO2裝置,也是目前世界上同類裝置中處理CO2含量最高的天然氣膜法處理裝置。它的開發(fā)應(yīng)用標(biāo)志著我國利用膜技術(shù)分離天然氣中CO2技術(shù)工藝步入世界先進(jìn)行列。此方法可有效脫除原料氣中的CO2,降低CO2的濃度,使原料氣達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)?？墒沁@種方法雖然有效,但是投資成本較高,與分公司節(jié)約生產(chǎn)成本的指示不符,實施難度較大;2.2.2.紅壓錢冷裝置產(chǎn)烴來源的改變將紅壓淺冷的產(chǎn)品烴部分引入到紅壓深冷裝置低溫分離器D-106中,并在此根管線上加裝流量控制系統(tǒng)。如圖2所示。關(guān)于CO2生成固體的條件,根據(jù)熱力學(xué)相平衡原理,一個定性的判定方法,是比較CO2在氣相中的分逸度大于還是小于在某一溫度的平衡蒸汽壓,大于則生成固體,易發(fā)生凍堵;小于則不生成固體。紅壓錢冷裝置的產(chǎn)品烴組分較重,重?zé)N含量較高,如表2-3所示:引入淺冷裝置來的重?zé)N,使塔頂回流的烴中的重組分增多,使之吸收部分CO2,由道爾頓分壓定律:CO2在氣相中的組分降低,則CO2在氣相中分壓降低,偏離生成固體的條件。在實際運行中,當(dāng)CO2氣體的濃度增大超過設(shè)計值時,根據(jù)情況稍微開大流量調(diào)節(jié)閥及其節(jié)流閥LCV-1401,讓更多的重?zé)N進(jìn)入甲烷塔頂,控制CO2固體的形成,改善凍堵程度。2.3預(yù)測效果2.3.1深冷系統(tǒng)的影響紅壓深冷當(dāng)前流程中,隨著乙烷等較重組分不斷冷凝,二氧化碳相對濃度增加,系統(tǒng)趨于產(chǎn)生凍堵。將淺冷較重輕烴引入深冷裝置后,使塔頂回流的輕烴中的重?zé)N組分增多,使之吸收部分CO2,CO2在氣相中分壓降低,偏離生成固體的條件。同時,在發(fā)生凍堵時可以代替甲醇融解固體,改善凍堵程度。2.3.2紅壓深冷裝置針對加裝CO2脫出裝置較小,由于紅壓淺冷裝置與紅壓深冷裝置在地域距離上較近,只需從淺冷的輕烴泵管線上引出一根管線至紅壓低溫分離器D-106中,并在該管線上加裝流量控制裝置及其他一些配套設(shè)施。2.3.3重?zé)N回流液在吸附劑和乙烷中的接觸這部分重?zé)N實際上可看做是一個冷回流,這樣使甲烷塔成為一個真正的精餾塔,重?zé)N回流液在塔內(nèi)與下方膨脹機出口含甲烷和乙烷較多的上升氣相逆向接觸接觸,不斷吸收冷凝氣中的乙烷,既提高了輕烴收率,又能提高產(chǎn)品質(zhì)量。3技術(shù)準(zhǔn)備工作3.1冷制冷單元淺冷輕烴需要換熱至低于-70℃時才能進(jìn)入深冷制冷單元,該部分冷量只能通過與深冷的塔頂干氣換熱來獲取,這將直接影響膨脹機的入口溫度,該