天然氣凈化廠脫硫裝置溶液發(fā)泡攔液原因分析

天然氣凈化廠脫硫裝置溶液發(fā)泡攔液原因分析

重慶天然氣凈化廠忠縣車間于2005年5月竣工，采用sda溶液代替裸露部分。MDEA溶液具有低腐蝕、不易發(fā)泡、溶劑損失小等優(yōu)點。沒有被污染的新鮮溶液,對酸性氣體吸收效果最好,具有一定的抗發(fā)泡性能。但是,近兩年來脫硫單元吸收塔、再生塔發(fā)生多次攔液,導致脫硫裝置處理能力下降,運行不平穩(wěn),造成不合格產(chǎn)品氣的放空。本文對脫硫溶液發(fā)泡的原因進行了分析,探討了發(fā)泡劑、水合物抑制劑及其它開采過程污染物對溶液發(fā)泡的影響,并對采取的相應解決措施進行了介紹。1根據(jù)硫酸泡沫理論分析1.1起泡劑的性能要求天然氣從開采到凈化一般經(jīng)歷采氣—井場預處理—集輸—凈化等環(huán)節(jié)。目前,川渝氣田大多數(shù)氣井由于已進入開采后期,氣井壓力、產(chǎn)量低,多采用泡沫排水采氣工藝。泡沫排水采氣工藝對起泡劑的性能有著嚴格的要求,起泡劑除具有表面活性劑的一般性能外,還要求具有起泡能力強、泡沫攜液量大、泡沫的穩(wěn)定性適中、在含凝析油和高礦化度水中有較強的起泡能力等特點。由泡沫排水采氣工藝對起泡劑性能的要求可以看出,采氣所選用的起泡劑的性能要求高,雖然原料氣進入脫硫裝置前已進行過消泡處理,但或多或少都會有殘余的起泡劑隨大然氣氣流一同進入凈化裝置,從而導致溶液發(fā)泡傾向的產(chǎn)生。1.2水合物抑制劑在天然氣開采、加工和運輸過程中,在一定溫度和壓力下會生成水合物,嚴重時這些水合物能堵塞井筒、管線、閥門和設備,從而影響天然氣的開采、集輸和加工。為防止水合物的生成,除在天然氣節(jié)流前采取加熱等提高天然氣溫度的措施外,通常還采取向輸氣管線加注水合物抑制劑的措施,常用的抑制劑有甲醇、乙二醇(EG)、二甘醇(DEG)等。然而,原料天然氣中攜帶的水合物抑制劑在進入脫硫裝置前分離不干凈,就成為可能引起發(fā)泡的發(fā)泡劑之一。醇胺溶液在凈化過程中通常是穩(wěn)定的,即變質(zhì)速率非常低。但在使用不當?shù)那闆r下,降解反應也會以相當高的速度進行。由于脫硫溶液在再生過程中溫度過高、儲罐中的溶液與氧氣接觸等因素均能導致MDEA溶液產(chǎn)生降解,降解產(chǎn)物不能再生,并且隨著裝置運行時間的增加,胺溶液中的降解產(chǎn)物也不斷累積。醇胺降解產(chǎn)物會引起溶液的發(fā)泡。加強活性炭過濾器的過濾,吸附部分降解產(chǎn)物,達到降低降解產(chǎn)物在溶液中的濃度,對吸收塔和閃蒸罐的平穩(wěn)操作有重要作用,但是在加強活性炭過濾器過濾的同時,活性炭粉化加快,當粉末過多的溶液進入再生塔又將引起再生塔頻繁的攔液。1.4溶液起泡機理分析脫硫溶液中的雜質(zhì)除醇胺溶液自身的降解產(chǎn)物、原料氣攜帶的發(fā)泡劑和水合物抑制劑以外,其它來自原料天然氣攜帶的污染物質(zhì)主要有:(1)地層的高礦化度水,含有大量的Cl-、、Ca2+、Mg2+。(2)天然氣凝析油中攜帶的硫醇和過硫化物。(3)為防止設備和管線腐蝕所加入的緩蝕劑:胺鹽和酰胺類。(4)設備腐蝕產(chǎn)物。FeSO4對溶液的起泡影響明顯,并且隨著脫硫溶液中Fe2+濃度的增加,溶液的起泡性能增大。隨著溶液運行時間的延長,溶液顏色逐漸變黑,進一步促進了脫硫溶液的起泡趨勢。(5)原料氣也會帶來較多的固體粉末,在原料氣過濾單元和脫硫系統(tǒng)的過濾都不能完全過濾,進入溶液系統(tǒng)后懸浮于溶液中,不斷地積累,平時溶液存在輕微的發(fā)泡現(xiàn)象,粉末能加固泡沫的支撐作用,起到骨架的效果。2007月11月,由于忠縣分廠兩套脫硫裝置發(fā)生多次攔液,期間對兩套裝置溶液取樣和新鮮的CT8-5溶液進行比對分析,具體數(shù)據(jù)如表1。從以上數(shù)據(jù)分析可看出,裝置運行過程中,溶液中的D組分(雜質(zhì))和其它雜質(zhì)明顯升高,造成溶液污染。2再生塔攔液致不合格產(chǎn)品氣放空從近兩年忠縣分廠脫硫單元發(fā)泡攔液現(xiàn)象觀察,溶液主要受到上游氣源帶來的化學試劑污染和在生產(chǎn)過程中的溶劑降解影響,投運活性炭過濾器后裝置也容易產(chǎn)生再生塔攔液。填裝活性炭之前,先對活性炭進行了篩選、清洗、干燥,但是投運6～8天的時間內(nèi),再生塔就發(fā)生攔液,停運活性炭過濾器后,再生塔攔液的現(xiàn)象能得到緩解,但是溶液的降解產(chǎn)物和輸氣帶來的化學試劑長時間不經(jīng)活性炭過濾器過濾,會影響脫硫吸收和閃蒸段的平穩(wěn),可以觀察到吸收塔玻板液位計間斷性鼓泡,造成吸收塔液位測量不準,不能準確地測量真實液位;富液中溶解烴類氣體增多,出現(xiàn)閃蒸氣氣量成倍增長,閃蒸壓力不平穩(wěn),閃蒸填料塔內(nèi)的溶液被閃蒸氣帶入燃料氣系統(tǒng)。2007年11月,忠縣分廠Ⅱ套脫硫裝置吸收塔發(fā)生頻繁攔液現(xiàn)象,最多一天攔液9次。經(jīng)常出現(xiàn)閃蒸壓力超高,閃蒸氣量較大,閃蒸氣氣量是正常生產(chǎn)狀態(tài)的10倍左右,除供給全廠燃料氣外,燃氣單元還存在少量放空,多次使用安全閥旁通閥泄壓放空,操作難度較大。通過加大投運活性炭對富液的過濾,并補充部分新鮮溶液以增加溶液的選擇性,兩天后吸收塔壓差一直穩(wěn)定在9.0kPa左右,閃蒸氣量也比較穩(wěn)定,脫硫系統(tǒng)恢復平穩(wěn)。2008年忠縣分廠大修后,兩套脫硫裝置再生段出現(xiàn)了頻繁的攔液,多次造成不合格產(chǎn)品氣放空,裝置運行十分困難,操作難度加大。大修后幾個月再生塔攔液情況統(tǒng)計如表2所示。引起溶液質(zhì)量變差的原因主要是上游氣源帶入的雜質(zhì)和脫硫裝置運行過程中的降解產(chǎn)物。上游帶入凈化廠的雜質(zhì)大致分為固體雜質(zhì)和化學試劑。原料氣在進入裝置前采取重力分離器和高效過濾器進行分離。重力分離器主要分離原料氣中夾帶的凝析油、游離水和固體雜質(zhì),高效過濾器主要過濾原料氣中的游離態(tài)的液體以及直徑大于3μm的機械雜質(zhì),理論過濾精度可達到99.98%。但由于實際帶入脫硫單元的雜質(zhì)較多,富MDEA過濾器更換元件時發(fā)現(xiàn)有大量的黑色固體物質(zhì),有部分不明雜質(zhì)呈黑色果凍狀(見圖1和圖2所示)。從脫硫溶液運行情況看,溶液在運行過程中,MDEA會產(chǎn)生降解產(chǎn)物,這些降解產(chǎn)物不可再生,隨著運行時間的增長,裝置中的降解產(chǎn)物也隨著增加。為此,分廠采取了以下控制措施:(1)攔液期間,采取提高溶液循環(huán)量大于正常生產(chǎn)10m3以上,加大整個循環(huán)系統(tǒng)溶液的過濾,并將塔盤層數(shù)由16層調(diào)整為10或12層。采取此措施,適當提高了溶液循環(huán)量,減少了單位體積富液的酸氣負荷,達到調(diào)整系統(tǒng)平衡的目的,使吸收塔、閃蒸罐、再生塔液位保持穩(wěn)定,減少了系統(tǒng)的波動。(2)在兩套裝置脫硫過濾系統(tǒng)的濾芯頻繁更換后,對過濾后的富液取樣觀察發(fā)現(xiàn)溶液濁度仍然較大時,采取逐漸將前后過濾器管式濾芯精度提高,以達到加強過濾特別是后過濾器的過濾精度,以減少攜帶入溶液的雜質(zhì)量。(3)加大對溶液濃度分析的力度,將溶液濃度控制在正常的操作范圍內(nèi),隨時掌握溶液污染情況。(4)增加原料氣重力分離器和原料氣高效過濾器的排污次數(shù)。(5)對兩套裝置補充部分CT8-5溶液,提高溶液的濃度和選擇性。(6)當吸收塔壓差上漲過快,適當加入少量阻泡劑(200mL左右),快速降低吸收塔壓差,恢復正常生產(chǎn)。在采取以上措施期間,再生段的操作有暫時的好轉(zhuǎn),效果只是在短時間內(nèi)。開產(chǎn)后一個月,更換了I套脫硫裝置活性炭,更換后投運6天再次發(fā)生再生塔攔液,并造成不合格產(chǎn)品氣放空。分析以上現(xiàn)象的原因認為,活性炭剛投運后,活性炭粉末還比較多,溶液后過濾器不能完全將活性炭粉末過濾下來,粉末增加造成溶液攔液。解決措施是,當活性炭投運后應開小部分溶液流過,接觸活性炭,吸收溶液的部分降解物,并沖刷活性炭粉末,經(jīng)過反復的過濾,才能減少溶液中的活性炭粉末濃度。如此2至3個月后,可以緩慢地提高活性炭過濾的溶液流量,此時脫硫裝置的吸收段、閃蒸段、再生段運行都很平穩(wěn)。分廠針對活性炭過濾器使用情況制定了如下措施:(1)活性炭在裝填前必須進行篩、淘、曬三個步驟,在投運前還需進行除鹽水浸泡清洗,有條件的可進行除鹽水浸泡爆破清洗,直到排出來的水基本上無黑色為止。(2)活性炭投入應緩慢進行,根據(jù)閃蒸量的變化逐步加大其過濾量,這樣做既有利于延長活性炭過濾器的使用周期,而且在系統(tǒng)出現(xiàn)發(fā)泡跡象時又能及時調(diào)整過濾量消除系統(tǒng)發(fā)泡。(3)為了防止活性炭被堵塞和活性炭過濾器內(nèi)吸附的懸浮物質(zhì)進入系統(tǒng),無論前級還是后級過濾器,只要有走旁通的情況,必須將活性炭停運。分廠在做好溶液質(zhì)量的控制措施和活性炭過濾器使用后,至今裝置運行平穩(wěn),脫硫溶液選擇性較好。3脫硫溶液發(fā)泡的原因分析忠縣分廠天然氣脫硫裝置頻繁發(fā)生攔液現(xiàn)象,穩(wěn)、經(jīng)濟地運行。影響了生產(chǎn)的正常進行。由于脫硫裝置運行