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天然氣脫水裝置氣質(zhì)工況及處理規模:氣體處理規模:8.2萬(wàn)m3/d原料氣壓力:0.85-1.0 MPa原料氣溫度:45 ℃脫水后的干氣要求0.85 MPa.g下的水露點(diǎn)≤-40℃
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分子篩脫水工藝流程
根據用戶(hù)提供的工藝流程,本方案擬采用兩塔脫水流程,其中一塔吸附脫水操作,另一塔進(jìn)行吸附劑的再生和冷卻,然后切換操作。8小時(shí)一周期,導熱油加熱,采用干氣再生及冷吹的方式。
表2 兩塔方案(常規)時(shí)間分配表
吸附器 | 0~8h | 8~16h |
分子篩脫水塔A | 吸附 | 加熱/冷卻 |
分子篩脫水塔B | 加熱/冷卻 | 吸附 |
由表2可以看出,分子篩兩塔脫水裝置運行時(shí),始終保持一塔處于吸附狀態(tài),另一塔處于再生狀態(tài)。因此,加熱爐操作不連續,點(diǎn)火、停爐頻繁,不利于裝置的長(cháng)周期正常、平穩運行,且會(huì )造成一定的熱損失。但兩塔流程簡(jiǎn)單,其吸附時(shí)間增長(cháng),能耗大大降低。兩塔流程較三塔流程減少1座吸附塔,大大節約了設備采購費用。由于設備數量的減少,操作維護費用也將大大降低。同時(shí),由于減少了設備、工藝管線(xiàn)的數量,實(shí)際上也相應削減了管線(xiàn)、設備穿孔泄露的風(fēng)險,提高了安全可靠性。且吸附、再生、冷卻過(guò)程為密閉過(guò)程,對環(huán)境污染少。
兩塔流程由裝填有分子篩的兩個(gè)塔組成,假設塔2在進(jìn)行干燥,塔1在進(jìn)行再生。在再生期間,所有被吸附的物質(zhì)通過(guò)加熱而被脫吸,為該塔的下一個(gè)吸附周期作準備。濕原料氣一般經(jīng)原料氣過(guò)濾分離器,除去攜帶的液滴后自上而下地進(jìn)入分子篩脫水塔(塔2),進(jìn)行脫水吸附過(guò)程。脫除水后的干氣一般經(jīng)產(chǎn)品氣粉塵過(guò)濾器除去分子篩粉塵后,作為本裝置產(chǎn)品氣輸送出去。
且選用兩塔流程仍有擴建空間。若以后天然氣處理量逐步增大,可能導致分子篩床層內氣體流速增大,部分分子篩被擊碎,并被原料氣攜帶進(jìn)入粉塵過(guò)濾器,造成粉塵過(guò)濾器濾網(wǎng)堵塞,裝置運行不平穩。則可對分子篩脫水工藝流程進(jìn)行改造,在原兩塔的基礎上增加一臺同規格的分子篩干燥塔,將“兩塔流程”改為“三塔流程”,同時(shí)增加配套的自控系統,以完成擴建。
因此,本設計中采取分子篩兩塔吸附脫水流程。
一臺干燥器在脫水時(shí)原料氣上進(jìn)下出,以減少氣流對床層的擾動(dòng),另一臺干燥器在再生時(shí)再生氣下進(jìn)上出,這樣既可以脫除靠近干燥器床層上部被吸附的物質(zhì),并使其不流過(guò)整個(gè)床層。又可以確保與濕原料氣接觸的下部床層得到充分再生,而下部床層的再生效果直接影響流出床層干氣的露點(diǎn)。然后,兩臺干燥器切換操作。如果采用濕氣(例如原料氣)再生與冷卻,為保證分子篩床層下部再生效果,再生氣與冷卻氣應上進(jìn)下出。
在脫水時(shí),干燥器床層不斷吸附氣體中的水分直至最后整個(gè)床層達到飽和,此時(shí)就不能再對濕原料氣進(jìn)行脫水。因此,必須在干燥器床層未達到飽和之前就進(jìn)行切換,即將濕原料氣改進(jìn)入另一個(gè)已經(jīng)再生好的干燥器床層,而剛完成脫水操作的干燥器床層則改用再生氣進(jìn)行再生。
干燥器再生氣可以是濕原料氣,也可以是脫水后的高壓干氣或外來(lái)的低壓干氣(例如NGL回收裝置中的脫甲烷塔塔頂氣)。為使干燥劑再生更*,保證干氣有較低露點(diǎn),一般應采用干氣作再生用氣。再生氣量約為原料氣量的5%~10%。
當采用高壓干氣作再生氣時(shí),可以是加熱后直接去干燥器將床層加熱,使干燥劑上吸附的水分脫附,并將流出干燥器的氣體冷卻,使脫附出來(lái)的水蒸氣冷凝與分離。由于此時(shí)分出的氣體是濕氣,故增壓返回濕原料氣中(見(jiàn)圖3-17);也可以是將再生氣先增壓(一般增壓0.28~0.35MPa)再加熱去干燥器,然后冷卻、分水并返回濕原料氣中;還可以根據干氣外輸要求(露點(diǎn)、壓力),再生氣不需增壓,經(jīng)加熱后去干燥器,然后冷卻、分水,靠控制進(jìn)輸氣管線(xiàn)閥門(mén)前后的壓差使這部分濕氣與干氣一起外輸。當采用低壓干氣作再生氣時(shí),因脫水壓力遠高于再生壓九故在干燥器切換時(shí)應控制升壓與降壓速度,一般宜小于0.3MPa/min。
床層加熱完畢后,再用冷卻氣使床層冷卻至一定溫度,然后切換轉入下一個(gè)脫水周期。由于冷卻氣是采用不加熱的干氣,故一般也是下進(jìn)上出。但是,有時(shí)也可將冷卻干氣自上而下流過(guò)床層,使冷卻干氣中的少量水蒸氣被床層上部干燥劑吸附,從而最大限度降低脫水周期中出口干氣的水含量。
2.工藝參數
(1) 原料氣進(jìn)干燥器溫度
由圖3-16可知,吸附劑的濕容量與床層吸附溫度有關(guān),即吸附溫度越高,吸附劑的濕容量越小。為保證吸附劑有較高的濕容量,進(jìn)入床層的原料氣溫度不宜超過(guò)50℃。
(2) 脫水周期
干燥器床層的脫水周期(吸附周期)應根據原料氣的水含量、空塔流速、床層高徑比、再生氣能耗、干燥劑壽命等進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。
對于兩塔脫水流程,干燥器脫水周期一般為8~24h,通常取8~12h。如果原料氣的相對濕度小于100%,脫水周期可大于12h。脫水周期長(cháng),意味著(zhù)再生次數較少,干燥劑使用壽命長(cháng),但是床層較長(cháng),投資較高。對于壓力不高、水含量較大的氣體脫水,為避免干燥器尺寸過(guò)大,脫水周期宜小于8h。
再生周期時(shí)間與脫水周期相同。在兩塔脫水流程中再生氣加熱床層時(shí)間一般是再生周期的65%。以8h再生周期為例,大致是加熱時(shí)間4.5h,冷卻時(shí)間3h,備用和切換時(shí)間0.5h。
圖3-17為NGL回收裝置中普遍采用的氣體脫水兩塔工藝流程。一臺干燥器在脫水時(shí)原料氣上進(jìn)下出,以減少氣流對床層的擾動(dòng),另一臺干燥器在再生時(shí)再生氣下進(jìn)上出,這樣既可以脫除靠近干燥器床層上部被吸附的物質(zhì),并使其不流過(guò)整個(gè)床層。又可以確保與濕原料氣接觸的下部床層得到充分再生,而下部床層的再生效果直接影響流出床層干氣的露點(diǎn)。然后,兩臺干燥器切換操作。如果采用濕氣(例如原料氣)再生與冷卻,為保證分子篩床層下部再生效果,再生氣與冷卻氣應上進(jìn)下出。
在脫水時(shí),干燥器床層不斷吸附氣體中的水分直至最后整個(gè)床層達到飽和,此時(shí)就不能再對濕原料氣進(jìn)行脫水。因此,必須在干燥器床層未達到飽和之前就進(jìn)行切換,即將濕原料氣改進(jìn)入另一個(gè)已經(jīng)再生好的干燥器床層,而剛完成脫水操作的干燥器床層則改用再生氣進(jìn)行再生。
干燥器再生氣可以是濕原料氣,也可以是脫水后的高壓干氣或外來(lái)的低壓干氣(例如NGL回收裝置中的脫甲烷塔塔頂氣)。為使干燥劑再生更*,保證干氣有較低露點(diǎn),一般應采用干氣作再生用氣。再生氣量約為原料氣量的5%~10%。
當采用高壓干氣作再生氣時(shí),可以是加熱后直接去干燥器將床層加熱,使干燥劑上吸附的水分脫附,并將流出干燥器的氣體冷卻,使脫附出來(lái)的水蒸氣冷凝與分離。由于此時(shí)分出的氣體是濕氣,故增壓返回濕原料氣中(見(jiàn)圖3-17);也可以是將再生氣先增壓(一般增壓0.28~0.35MPa)再加熱去干燥器,然后冷卻、分水并返回濕原料氣中;還可以根據干氣外輸要求(露點(diǎn)、壓力),再生氣不需增壓,經(jīng)加熱后去干燥器,然后冷卻、分水,靠控制進(jìn)輸氣管線(xiàn)閥門(mén)前后的壓差使這部分濕氣與干氣一起外輸。當采用低壓干氣作再生氣時(shí),因脫水壓力遠高于再生壓九故在干燥器切換時(shí)應控制升壓與降壓速度,一般宜小于0.3MPa/min。
床層加熱完畢后,再用冷卻氣使床層冷卻至一定溫度,然后切換轉入下一個(gè)脫水周期。由于冷卻氣是采用不加熱的干氣,故一般也是下進(jìn)上出。但是,有時(shí)也可將冷卻干氣自上而下流過(guò)床層,使冷卻干氣中的少量水蒸氣被床層上部干燥劑吸附,從而最大限度降低脫水周期中出口干氣的水含量。
2.工藝參數
(1) 原料氣進(jìn)干燥器溫度
由圖3-16可知,吸附劑的濕容量與床層吸附溫度有關(guān),即吸附溫度越高,吸附劑的濕容量越小。為保證吸附劑有較高的濕容量,進(jìn)入床層的原料氣溫度不宜超過(guò)50℃。
(2) 脫水周期
干燥器床層的脫水周期(吸附周期)應根據原料氣的水含量、空塔流速、床層高徑比、再生氣能耗、干燥劑壽命等進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。
對于兩塔脫水流程,干燥器脫水周期一般為8~24h,通常取8~12h。如果原料氣的相對濕度小于100%,脫水周期可大于12h。脫水周期長(cháng),意味著(zhù)再生次數較少,干燥劑使用壽命長(cháng),但是床層較長(cháng),投資較高。對于壓力不高、水含量較大的氣體脫水,為避免干燥器尺寸過(guò)大,脫水周期宜小于8h。
再生周期時(shí)間與脫水周期相同。在兩塔脫水流程中再生氣加熱床層時(shí)間一般是再生周期的65%。以8h再生周期為例,大致是加熱時(shí)間4.5h,冷卻時(shí)間3h,備用和切換時(shí)間0.5h。
3) 再生周期的加熱與冷卻溫度
再生時(shí)床層加熱溫度越高,再生后干燥劑的濕容量也越大,但其使用壽命也約短。床層加熱溫度與再生氣加熱后進(jìn)干燥器的溫度有關(guān),而此再生氣入口溫度應根據原料氣脫水深度、干燥劑使用壽命等因素綜合確定。不同干燥劑所要求的再生氣進(jìn)口溫度范圍為:分子篩232~315℃;硅膠234~245℃;活性氧化鋁則介于二者之間,并接近分子篩的溫度范圍。
加熱完畢后即將冷卻氣通過(guò)床層使其冷卻,一般在冷卻氣出干燥器的溫度降至50℃即可停止冷卻。冷卻溫度過(guò)高,由于床層溫度較高,干燥劑濕容量將會(huì )降低;反之,冷卻溫度過(guò)低,將會(huì )增加冷卻時(shí)間。如果是采用濕原料氣再生,冷卻溫度過(guò)低時(shí)還會(huì )使床層上部干燥劑被冷卻氣中的水蒸氣預飽和。
圖3-18為采用兩塔流程的吸附法脫水裝置8h再生周期(包括加熱和冷卻)的溫度變化曲線(xiàn)。曲線(xiàn)1表示再生氣進(jìn)干燥器的溫度TH,曲線(xiàn)2表示加熱和冷卻過(guò)程中離開(kāi)干燥器的氣體溫度,曲線(xiàn)3則表示濕原料氣溫度。
再生開(kāi)始時(shí)加熱后的再生氣進(jìn)入干燥器加熱床層和容器,大約在116~120℃時(shí)床層中吸附的水分開(kāi)始大量脫附,故此時(shí)升溫比較緩慢。設計中可假定大約在121~125℃的溫度下脫除全部水分。待水分全部脫除后,繼續加熱床層以脫除不易脫附的重烴和污物。當再生時(shí)間在4h或4h以上,離開(kāi)干燥器的氣體溫度達到180~230℃時(shí)床層加熱完畢。熱再生氣溫度TH至少應比再生加熱過(guò)程中所要求的最終離開(kāi)床層的氣體出口溫度瓦高19~55℃,一般為38℃。然后,將冷卻氣通入床層進(jìn)行冷卻,當床層溫度大約降至50℃時(shí)停止冷卻。
3. 主要設備
主要設備有干燥器、再生氣加熱器、冷卻器和水分離器以及再生氣壓縮機等?,F僅將干燥器的結構介紹如下。
干燥器的結構:干燥器由床層支承梁和支承柵板、頂部和底部的氣體進(jìn)、出口管嘴和分配器(這是因為脫水和再生分別是兩股物流從兩個(gè)方向流過(guò)干燥劑床層,故頂部和底部都是氣體進(jìn)、出口)、裝料口、排料口以及取樣口、溫度計插孔等組成。
SY/T 0076-2003《天然氣脫水設計規范》
HG/T 20570.2-95《安全閥的設置和選用》
SY/T 0524-2008《導熱油加熱爐系統規范》
GB/T 8163-2008《輸送流體用無(wú)縫鋼管》
GB/T 17395-2008《無(wú)縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》
GB 50251-2003《輸氣管道工程設計規范》
GB 50350-2005《油氣集輸設計規范》
GB 8770-1988《分子篩動(dòng)態(tài)水吸附測定方法》
GB/T 9019-2001《壓力容器公稱(chēng)直徑》
GB 150-1998《鋼制壓力容器》
SH3098-2000《石油化工塔器設計規范》
JB731-2008《鍋爐和壓力容器用鋼板》
SY/T 0515-2007《油氣分離器規范》
HGT21618-1998《絲網(wǎng)除沫器》
二、再生氣量3000m3
冷吹氣量2000m3
系統壓降 50~80kpa
投資估算 80萬(wàn)元
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