刍议天然气净化工艺的节能降耗

刘泉洲 张楌 王志刚

陕西省延安市志丹县长庆油田分公司第一采气厂第四净化厂 邮编717500

一、天然气的应用

由于科学的迅猛发展，促使天然气利用领域不断扩大。根据近期研究领域和实骏的目的的发展趋势，在以下几个领域将会有扩大：热电联产和联合循环发电中作为燃料应用、替代汽车等运输工具的燃料油、天然气空调系统、天然气燃料电池、天然气合成油及化学品等等。

二、再生塔设计

富液再生塔利用由重沸器提供的水蒸气和热量使醇胺和酸气的反应逆向进行，分解胺盐、释放岀吸收的酸气。由重沸器来的蒸汽对溶液还有汽提作用，即气相内酸气浓度远小于其平衡浓度，在浓差的驱动下促进HS、CO从溶液内分岀，故再生塔也称汽提塔。小直径再生塔常釆用填料塔；大直径釆用板式塔。塔径确定方法与吸收塔相同,塔板数与吸收塔也基本相同，为20～24 块,板间距为0.6m。在进料塔板上方也有几块充水塔板用于降低溶剂蒸发损失。塔压一般为70～130kPa，塔顶温度一般低于107°C。确定塔径时需知气体流量，应选取塔顶和塔底气体流量较大者确定再生塔径。塔底气体流量等于重沸器产生的水蒸气流量。塔顶气体流量等于塔顶蒸汽流量加酸气流量，塔顶蒸汽流量等于塔底蒸汽流量减溶液温度由入塔温度升至重沸器温度所需蒸汽流量，再减去使酸气汽化所需的蒸汽流量。

三、吸收塔设计及节能考虑

吸收塔径和气体处理量和压力有关，有多种经验估算法。气体最大空塔速度可按Souders-Brown 方程估算，塔内气流速度过大时，造成塔板上溶液大量发泡，降液管液位上升，使两层临近塔板上的液体相连，产生液泛。为防止液泛并允许气体以较小速度吹入塔板上的液层内，既有良好侍质环境，又能防止塔板上产生大量气泡，为防止塔板液层发泡、气体速度再降低15%。由气体处理量和塔内气体流速即可确定塔径。原料气进塔后，由于溶液吸收酸气以及与胺液发生化学反应放岀热量，因而流岀塔顶甜气温度较原料气温度高8～17°C。贫胺液入塔温度一般为37-55°C。贫液温度应等于或略高于甜气温度，温差控制在0～6°C 间，否则气体遇贫液骤冷后将产生凝析烃，污染吸收溶液。同样，由于化学反应，岀塔富液温度比原料气温度约高11～22°C。进吸收塔贫液含有微量酸气，含酸气的量与醇胺类别有关。伯醇胺的残余酸气负荷为0.05～0.10 (mol 酸气/mol 胺液)，仲醇胺为0.03～0.05，以MDEA 为基料复配的吸收溶剂的残余酸气负荷为0.005。岀塔富液的酸气负荷常按80%酸气平衡负荷考虑。塔型选择时考虑的因素有：物料性质、操作条件、塔设备的性能及塔设备的制造、安装、运转和维修等。吸收塔和再生塔是醇胺法工艺的核心设备，分别承担吸收酸性组分和从洛液中赶出酸性气体的职责。对于直径大于等于0.8m 时，宜选用板式塔。在计算塔径时，考虑到醇胺溶液易于起泡的特点，不宜采用过小的板间距。通常釆用的板间距为600mm,为维修检修方便，有人孔时，板间距取800mm。根据《气田天然气净化厂设计规范》可知，浮阀塔盘具有弹性大、效率高、处理能力比泡罩塔和筛板塔的特点，故吸收塔、再生塔宜优先釆用浮阀塔。从闪蒸分离器底部排出的富甘醇依次经过纤维过滤器和活性炭过滤器除去甘醇溶液在吸收塔中吸收与携带过来的少量固体、液烃化学剂及其它杂质。这些杂质可以引起甘醇溶液气泡、堵塞再生系统的精馏柱（通常是填料柱），还可使重沸器的火管结垢。由纤维过滤器和活性炭过滤器来的富甘醇经贫/富甘醇换热器预热后，进入重沸器上部的精馏柱中。精馏柱一般充填填料。富甘醇在精馅柱内向下流入重沸器时，与由重沸器中气化上升的热甘醇蒸汽和水蒸汽接触，进行传热和传质。精馏柱顶部装有回流冷凝器，以在精馏柱顶部产生部分回流。回流冷凝器可以采用空气冷却，也可以采用冷的富甘醇冷却，再生塔顶的回流冷凝器常为强制通风空冷式翅片管换热器，它的负荷是冷却塔顶气并把水蒸气凝析为水。冷却器的入口温度不宜超过107°C，可直接测量或由水蒸气分压查蒸汽表得到，岀口温度为 54～62°C。从富甘醇中气化的水蒸汽，最后从精馏柱顶部排至大气中。从精馏柱流入重沸器的富甘醇，在重沸器中被加热到177-204°C 左右，以便充分脱除所吸收的水蒸汽，并使甘醇溶液中的甘醇浓度提浓到99% (w)以上。再生好的热贫甘醇由重沸器流经贫/富甘醇换热器等冷换设备进行冷却后。当采用装有换盘管的缓冲罐时，热贫甘醇则由重沸器的溢流管流入缓冲罐中，与流经缓冲罐内换热盘管的冷富甘醇换热。缓冲罐也起甘醇泵的供液罐作用。离开贫/富液换热器的贫甘醇经甘醇泵加压后去气体/贫甘醇换热器进一步冷却，然后再进入吸收塔顶部打循环使用。

四、结语

我国的气田多使用多井集气工艺，采气管线压力一般10MPa 以上，经节流降压至4-8MPa 后进入集气管线。防止输送和节流过程中生成水合物，常釆取加热、注醇和低温分离等措施。这样容易设计成体积小、质量轻、成本低、可靠性高的脱水橇，并且可以充分的利用天然气的压力能。适合単井集气工艺的井口、多井集气工艺的集气站的天然气脱水，取代加热、注醇、低温分离和三甘醇脱水等系统。