天然氣液化裝置分子篩再生氣回收利用改造

劉小莉

（中海石油廣東液化天然氣有限公司，廣東 珠海 519030）

0 引言

中國海油珠海天然氣液化裝置設計的日處理天然氣量為60×104Nm3。裝置工藝流程主要由天然氣調壓計量、脫碳、脫水、液化、LNG儲存和外輸組成［1］。為充分利用資源，將LNG儲存過程中產生的閃蒸氣（BOG）回收去給干燥單元分子篩進行再生，最后用作燃氣透平的燃料氣。裝置在試運行期間發(fā)現分子篩所需再生氣量遠多于燃氣透平的燃料氣需求量。多余的分子篩再生氣在裝置試運行階段只能送去火炬燒掉，造成了天然氣的浪費。為此，筆者擬就為再生氣的回收利用改造技術作一探討。

1 天然氣干燥工藝簡介

天然氣干燥單元采用4A分子篩兩塔脫水工藝流程，天然氣經深度脫水后，天然氣中的水含量低于1 mg／L。兩床分子篩干燥塔的切換運行周期為12 h。在一個運行周期內，一塔用于干燥，干燥周期為12 h，另一塔用于再生，加熱時間為5.5 h，冷卻時間為6 h，分子篩升降壓時間為0.5 h。分子篩的運行由順控程序控制自動運行，兩床分子篩干燥塔的功能切換由對應軌道球閥的開啟和關閉來完成。分子篩干燥塔的工藝流程為：當分子篩干燥塔A用于脫水時，分子篩床層溫度為34℃，壓力為4.27 MPa，天然氣從分子篩頂部進入，自上而下流動的過程中完成了脫水。分子篩B塔內首先將壓力從4.27 MPa降低至2.1 MPa，接著進行加熱和冷吹的再生過程。分子篩的再生氣來自降壓至2.1 MPa后LNG儲罐的BOG，在分子篩加熱再生5.5 h后，再生氣不再經過透平高溫尾氣加熱而是直接經冷卻器冷卻到45℃后對高溫的分子篩床層進行冷吹，操作壓力依然維持在2.1 MPa，隨著冷吹的進行，床層溫度降為45℃，結束冷吹［2-3］。接著分子篩B塔通過充壓閥增壓至4.27 MPa，達到進行吸附脫水操作的條件。從分子篩塔頂排出的再生氣經加熱后最終去燃氣透平做燃料。分子篩吸附及再生工藝流程見圖1。

2 再生氣量與燃料氣量不匹配解決方案

分子篩再生氣流量為3 500 Nm3／h，但裝置滿負荷運行時，燃氣透平燃料氣需求量僅約為2 000 Nm3／h，再生氣流量比燃氣透平燃料氣需求流量多了約1 500 Nm3／h。分子篩再生氣和燃氣透平燃料氣流量不匹配問題有3個解決方案可供選擇。

1）方案一：增設壓縮機回收多余的再生氣［4］。為保證分子篩的再生效果，在不減少分子篩再生氣流量的基礎上，增設一臺壓縮機，將多余的再生氣進行回收并返回系統(tǒng)。

圖1 分子篩吸附及再生工藝流程圖

2）方案二 ：增設一臺分子篩塔，由兩塔改為三塔流程。減小分子篩再生氣的流量，增設一臺分子篩脫水塔，由兩塔循環(huán)改為三塔并聯(lián)循環(huán)脫水。三塔循環(huán)的流程為：A塔吸附時，B塔加熱，C塔冷卻，如此循環(huán)切換，再生氣先做冷吹氣，后經燃氣透平高溫尾氣加熱后給分子篩加熱再生。切換時間由12 h縮短為8 h。通過延長再生加熱和冷吹的時間，減少再生氣流量，達到再生氣量和所需燃料氣量相匹配的目的。三塔吸附流程見圖2。

圖2 分子篩三塔吸附及再生工藝流程圖

3）方案三：提高分子篩再生溫度，減少再生氣流量。對現有的再生氣加熱爐進行改造，將再生氣的加熱溫度由現在的280℃提高到320℃，從而提高分子篩再生加熱溫度，縮短再生加熱時間和減少再生氣流量。

3 方案對比及選擇

對于方案一，該方案能徹底解決分子篩再生氣流量與燃氣透平燃料氣流量不匹配的問題，實現天然氣的回收再利用。方案改造工程量小，改造工期短，對生產影響小。對于方案二，該方案通過延長再生加熱和冷吹時間，減少了再生氣流量從而解決再生氣與透平燃料氣量不匹配的問題，但該方案改造工程量大、工期長，同時需要重新組態(tài)分子篩順控程序。方案三只能相對減少再生氣流量與排放量，這是因為提高分子篩的再生溫度，會相應增大所需要的冷吹氣量或延長冷吹時間，故不能徹底解決再生氣量和燃料氣量不匹配的問題，且該方案同樣存在改造工程量大、工期長的缺點。綜合上述分析對比，采用方案一最為適合。

在壓縮機選型中，需要考慮回收多余的再生氣特點包括：① 流量不穩(wěn)定，受上游氣源變化的影響，裝置運行負荷不穩(wěn)定，而裝置在不同負荷下燃氣透平所需的燃料氣量不同，所以需回收的再生氣流量也是變化的；② 為保證分子篩吸附效果，回收至分子篩入口的再生氣溫度需控制在40℃以下。根據回收介質的工藝特點，選取一臺往復活塞式壓縮機。流經分子篩的再生氣經冷卻、氣液分離后，一路去燃氣透平作燃料氣，多余的再生氣則引至壓縮機入口，經壓縮機增壓后回收至分子篩吸附塔前。在壓縮機出口設置一臺蒸發(fā)式冷卻器，以保證回收的再生氣溫度滿足工藝要求。同時壓縮機具備25%、50%、75%和100%的氣量調節(jié)功能，以保證裝置在改變工況條件下穩(wěn)定運行。增設壓縮機的流程與技術參數見圖3、表1和表2。

圖3 增設回收壓縮機后的分子篩吸附及再生工藝流程圖

表1 增設回收壓縮機技術參數表

表2 入口氣體物性參數表

4 改造成效

增設的再生氣回收壓縮機已成功地在中國海油珠海天然氣液化裝置現場安裝并經調試后投用。壓縮機、出口冷卻器設備采購及配管安裝等費用總計約120萬元。經過技術改造后，裝置運行穩(wěn)定，每年回收利用天然氣約800×104Nm3，以每1t天然氣燃燒后產生2 t的CO2計算，每年可減少CO2排放約1.16×104t，裝置液化率提高約5%，每年獲得的直接經濟效益可達800萬元。

5 結束語

珠海天然氣液化裝置在運行期間分子篩所需的再生氣氣量遠多于燃氣透平所需的燃料氣氣量，多余的分子篩再生氣只能送去火炬放空，造成了極大的資源浪費和環(huán)境污染。為此，特增設了無油潤滑往復活塞式壓縮機進行分子篩再生氣的回收利用，經過實際運用，創(chuàng)收增產的成效明顯，并達到了節(jié)能減排的目的。

［1］高黎敏.LNG用作汽車燃料的優(yōu)點［J］.煤氣與熱力，2012，32（3）：16-24.

［2］顧安忠，魯雪生.液化天然氣技術手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2010：21.

［3］王遇冬.天然氣處理原理與工藝［M］.北京：中國石化出版社，2007：221-222.

［4］姬忠禮，鄧志安，趙會軍.泵和壓縮機［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2008.