干燥裝置出現(xiàn)的問題及處理措施

張福亭

(伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司，新疆 伊寧 835000)

伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司(以下簡稱伊犁新天煤化工)20億m3/a煤制天然氣項目主裝置分為化工A、B系列，單系列產(chǎn)天然氣10億m3/a，主裝置流程如下：選用碎煤加壓氣化生產(chǎn)粗煤氣→鈷鉬系一氧化碳變換→低溫甲醇洗脫硫脫碳→鎳基催化甲烷化→三甘醇干燥→天然氣壓縮→天然氣管網(wǎng)。其中，三甘醇干燥裝置分為天然氣干燥系統(tǒng)、三甘醇再生系統(tǒng)、補充三甘醇系統(tǒng)，干燥單系列設(shè)計處理天然氣量約74 400～139 000Nm3/h，本文主要論述三甘醇干燥原理、干燥后天然氣露點超標(biāo)原因分析及操作注意事項。

1 三甘醇干燥原理

1.1 干燥裝置工藝流程

來自合成的濕天然氣進入過濾分離器，將原料氣中的液態(tài)水、烴類、固體顆粒進行過濾分離后進入脫水吸收塔，濕天然氣與三甘醇逆向接觸，脫水后天然氣進入出口分離器，經(jīng)壓縮系統(tǒng)將天然氣并入管網(wǎng)。脫水吸收塔底部出來的含水三甘醇送入精餾柱頂部換熱器，換熱后進入閃蒸罐，經(jīng)機械及活性炭過濾器后，再經(jīng)貧富液換熱器，進入TEG重沸器，在4.9MPa中壓過熱蒸汽的加熱下將富三甘醇中的水分脫除，同時，低壓氮氣在氮氣預(yù)熱器與4.9MPa冷凝液換熱后經(jīng)汽提柱進入TEG重沸器汽提，再生后的貧三甘醇經(jīng)貧富液換熱器后進入TEF緩沖罐，出TEF緩沖罐的三甘醇經(jīng)冷卻器、三甘醇循環(huán)泵循環(huán)使用。干燥流程見圖1。

圖1 干燥流程注：1—過濾分離器；2—脫水吸收塔；3—閃蒸罐；4—機械及活性炭過濾器；5—氮氣氣提柱；6—TEG重沸器；7—精餾柱；8—TEF緩沖罐；9—冷卻器；10—循環(huán)泵；11—出口分離器

1.2 三甘醇脫水原理

在正常生產(chǎn)的過程中，進甲烷化的凈煤氣中本身沒有水，因甲烷化采用鎳基預(yù)還原催化劑凈煤氣中的CO、CO2和H2，在催化作用下發(fā)生的甲烷化反應(yīng)如式(1)、(2)：

CO+3H2=CH4+H2O

(1)

CO2+4H2=CH4+2H2O

(2)

由(1)、(2)兩式可以看出，在發(fā)生甲烷化反應(yīng)的同時有水產(chǎn)生，以至于在出甲烷化合成裝置時，天然氣中含水量較高。工業(yè)上常用的脫水工藝有3種：膜分離脫水法、固體干燥脫水法、溶劑脫水法。因考慮到設(shè)備投資、操作費用、脫水效果等問題，伊犁新天煤化工選用溶劑脫水法。在脫水溶劑中，三甘醇對天然氣中的水蒸氣和液態(tài)水有很好的親和力，而且三甘醇的熱穩(wěn)定性較好，不易發(fā)生其他化學(xué)反應(yīng)，比較容易再生，同時對天然氣和其他烴類溶解度較低，對設(shè)備無腐蝕性，相對其他溶劑價格比較低廉，而且可以再生循環(huán)使用，消耗較低，投入生產(chǎn)運行比較穩(wěn)定。

1.3 水露點對天然氣的影響

露點是指在該環(huán)境溫度和相對濕度的條件下，物體表面剛剛開始發(fā)生結(jié)露的溫度，該溫度即為該環(huán)境條件下的露點，露點溫度越低，空氣的干燥程度越高。天然氣水露點指天然氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和時的溫度，是用來測天然氣濕度的參數(shù)。天然氣的水露點是天然氣一項重要的指標(biāo)，水露點的主要目的是防止液相水在天然氣輸送管道內(nèi)產(chǎn)生。若管道中有游離水的存在，就會降低輸氣管道的輸送能力，增加冰堵事故發(fā)生的概率，并使輸氣管道內(nèi)的硫化氫、二氧化碳對管線和其他設(shè)備產(chǎn)生腐蝕。所以，必須控制天然氣的水露點，而伊犁新天煤化工干燥后的天然氣水露點常壓下一般控制在-65～-48℃之間，12MPa壓力下露點不大于-10℃。

2 天然氣水露點超標(biāo)

大修前天然氣露點一直維持在-65～-58℃，大修后開車發(fā)現(xiàn)，天然氣露點升至-42℃左右，露點超標(biāo)時的數(shù)據(jù)見表1。

表1 露點超標(biāo)時的數(shù)據(jù)

續(xù)表

由表1可知，除貧三甘醇純度外，其他指標(biāo)均在標(biāo)準范圍內(nèi)，而入脫水吸收塔的貧三甘醇純度由開車前的99.7%降至98.5%。因為重沸器采用4.9MPa過熱蒸汽加熱，同時氮氣加熱器使用重沸器加熱后的4.9MPa蒸汽冷凝液加熱，初步懷疑因重沸器或氮氣預(yù)熱器內(nèi)漏導(dǎo)致重沸器中負荷較高、貧三甘醇再生效果不好，以至于貧三甘醇中水含量超標(biāo)，造成天然氣中露點超標(biāo)。經(jīng)現(xiàn)場人員查看后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)打開氮氣預(yù)熱器出口導(dǎo)淋時，加熱后的氮氣中含有熱水。將氮氣預(yù)熱器切出，氮氣經(jīng)旁路進入重沸器，一段時間后天然氣常壓下的露點為-60℃。將氮氣預(yù)熱器隔離并聯(lián)系檢修人員進行檢修。

2.1 出干燥裝置天然氣溫度較高

2.1.1事故經(jīng)過

進入夏季以來，天然氣壓縮機級間分離器均有液位產(chǎn)生，經(jīng)化驗取樣分析，主要成分為三甘醇，嚴重影響壓縮機的安全穩(wěn)定運行，同時造成三甘醇的浪費，倘若三甘醇帶入天然氣管網(wǎng)，其在天然氣管道內(nèi)冷凝且黏度較大，容易引起測量、自控和過濾裝置故障，嚴重影響天然氣管道安全運行。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，隨著環(huán)境溫度的上升，合成第二輔助反應(yīng)器出來的天然氣經(jīng)鍋爐水換熱器、脫鹽水換熱器、循環(huán)水換熱器后，溫度逐漸由38℃漲至45℃，而出干燥裝置的天然氣溫度由40℃逐漸漲至48℃，出循環(huán)水冷卻器，進脫水吸收塔的貧三甘醇溫度由46℃升至52℃，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 脫水后天然氣溫度異常時的主要數(shù)據(jù)對照

2.1.2原因分析

第二輔助反應(yīng)器進口溫度逐漸升高，并未及時調(diào)整，造成第二輔助反應(yīng)器出口溫度逐漸上漲至336℃，同時因鍋爐水換熱器、脫鹽水換熱器換熱的鍋爐水和脫鹽水量均是跟系統(tǒng)負荷變化，用量均不能增加，無法將第二輔助反應(yīng)器帶出的熱量移走，而出合成裝置前的循環(huán)水冷卻器和貧三甘醇循環(huán)水冷卻器，自系統(tǒng)開車以來尚未清洗，循環(huán)水上回水閥門均已是全開狀態(tài)，從而造成進干燥裝置濕天然氣溫度漲至45℃，進脫水吸收塔的貧三甘醇溫度漲至52℃，加至三甘醇吸收本身放熱，造成出干燥裝置天然氣溫度升至48℃。

2.1.3處理措施

(1)通過調(diào)整前系統(tǒng)換熱量，將第二輔助反應(yīng)器入口溫度降至245℃，出口溫度降至326℃。

(2)平衡合成系統(tǒng)內(nèi)部脫鹽水用量，增加第二輔助反應(yīng)器出口脫鹽水換熱器的脫鹽水量。

(3)利用系統(tǒng)停車機會對天然氣出合成裝置前的循環(huán)水冷卻器和貧三甘醇循環(huán)水冷卻器進行沖洗。經(jīng)過調(diào)整后各項數(shù)據(jù)指標(biāo)均已正常，天然氣壓縮級間分離器均未分離出三甘醇。具體數(shù)據(jù)見表3。

表3 天然氣出口溫度正常時的主要數(shù)據(jù)對照

2.1.4其他操作及注意事項

(1)化工系統(tǒng)加減負荷時，干燥裝置的負荷隨前系統(tǒng)負荷的變化而變化，加負荷時一定要緩慢，防止系統(tǒng)氣量波動較大而將脫水吸收塔塔盤吹反或?qū)⑷蚀紟е梁笙到y(tǒng)。

(2)將三甘醇重沸器再生溫度嚴格控制在193～203℃，溫度太高容易造成三甘醇降解，溫度太低容易造成三甘醇脫水不完全，導(dǎo)致天然氣中水露點超標(biāo)。

(3)三甘醇循環(huán)量的控制，主要取決于系統(tǒng)負荷、天然氣中的含水量、貧三甘醇的純度，系統(tǒng)負荷越低，天然氣中含水量越小，貧三甘醇純度越高，三甘醇循環(huán)量越低，反之越高。通常情況下，濕天然氣中每1kg水中含約25～30L的三甘醇。在系統(tǒng)滿負荷時，一般將三甘醇循環(huán)量控制在10m3/h，三甘醇循環(huán)量的加減由三甘醇循環(huán)泵轉(zhuǎn)速進行調(diào)整。

(4)干燥進口濕天然氣溫度控制應(yīng)該介于15～40℃，如果溫度過高，濕天然氣中水含量較多，干燥負荷較重，容易造成干燥后天燃氣中水露點超標(biāo)，且三甘醇帶入后系統(tǒng)后會造成三甘醇的浪費。如果工藝氣溫度過低，容易使三甘醇黏度變大，造成三甘醇溶液發(fā)泡現(xiàn)象。

2.2 運行效果分析

自系統(tǒng)原始開車以來，除了因氮氣預(yù)熱器內(nèi)漏導(dǎo)致天然氣中水露點超標(biāo)，以及因夏季高溫時干燥，導(dǎo)致天然氣溫度過高，造成壓縮裝置級間分離器出現(xiàn)三甘醇以外，干燥裝置運行一直很穩(wěn)定，具體效果見表4。

3 結(jié)語

干燥系統(tǒng)長時間處于正常運行，容易使員工麻痹大意，造成系統(tǒng)溫度超標(biāo)。要吸取教訓(xùn)，時刻關(guān)注指標(biāo)變化，及時調(diào)整，防止系統(tǒng)再次出現(xiàn)超指標(biāo)現(xiàn)象，保證系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行。