分子筛循环脱水新工艺

节能技术

分子筛循环脱水新工艺

王正才 刘生丽 马玉华 马力 陈勇 （新疆油田公司石西油田作业区 新疆克拉玛依834000） 高金桥 （新疆克拉玛依油田公司勘探开发研究院实验中心 新疆克拉玛依834000）

摘要 在新疆油田公司石西油田作业区分子筛三塔循环脱水工艺基础上，设计了新型分子筛循环换热脱水工艺。通过分子筛循环换热脱水新工艺与两塔脱水工艺的计算比较，分子筛循环换热节能脱水新工艺比两塔循环脱水工艺节约59%～65%的能量，值得推广使用。

关键词 分子筛 脱水 换热 节能

在现代经济高速发展的今天，天然气、液化气作为清洁能源日益受到重视和应用。在天然气预处理的过程中，采用深冷处理方式，可得到商品天然气、液化气、稳定轻烃这些产品。采用深冷处理方式要求脱水后的气体含水量必须小于1×10-6（w），一般采用分子筛脱水，常用的有两塔或三塔循环脱水工艺。中石油新疆油田公司共有三套伴生气深冷处理装置，其中采油二厂、百口泉采油厂采用两塔循环脱水工艺；石西油田作业区采用三塔循环脱水工艺。根据北疆气候条件，在石西油田作业区三塔循环脱水工艺基础上，设计了新型分子筛循环换热节能脱水工艺，该工艺应用换热器，充分利用冷吹出口气体和再生出口气体的热量，从而达到了高效节能的目的。

1 三种脱水工艺流程简介

1.1 分子筛两塔循环脱水工艺

采油二厂天然气站深冷处理装置采用分子筛两塔循环脱水工艺，工艺流程见图

1。

图1分子筛两塔循环脱水工艺流程图

从压缩机出口经空冷、分离后的天然气进分子筛塔A吸附脱水8 h；脱水后的气体经粉尘过滤器除去粉尘，一部分去膨胀机深冷装置区或外输，另一部分天然气进加热炉加热，进分子筛塔B再生4 h；关闭加热炉主火嘴，这部分天然气经加热炉旁通管线进分子筛塔B冷吹4 h；冷吹出口及再生出口的气体均经水-气换热器进行冷却，并经再生气分离器分离后进入压缩机二级进口或去低压管网。两塔切换时，分子筛塔A进行泄压，分子筛塔B进行充压，待压力平衡以后，分子筛塔B吸附脱水8 h，分子筛塔A再生4 h，冷吹4 h。两塔循环脱水。

1.2 分子筛三塔循环脱水工艺

中石油新疆油田公司石西油田作业区天然气深冷处理装置采用的是分子筛三塔循环脱水工艺，工艺流程见图

2。

图2分子筛三塔循环脱水工艺流程图

在分子筛三塔循环脱水工艺中，吸附、再生、冷吹三个过程同时进行，周期均为4 h。假设A塔吸附、B塔再生、C塔冷吹。压缩机二级出口空冷后的气体与再生气分离器出口气体汇合，进入水分分离器、过滤式分离器脱去重质烃及水，进入A塔吸附，吸附塔出口气体一部分进入再生气压缩机加压后，进入C塔冷吹，冷吹出口的气体进入加热炉加热，进入B塔再生，再生出口气体经空冷器、再生气分离器后脱去烃及水，并与压缩机二级出口空冷后的气体汇合。当A塔吸附、B塔再生、C塔冷吹结束后，三塔进行切换，A塔再生，B塔冷吹，C 塔吸附。再经过4 h后，进行切换，A塔开始冷吹，B塔开始吸附，C塔开始再生。

1.3 改进后的分子筛循环换热节能脱水工艺

在中石油新疆油田公司石西油田作业区深冷装置分子筛三塔循环脱水工艺的基础上，主要做了如下的改进：

（1）在水分分离器和过滤式分离器之间增加一个换热器，水分分离器出口气体经换热以后再进入过滤式分离器，换热介质为水或者外输天然气；

（2）在冷吹出口气体和再生出口气体之间增加一个换热器和一个TV-01温控调节阀；

（3）再生气压缩机进口气体来源由吸附塔出口改为粉尘过滤器出口。

改进后的工艺流程如图3

所示。

图3 分子筛三塔循环换热节能脱水工艺流程图 当三塔切换以后，冷吹塔出口气体温度比再生塔出口气体温度高，此时TV-01调节阀全开，冷吹塔出口气体直接进入加热炉加热；随后，冷吹塔出口气体温度逐渐降低，再生塔出口气体温度逐渐升高，经过一段时间后，当冷吹塔出口气体温度比再生塔出口气体温度低时，TV-01调节阀全关，冷吹塔出口气体进入换热器与再生塔出口气体进行换热，充分利用再生塔出口气体的热能。 2 计算实例

2.1 三塔循环脱水工艺与两塔脱水工艺的比较计算

（1）计算基础数据。石西天然气处理站共有两套50×104m3处理装置，每套有三台压缩机。2005年12月26日1#厂有三台压缩机运行，排气量49×104 m3；2#厂有三台压缩机运行，排气量51×104 m3。两套装置运行平稳，工况正常。三塔循环脱水工艺充分利用再生后塔本身的热量再生另一个塔。如对B塔进行冷吹，带走B塔的热量，气体本身被加热，再经盐浴炉加热后去再生C塔，达到节能的目的。石西天然气处理站DCS系统对吸附、冷吹、再生三个塔进出口的温度作了T-t曲线，冷吹塔进口、再生塔进口气体温度基本恒定，保持在54℃左右，冷吹塔出口气体温度随时间不断变化。下面分别是压缩机排气量在49×104 m3/d和51×104 m3/d

工况下冷吹塔出口温度随时间变化的曲线图。

图4 排气量为49×104m3时T-t曲线（t为12月26

日

7：26～11：26）

图5 排气量为51×104m3时T-t曲线（t为12月26

日7：03～11：03）

注：图4、图5中TA为冷吹进口气体温度，54℃；TB为冷吹出口气体温度，290～65℃；TC为再生进口气体温度，300℃；工作周期为240 min。

12月26日9：30化验，吸附脱水后的天然气组分见表1。

表1 12月26日9：30吸附气组分

成分 体积分数，% 成分 体积分数，%氮气 2.872 正丁烷 1.094 甲烷 86.607 异戊烷 0.454 乙烷 4.360 正戊烷 0.460 二氧化碳 0.524 己烷 0.238 丙烷 2.256 庚烷 0.121 异丁烷

1.013

合计

99.999

（2）理论计算。根据吸附脱水后的天然气组分表1、图

4、图5，查得气体各种组分在一定压力、不同温度下的焓值，进行综合计算，得到H TA1、H TA2、H TB1、H

TB2、H TC1、H TC2。

利用冷吹出口气体代替吸附出口气体进加热炉能够节省能量：

Σ（H TB1-H TA1）/Σ（H TC1-H TA1）＝32%； Σ（H TB2-H TA2）/Σ（H TC2-H TA2）＝33%。 （3）实践证明。当三塔接近切换时，冷吹出口气体温度接近吸附出口气体温度，盐浴炉燃气量最大，平均燃气量比此时的瞬时燃气量少30%～32%。

综上所述，石西油田作业区天然气深冷处理装置分子筛三塔循环脱水工艺比两塔循环脱水工艺节能30%～33%。

2.2 分子筛循环换热节能脱水工艺与两塔脱水工艺的比较

（1）计算基础数据。石西天然气处理站系统对吸附、冷吹、再生三个干燥塔进出口的温度做了历史曲线。吸附塔出口气体温度、再生塔进口气体温度基本恒定，保持在54℃左右，冷吹、再生出口气体温度随时间不断变化。图6、图7分别是压缩机排气量在49×104

m 3

/d 和51×104

m 3

/d 工况下冷吹出口、再生出口气体温度随时间变化的曲线图。

图6 压缩机排气量49×104m 3

时T-t 曲线（t 为12

月26日7：26～11：26）

图7 压缩机排气量51×104

m 3

时T-t 曲线（t 为12

月26日7：03～11：03）

注：图6、图7中TA 为冷吹进口气体温度，54℃；TB 为冷吹出口气体温度，290～65℃；TC 为再生进口气体温度，300℃；TD 为再生出口气体温度；工作周期为240 min。

（2）理论计算。分子筛循环换热节能脱水工艺充分利用冷吹出口和再生出口气体的热量，达到节能的目的。根据图6、图7，当三塔切换75 min 时，冷吹出口气体温度-时间曲线TB 和再生出口气体温度-时间曲线TD 相交。

根据吸附后的天然气组分表1、图6、图7，查得气体各种组分在一定压力、不同温度下的焓值，

进行综合计算，得到H TA1、

H TA2、H TB1、H TB2（0～75 min），H TC1、H TC2、H TD1、H TD2（75～240 min）

。 E（H TB1-H TA1）/E（H TC1-H TA1）＝24%； E（H TB2-H TA2）/E（H TC2-H TA2）＝25%。 E（H TD1-H TA2）/E（H TC2-H TA2）＝50%； E（H TD2-H TA2）/E（H TC2-H TA2）＝50%。 换热器一般的换热效率为70%～80%， 24%+50%×（70%～80%）＝59%～64%； 25%+50%×（70%～80%）＝60%～65%。

故分子筛循环换热节能脱水工艺比两塔循环脱水工艺节能59%～65%。

3 结论与建议

天然气深冷处理装置分子筛循环换热节能脱水工艺主要有四方面的优点：

（1）分子筛循环换热节能脱水工艺比两塔循环脱水工艺节约59%～65%的能量，值得推广使用。

（2）夏季，压缩机二级出口空冷后的气体与再生气分离器出口气体温度高达55～65℃，含水量高，增加一个换热器，降低吸附塔进口气体的温度，使天然气的含水量降低，减少再生及冷吹气量，减少盐浴炉的热负荷。在水源充足的地方，可采用水