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(shè)計(jì)的日處理天然氣量為60×104Nm3。裝置工藝流程主要由天然氣調(diào)壓計(jì)量、脫碳、脫水、液化、LNG儲(chǔ)存和外輸組成［1］。為充分利用資源，將LNG儲(chǔ)存過程中產(chǎn)生的閃蒸氣（BOG）回收去給干燥單元分子篩進(jìn)行再生，最后用作燃?xì)馔钙降娜剂蠚?。裝置在試運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)分子篩所需再生氣量遠(yuǎn)多于燃?xì)馔钙降娜剂蠚庑枨罅?。多余的分子篩再生氣在裝置試運(yùn)行階段只能送去火炬燒掉，造成了天然氣的浪費(fèi)。為此，筆者擬就為再生氣的回收利用改造技術(shù)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(jīng)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(yùn)行周期為12 h。在一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)，一塔用于干燥，干燥周期為12 h，另一塔用于再生，加熱時(shí)間為5.5 h，冷卻時(shí)間為6 h，分子篩升降壓時(shí)間為0.5 h。分子篩的運(yùn)行由順控程序控制自動(dòng)運(yùn)行，兩床分子篩干燥塔的功能切換由對(duì)應(yīng)軌道球閥的開啟和關(guān)閉來完成。分子篩干燥塔的工藝流程為：當(dāng)分子篩干燥塔A用于脫水時(shí)，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(jìn)入，自上而下流動(dòng)的過程中完成了脫水。分子篩B塔內(nèi)首先將壓力從4.27 MPa降低至2.1 MPa，接著進(jìn)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(chǔ)罐的BOG，在分子篩加熱再生5.5 h后，再生氣不再經(jīng)過透平高溫尾氣加熱而是直接經(jīng)冷卻器冷卻到45℃后對(duì)高溫的分子篩床層進(jìn)行冷吹，操作壓力依然維持在2.1 MPa，隨著冷吹的進(jìn)行，床層溫度降為45℃，結(jié)束冷吹［2-3］。接著分子篩B塔通過充壓閥增壓至4.27 MPa，達(dá)到進(jìn)行吸附脫水操作的條件。從分子篩塔頂排出的再生氣經(jīng)加熱后最終去燃?xì)馔钙阶鋈剂?。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(fù)荷運(yùn)行時(shí)，燃?xì)馔钙饺剂蠚庑枨罅績H約為2 000 Nm3／h，再生氣流量比燃?xì)馔钙饺剂蠚庑枨罅髁慷嗔思s1 500 Nm3／h。分子篩再生氣和燃?xì)馔钙饺剂蠚饬髁坎黄ヅ鋯栴}有3個(gè)解決方案可供選擇。

1）方案一：增設(shè)壓縮機(jī)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(chǔ)上，增設(shè)一臺(tái)壓縮機(jī)，將多余的再生氣進(jìn)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(shè)一臺(tái)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(shè)一臺(tái)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(shí)，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(jīng)燃?xì)馔钙礁邷匚矚饧訜岷蠼o分子篩加熱再生。切換時(shí)間由12 h縮短為8 h。通過延長再生加熱和冷吹的時(shí)間，減少再生氣流量，達(dá)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(duì)現(xiàn)有的再生氣加熱爐進(jìn)行改造，將再生氣的加熱溫度由現(xiàn)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(shí)間和減少再生氣流量。

3 方案對(duì)比及選擇

對(duì)于方案一，該方案能徹底解決分子篩再生氣流量與燃?xì)馔钙饺剂蠚饬髁坎黄ヅ涞膯栴}，實(shí)現(xiàn)天然氣的回收再利用。方案改造工程量小，改造工期短，對(duì)生產(chǎn)影響小。對(duì)于方案二，該方案通過延長再生加熱和冷吹時(shí)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(shí)需要重新組態(tài)分子篩順控程序。方案三只能相對(duì)減少再生氣流量與排放量，這是因?yàn)樘岣叻肿雍Y的再生溫度，會(huì)相應(yīng)增大所需要的冷吹氣量或延長冷吹時(shí)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(diǎn)。綜合上述分析對(duì)比，采用方案一最為適合。

在壓縮機(jī)選型中，需要考慮回收多余的再生氣特點(diǎn)包括：① 流量不穩(wěn)定，受上游氣源變化的影響，裝置運(yùn)行負(fù)荷不穩(wěn)定，而裝置在不同負(fù)荷下燃?xì)馔钙剿璧娜剂蠚饬坎煌?，所以需回收的再生氣流量也是變化的；?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(jù)回收介質(zhì)的工藝特點(diǎn)，選取一臺(tái)往復(fù)活塞式壓縮機(jī)。流經(jīng)分子篩的再生氣經(jīng)冷卻、氣液分離后，一路去燃?xì)馔钙阶魅剂蠚?，多余的再生氣則引至壓縮機(jī)入口，經(jīng)壓縮機(jī)增壓后回收至分子篩吸附塔前。在壓縮機(jī)出口設(shè)置一臺(tái)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(shí)壓縮機(jī)具備25%、50%、75%和100%的氣量調(diào)節(jié)功能，以保證裝置在改變工況條件下穩(wěn)定運(yùn)行。增設(shè)壓縮機(jī)的流程與技術(shù)參數(shù)見圖3、表1和表2。

圖3 增設(shè)回收壓縮機(jī)后的分子篩吸附及再生工藝流程圖

表1 增設(shè)回收壓縮機(jī)技術(shù)參數(shù)表

表2 入口氣體物性參數(shù)表

4 改造成效

增設(shè)的再生氣回收壓縮機(jī)已成功地在中國海油珠海天然氣液化裝置現(xiàn)場安裝并經(jīng)調(diào)試后投用。壓縮機(jī)、出口冷卻器設(shè)備采購及配管安裝等費(fèi)用總計(jì)約120萬元。經(jīng)過技術(shù)改造后，裝置運(yùn)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(chǎn)生2 t的CO2計(jì)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(jīng)濟(jì)效益可達(dá)800萬元。

5 結(jié)束語

珠海天然氣液化裝置在運(yùn)行期間分子篩所需的再生氣氣量遠(yuǎn)多于燃?xì)馔钙剿璧娜剂蠚鈿饬浚嘤嗟姆肿雍Y再生氣只能送去火炬放空，造成了極大的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。為此，特增設(shè)了無油潤滑往復(fù)活塞式壓縮機(jī)進(jìn)行分子篩再生氣的回收利用，經(jīng)過實(shí)際運(yùn)用，創(chuàng)收增產(chǎn)的成效明顯，并達(dá)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(diǎn)［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(shù)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)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(huì)軍.泵和壓縮機(jī)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2008.