雷 利

(中國石油西南油氣田川中油氣礦 磨溪天然氣凈化廠,四川 遂寧 629000)

天然氣凈化加工過程中,產(chǎn)品質(zhì)量除受工藝是否成熟、設(shè)備管道是否可靠、儀器儀表是否精準(zhǔn)等因素影響外,溶液潔凈程度更是長期制約脫硫脫碳的決定性因素。多年來,在生產(chǎn)實(shí)踐中,科研工作者有針對性地開發(fā)了基于氣相高效過濾器的含硫天然氣預(yù)處理技術(shù)、液相(富液)高效過濾器、胺液凈化復(fù)合技術(shù),在設(shè)備結(jié)構(gòu)制造、過濾介質(zhì)研發(fā)方面加大了投入,這些技術(shù)的應(yīng)用一定程度上改善了溶液的潔凈程度。

自應(yīng)用胺液智能凈化技術(shù)以來,胺液中N-甲基二乙醇胺(MDEA)有效成分保持穩(wěn)定不降低,溶液變得干凈、清亮,消泡參數(shù)得到增強(qiáng),發(fā)泡率大幅降低,凈化率得到提升。消除了人工定期更換濾芯的缺陷,既節(jié)約了濾芯購置費(fèi),又降低了人工勞動強(qiáng)度,為長期穩(wěn)定生產(chǎn)出優(yōu)等天然氣產(chǎn)品提供了根本保障。

1 胺液凈化現(xiàn)狀

1.1 氣相凈化

含硫氣首先進(jìn)入高效分離過濾器,分離出的殘液采取集中收儲、集中轉(zhuǎn)運(yùn)、集中回注。但在現(xiàn)場實(shí)踐中,常因分離設(shè)備液位計指示偏差、過濾差壓計失效、高液位排放不及時、濾芯更換信息失真或上游集輸管道清管污染物,導(dǎo)致進(jìn)入脫硫吸收塔前的最后一道預(yù)處理屏障被擊穿,溶液不可避免地受到了污染。

1.2 液相凈化

國內(nèi)常見胺法典型工藝中,溶液凈化主要在貧液和富液工藝線上設(shè)置前機(jī)械(全或部分)+活性炭(全或部分)與富液后機(jī)械(全或部分)組合過濾技術(shù),當(dāng)過濾差壓達(dá)到一定值后,依靠人力取出舊濾芯,更換新濾芯,投用半機(jī)械化的流體凈化。

在胺液凈化中,富液全過濾因更換濾芯中存在H2S中毒的風(fēng)險、設(shè)備材質(zhì)選擇特殊以及購置費(fèi)用高而不受青睞。無論采用貧液還是富液過濾均受制于機(jī)械過濾器的過濾效率,隨運(yùn)行時間推移,溶液系統(tǒng)污染程度始終在緩慢增加。另外需要在溶液存儲設(shè)置氮?dú)馑夤捱M(jìn)行防氧化降解保護(hù)。

1.3 傳統(tǒng)凈化技術(shù)缺陷

含硫氣夾帶物、設(shè)備管線腐蝕產(chǎn)物、粉化活性炭等雜質(zhì)在溶液中日積月累,主要表現(xiàn)為不到濾芯設(shè)計使用壽命25%時就趨于飽和,即使將濾芯精度由50 μm擴(kuò)大至100 μm,2 h內(nèi)過濾器差壓也能到達(dá)臨界點(diǎn),導(dǎo)致濾芯更換頻繁,人工作業(yè)強(qiáng)度大、安全風(fēng)險高,運(yùn)行費(fèi)用高,設(shè)備投用率低,溶液過濾凈化效果差。

隨著溶液凈化/復(fù)合技術(shù)的不斷進(jìn)步,要求科學(xué)選擇過濾器負(fù)荷、濾速、濾壓、濾量,濾餅清除、濾芯清潔、濾渣排放等自動控制密閉完成,迫切需要先進(jìn)技術(shù)和裝備,在短時間內(nèi)將受污染的溶液全面凈化過濾,并將過濾產(chǎn)物清除到溶液系統(tǒng)外。顯然,傳統(tǒng)凈化技術(shù)不能滿足新的需求。

2 胺液智能凈化技術(shù)

2.1 胺液智能凈化器結(jié)構(gòu)簡介

該管道過濾設(shè)備安裝于3×106m3·d-1脫硫凈化裝置,主要結(jié)構(gòu)筒體由不銹鋼材質(zhì)焊接鋼管制作,316 L過濾網(wǎng)采用編制的方法,濾網(wǎng)的孔眼均勻,材質(zhì)為全不銹鋼。過濾設(shè)備由筒體、多層高強(qiáng)度高精度濾網(wǎng)、過濾網(wǎng)支撐結(jié)構(gòu)、吸吮掃描器、控制系統(tǒng)、壓差開關(guān)、排污閥等組成。

2.2 胺液智能凈化工作機(jī)理

Amiad“CTF-S*”智能過濾器凈化由過濾、自反洗兩個過程實(shí)現(xiàn)[1]。胺液從入口進(jìn)入,自外向內(nèi)流過粗濾網(wǎng)濾掉較大顆粒的雜質(zhì),然后再自內(nèi)而外通過細(xì)濾網(wǎng),機(jī)械雜質(zhì)和熱穩(wěn)定鹽類被攔截于過濾網(wǎng)的內(nèi)表面,過濾后的干凈胺液從過濾器出口流出。在過濾過程中,細(xì)濾網(wǎng)內(nèi)表面逐漸累積胺液中的臟物、雜質(zhì),形成濾餅,并使濾網(wǎng)內(nèi)外逐漸形成差壓,當(dāng)自清洗過濾器的壓差開關(guān)達(dá)到預(yù)設(shè)值時,將開始自動反洗過程。

過濾器自反洗通過吸吮掃描器將濾餅沿著濾網(wǎng)內(nèi)表面出口方向運(yùn)動來完成。首先打開排污,電機(jī)帶動吸污管沿軸向作螺旋高速旋轉(zhuǎn),達(dá)到設(shè)計反洗流速,在吸污管與被清洗有限空間內(nèi)產(chǎn)生吸引力形成“真空”,這樣吸污器軸向運(yùn)動與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動作用,將整個濾網(wǎng)內(nèi)表面清洗干凈,完成吸污過程。此過程濾網(wǎng)內(nèi)表面的濾餅被吸下來并排出本體外,整個沖洗過程只需數(shù)十秒鐘。排污閥在清洗結(jié)束時關(guān)閉,過濾器開始進(jìn)入下一個凈化周期。

2.3 胺液智能凈化技術(shù)參數(shù)

2.3.1 綜合參數(shù)

型號CTF-S15-M4-SS316-BXP,進(jìn)出口管徑DN100,最大流量80 m3·h-1,工作壓力0.2～1.0 MPa,最大工作溫度60 ℃,電機(jī)電源220/380 V、三相AC 50 Hz。凈重86.0 kg,標(biāo)準(zhǔn)過濾精度編織網(wǎng)25 μm。

2.3.2 反沖洗參數(shù)

清洗最小流量6.0 m3·h-1,每次清洗耗除鹽水量25.0 L,清洗時間25 s,反洗標(biāo)準(zhǔn)分為0.5 MPa、定時、手動3種方式。

2.3.3 濾網(wǎng)參數(shù)

過濾面積1 500 cm2,濾網(wǎng)類型為不銹鋼316L編制濾網(wǎng)。

2.4 胺液智能凈化技術(shù)優(yōu)勢

2.4.1 結(jié)構(gòu)簡單,易于安裝

由于安裝于工業(yè)管道的過濾器具有體積小、安裝尺寸小、重量輕、不需要吊車等大型新機(jī)具協(xié)同作業(yè),因此安裝工作量較小,也易于快速安裝。

2.4.2 小設(shè)備大過濾

由于胺液系統(tǒng)容量、熱穩(wěn)定鹽類物質(zhì)以及系統(tǒng)外帶入雜質(zhì)量是有限的,只要提高智能過濾器運(yùn)行率,始終保持過濾器處于“工作狀態(tài)”,就能保持溶液不斷處于凈化狀態(tài),實(shí)際上相當(dāng)于提高了過濾比。在3×106m3·d-1凈化裝置過濾實(shí)踐中,受過濾泵排量30 m3·h-1的限制,每天可將胺液系統(tǒng)完整過濾4次,短時間內(nèi),溶液就達(dá)到干凈、清潔。貧液入塔有效胺液成分提升,大大減少了脫硫吸收塔欄液發(fā)泡。因此,從目前選用的過濾量80 m3·h-1,可以降到30 m3·h-1或20 m3·h-1,進(jìn)一步降低設(shè)備購置費(fèi)用。

2.4.3 快速在線自動除污

常規(guī)過濾器清污需要停運(yùn)過濾器,具備條件后,打開快裝盲板(封頭),進(jìn)行人工濾餅清污,裝填新濾芯,再次啟運(yùn),全過程6～8 h完成。而胺液Amiad“CTF-S*”過濾器無需打開設(shè)備,無需更換濾芯,按照程序自動完成在線清除過濾產(chǎn)物,全過程僅需要不到60 s完成。

2.4.4 凈化效率高

采用高精度的濾網(wǎng),除防止過濾前后溶液短路、保持濾網(wǎng)兩端的密封效果外,始終保持濾網(wǎng)的有效過濾面積大于45%的反洗時間設(shè)定。自反洗時,每個吸吮嘴做螺旋運(yùn)動的時候與濾網(wǎng)的間隙不大于2 mm。強(qiáng)大吸力有效保證濾網(wǎng)清洗干凈徹底,確保過濾效率和過濾效果。

2.4.5 靈活設(shè)置過濾技術(shù)參數(shù)

根據(jù)溶液系統(tǒng)容量、熱穩(wěn)定鹽類、腐蝕物產(chǎn)生量、溶液系統(tǒng)外帶雜質(zhì)量,可方便選擇不同型號過濾能力的溶液過濾器,在已安裝的固定過濾負(fù)荷前提下,可通過靈活地設(shè)置定期反洗、自動反沖洗等多種方式始終保持過濾器在線智能過濾凈化。

2.4.6 過濾成本低

過濾器安裝的濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、耐腐蝕、不變形,網(wǎng)孔不易被固體機(jī)械顆粒摩擦擴(kuò)徑,使用壽命長,相比傳統(tǒng)濾芯式過濾器節(jié)省新購濾芯費(fèi)用。

2.4.7 自控智能化程度高

當(dāng)過濾網(wǎng)內(nèi)外差壓達(dá)到不能確保有效過濾面積時,即開始反洗。進(jìn)出口閥門、反洗量、濾液量、再啟運(yùn)由程控自動完成。過濾器控制系統(tǒng)除設(shè)差壓自動清洗外,還有定時清洗功能。

3 胺液智能凈化應(yīng)用效果

3.1 胺液消泡指標(biāo)評價

通過智能凈化過濾,可將長鏈羧酸等熱穩(wěn)定鹽類致泡性物質(zhì)清出系統(tǒng)外,溶液MDEA有效成分含量得到提高,發(fā)泡高度降低明顯,溶液的消泡時間明顯減少,新技術(shù)取得比較滿意的效果,見表1。

表1 胺液凈化質(zhì)量指標(biāo)

3.2 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)評價

脫硫胺液損失從8.9×10-4～9.6×10-4mg·m3天然氣,下降到小于3×10-4mg·m3天然氣的極低損耗值,長鏈羧酸等致泡性物質(zhì)從292 ppm下降到48.9 ppm,降幅達(dá)80%以上,溶液清澈見底,為裝置低成本運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

3.3 設(shè)備先進(jìn)性指標(biāo)評價

3.3.1 在線運(yùn)行率高,溶液透析率提升

設(shè)備投用率達(dá)96%,清除了因熱穩(wěn)定鹽類等雜質(zhì)在脫硫溶液中長時間累計、積聚,過濾系統(tǒng)頻繁更換濾芯等不適應(yīng)性。智能過濾器如同溶液系統(tǒng)的“透析機(jī)”,持續(xù)提升溶液潔凈度。

3.3.2 無人工作業(yè),安全風(fēng)險消減

全過濾系統(tǒng)密閉運(yùn)行,采用自動化控制,現(xiàn)場無需人員進(jìn)行濾芯更換作業(yè),消減了因打開設(shè)備造成的硫化氫安全作業(yè)風(fēng)險。

3.3.3 設(shè)備性能得到正常發(fā)揮

智能過濾器有效過濾了溶液中的雜質(zhì),降低了因固體雜質(zhì)進(jìn)入機(jī)封導(dǎo)致機(jī)泵設(shè)備異常停機(jī)幾率,進(jìn)一步提高了胺泵等機(jī)泵設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性。

3.3.4 保持環(huán)保,清潔生產(chǎn)

智能過濾器不產(chǎn)生任何濾布、濾芯等環(huán)境污染物。智能過濾器購置費(fèi)僅從濾芯單項(xiàng)費(fèi)用方面測算,投資回收期為1.5～2年。

4 改進(jìn)方向

在線清污反沖洗,勢必產(chǎn)生廢水,若量太大將會增加污水處理負(fù)荷。這一方面可在反洗液中進(jìn)一步通過沉淀蒸發(fā)分離以再回收再利用,降低胺液損耗值。另一方面,可通過預(yù)判溶液系統(tǒng)熱穩(wěn)定鹽類物質(zhì)總量和凈化指標(biāo)參數(shù),制定周密的在線智能凈化計劃,將過濾凈化設(shè)備性能發(fā)揮到極致,即使溶液得到高效率過濾凈化,又嚴(yán)控反洗污水產(chǎn)生總量[2]。通過消化吸收技術(shù),合作開發(fā),使溶液移動車載式撬裝智能凈化在線運(yùn)行發(fā)揮更大的實(shí)際效益。

5 結(jié)論

目前,智能凈化過濾應(yīng)用于胺液過濾,對其產(chǎn)生濾餅以及反洗溶液進(jìn)行處置,采用除鹽水參與反洗,盡可能降低MDEA溶液消耗;同時探索在工業(yè)循環(huán)水管網(wǎng)以及旁濾系統(tǒng)、鍋爐除鹽水系統(tǒng)開展凈化工作,為凈化裝置“安全、平穩(wěn)、長周期、滿負(fù)荷、優(yōu)質(zhì)”運(yùn)行鋪平道路。

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