天然气深冷装置co

天然气深冷装置co

1深冷脱甲烷塔塔压冻堵2003年，原始设计原料气中的co含量为1.43%（体积比）。随着油田的参与，co含量逐年增加，未燃烧的上游无酸气体释放装置的二氧化碳浓度达到3.0.4.0%。2010年，装置来气中co浓度如表1所示（1-1）。深冷脱甲烷塔塔顶压力一般设计为0.92MPa,在这样的压力下,当塔顶制冷温度降至-92℃(设计值为-103℃)以下时,CO2将发生冻堵(见附图-1),当发生冻堵时,脱甲烷塔顶塔压迅速增高,若处理不及时,流程上游因气流不畅,装置中的原料气压缩机和膨胀机会有憋停的危险。即便操作工及时采取措施解冻,但由于二氧化碳固体化冻过程不易控制平稳,容易造成膨胀机转速大幅波动,影响机组转子寿命,同时也会使脱甲烷塔顶温升高,降低轻烃回收率。因此,防止冻堵成为深冷轻烃回收装置急待解决的难题之一。2介绍并存在的问题2.1原料气冷冻单元当前红压深冷设计的工艺为改进后的LSP工艺,其设计工艺为:原料气设计压力为1.2MP,经原料气过滤分离器F-101A/B,除去少量的铁锈,灰尘、油滴及游离水。分离出的气体进入脱水装置T-101A/B,脱去天然气中的水份,经过精细分离器缓冲罐D-103进行分离,然后后进入压缩机主压缩机C-101经过双级增压后,增压至4.55MPa,经过冷却分离后,进入精细过滤器F-104A/B,滤除可能存在的润滑油滴和固体杂质后去原料气冷冻单元。F-104A/B出口出来的天然气分成俩路,其中一路经过冷箱E-105、E-106(塔底重沸器)、E-108、E-107与轻烃换热至-17.8℃。最后经丙烷制冷系统制冷至-35℃。另一路与脱甲烷塔T-102塔顶干气换热至-36.7℃,之后这俩路汇合在一起进入E-111与脱甲烷塔塔顶气换热至-47.8℃,汇合在一起换热后的天然气进入低温分离器D-106进行气烃分离,分离出的天然气主要成分为甲烷乙烷,经过膨胀机膨胀制冷至-101.5℃,进入脱甲烷塔第四块塔板。分离出的轻烃与脱甲烷塔T-102塔顶气换热至-94.5℃,经过节流阀LCV-1401节流至-105.98MPa直接进入脱甲烷塔第一块塔板作为塔顶回流,并在此成为一个低温区,将从上升来的气相中乙烷(轻烃)组分冷凝下来,达到回收目的。2.2设备现有问题和解决方案2.2.1红压深冷系统流程分析装置存在问题这套改进后的LSP工艺与中原油田第四气厂采用的流程基本相同。均是将低温分离器分离出来的烃进一步冷却,经节流阀节流后进入脱甲烷塔塔顶作为回流,吸收塔顶的CO2,防止CO2冻堵。中原油田四气厂采用此工艺后效果明显,制冷温度在-105——-107℃时,在相同操作压力条件下未发生CO2冻堵现象,当CO2含量达到3%——4%时,装置依然平稳运转。未发生冻堵现象。可是在红压深冷实际运行生产中,在操作压力相同的条件下,当塔顶制冷温度达到-92℃时,就会发生CO2冻堵。经认真分析对比后发现,中原四气厂原料气及烃组分重,其工艺属于大型NGL回收系统,其流程如下图所示:其物流平衡情况见表(2-1)而红压深冷装置的原料气是由杏三、杏九、杏V-1及九大队浅冷装置来的浅冷外输干气,其烃组分较轻。其产品烃组分以C2,C3为主,重组分所占比例较小,如表(2-2)所示:而吸收CO2的关键组分为C5以上重烃(轻油)。所以红压深冷所冷凝出来的轻烃组分较轻,吸收CO2的能力较弱。2.2.2解决方法2.2.2.气体分离技术当前深冷原料气CO2含量已经大于3%,已经不满足GB17820-1999《天然气》质量标准中一、二类民用气要求的CO2含量≤3%的质量要求。所以应当脱出这部分CO2。目前国内外分离CO2主要有溶剂吸收法、变压吸附法和低温分离法等。其中气体吸收法占70%,但其能量消耗高、费用也高;而新型气体膜分离技术,具有投资少、能耗低、设备紧凑、维修方便等优点,作为天然气净化处理和CO2捕集、控制排放技术受到普遍关注。由中科院大连化学物理研究所研究员曹义鸣领导的膜技术组完成的年处理量为1360万标准立方米低品位天然气中CO2膜法分离技术在海南试车成功,并顺利通过验收。这是目前国内第一套膜分离CO2装置,也是目前世界上同类装置中处理CO2含量最高的天然气膜法处理装置。它的开发应用标志着我国利用膜技术分离天然气中CO2技术工艺步入世界先进行列。此方法可有效脱除原料气中的CO2,降低CO2的浓度,使原料气达到合格标准。可是这种方法虽然有效,但是投资成本较高,与分公司节约生产成本的指示不符,实施难度较大;2.2.2.红压钱冷装置产烃来源的改变将红压浅冷的产品烃部分引入到红压深冷装置低温分离器D-106中,并在此根管线上加装流量控制系统。如图2所示。关于CO2生成固体的条件,根据热力学相平衡原理,一个定性的判定方法,是比较CO2在气相中的分逸度大于还是小于在某一温度的平衡蒸汽压,大于则生成固体,易发生冻堵;小于则不生成固体。红压钱冷装置的产品烃组分较重,重烃含量较高,如表2-3所示:引入浅冷装置来的重烃,使塔顶回流的烃中的重组分增多,使之吸收部分CO2,由道尔顿分压定律:CO2在气相中的组分降低,则CO2在气相中分压降低,偏离生成固体的条件。在实际运行中,当CO2气体的浓度增大超过设计值时,根据情况稍微开大流量调节阀及其节流阀LCV-1401,让更多的重烃进入甲烷塔顶,控制CO2固体的形成,改善冻堵程度。2.3预测效果2.3.1深冷系统的影响红压深冷当前流程中,随着乙烷等较重组分不断冷凝,二氧化碳相对浓度增加,系统趋于产生冻堵。将浅冷较重轻烃引入深冷装置后,使塔顶回流的轻烃中的重烃组分增多,使之吸收部分CO2,CO2在气相中分压降低,偏离生成固体的条件。同时,在发生冻堵时可以代替甲醇融解固体,改善冻堵程度。2.3.2红压深冷装置针对加装CO2脱出装置较小,由于红压浅冷装置与红压深冷装置在地域距离上较近,只需从浅冷的轻烃泵管线上引出一根管线至红压低温分离器D-106中,并在该管线上加装流量控制装置及其他一些配套设施。2.3.3重烃回流液在吸附剂和乙烷中的接触这部分重烃实际上可看做是一个冷回流,这样使甲烷塔成为一个真正的精馏塔,重烃回流液在塔内与下方膨胀机出口含甲烷和乙烷较多的上升气相逆向接触接触,不断吸收冷凝气中的乙烷,既提高了轻烃收率,又能提高产品质量。3技术准备工作3.1冷制冷单元浅冷轻烃需要换热至低于-70℃时才能进入深冷制冷单元,该部分冷量只能通过与深冷的塔顶干气换热来获取,这将直接影响膨胀机的入口温度,该