基于分子筛脱水工艺等压再生技术的研究及应用.pdf
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1、基于分子筛脱水工艺等压再生技术的研究及应用黄纯金,陈斌,李肖,田怡,李姣,陈亮(中国石油长庆油田分公司第十采油厂,甘肃庆阳745100)摘要:本文主要为解决分子筛脱水工艺矿场应用的适用性问题,降低设备整体能耗及运行成本,通过对分子筛应用现状及存在问题进行分析,根据实际生产需求,结合三塔等压再生的技术特点,对分子筛的工艺流程、吸附剂、运行参数进行设计,并建立 HYSYS 模型,使用 HYSYS 对设计参数、设备能耗、技术方法进行验证,最后通过矿场实验,对设计的三塔等压再生工艺进行矿场评价,对比经济效益。创新性的研究完善了湿气等压再生工艺流程、材料、参数等内容,在解决双塔降压再生运行难题的同时,降
2、低了分子筛脱水工艺的综合能耗、运行成本,对现场生产运行具有较高的指导意义。关键词:等压再生;分子筛;HYSYS;能耗中图分类号:TE962文献标识码:A文章编号:1673-5285(2023)0苑-0047-06DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.20圆3.0苑.010Research and application of isobaric regeneration technologybased on molecular sieve dehydration processH哉粤晕郧 Chunjin,C匀耘晕 Bin,L陨 Xiao,T陨粤晕 Yi,L陨 Jiao,C匀耘
3、晕 Liang(Oil Production Plant 10 of PetroChina Changqing Oilfield Company,Qingyang Gansu 745100,China)Abstract:In order to solve the applicability of the application of molecular sieve dehydrationprocess in the field and reduce the overall energy consumption and operating cost of the e原quipment.This
4、paper analyzes the current situation and existing problems of molecular sieveapplication,designs the process flow,adsorbent and operating parameters of molecular sieveaccording to the actual production demand and the technical characteristics of three-towerisobaric regeneration,and establishes the H
5、YSYS model,and uses HYSYS to calculate thedesign parameters,equipment energy consumption and the technical methods are verified.Finally,the designed three-tower isobaric regeneration process is evaluated in the fieldthrough field experiments,and the economic benefits are compared.The innovative rese
6、archhas improved the process flow,materials,parameters and other contents of the wet gas iso原baric regeneration,and reduced the comprehensive energy consumption and operation cost ofthe molecular sieve dehydration process while solving the operation problems of the double-tower depressurization rege
7、neration,which has a high guiding significance for the on-site*收稿日期:圆园23原05-26作者简介:黄纯金(1988),男,工程师,大学本科,主要从事油田开发工作。E-mail:石油化工应用PETROCHEMICAL INDUSTRY APPLICATION第 42 卷第 7 期2023 年 7 月Vol.42 No.7July.2023序号站库设计规模/(员园源皂猿 凿-1)处理工艺分子筛脱水工艺再生温度/益再生压力/MPa水露点/益1庆一联3DHX 吸收工艺双塔降压再生工艺2800.8-652庆二联4冷凝回收工艺双塔降压再生
8、工艺2600.2-403庆三联3DHX 吸收工艺双塔降压再生工艺2800.8-631研究背景及现状1.员研究背景在油田伴生气回收与加工过程中,一般采用的是低温分离处理工艺。若油田伴生气中含水,低温时油田伴生气中的水分会以冰霜的形式冻结在冷箱换热器的表面,使冷箱压差增大,降低装置的处理能力,甚至堵塞冷箱通道,造成装置停产。而且在某个特定的温度和压力下,油田伴生气和水会形成天然气水合物,可能导致工艺管线、分离设备和换热设备堵塞,严重影响生产的安全稳定运行,因此要及时有效的对油田伴生气内的水含量予以合理控制及消减,固体吸附法中的分子筛脱水工艺是当前我国最常用到的一种脱水方法,分子筛脱水就是采用分子筛
9、脱除掉气体混合物中水蒸气的工艺过程。其工艺按再生压力来分,可分为等压再生和降压再生1。1.2研究现状在油田伴生气综合利用工程一期、二期建设过程中,主要采用双塔降压再生工艺,该工艺冷箱运行参数与设计存在不符问题,导致冷箱再生气通道多次冻裂,再生气与冷剂串通,既导致了设备损坏、生产停滞等经济损失,不同物料通道串通又带来了设备非正常工况停机,进而引发更多的链式反应,存在较大安全风险2。含水天然气进入干气返供系统,导致干气系统冬季管线运行困难,极端低温或低气量会导致站内、站外管线冻堵,进而导致分子筛再生、干气外输、下游点炉等工作无法顺利开展,引发次生风险。现场油田伴生气管道均未做内防腐,凝析水会长时间
10、滞留在管道低洼处、弯头处,长时间运行易造成冲刷性侵蚀及细菌含量超标腐蚀,存在管道失效速度快、污染环境等风险3。目前建有轻烃处理装置 3 套(表 员),设计能力 10伊员园源皂猿/凿,其中 3 套采用双塔降压再生工艺,主要流程为上游站库油田伴生气至轻烃装置(压力 0.2 MPa),原料气经增压至 2.0 MPa,进行吸附脱水(水露点-70 益),脱水后经冷却至-40 益回收重烃,气相深冷至-68 益,进入 DHX 塔进行二次吸收提高 C3+回收率,干气经冷箱换热后返供干气系统。2等压再生工艺设计2.1等压再生工艺简介等压再生工艺主要含两具主吸附塔和一具辅助吸附塔,主塔一塔进行吸附操作,另一塔进行
11、再生操作,副塔可以在吸附和再生之间切换。主要流程(图员):原料气经增压后进入分子筛前分为再生气、生产气两条流程,对生产气进行截流降压处理,再自上而下进入其中一具主塔吸附,再生气直接进入副塔吸附干燥后,经加热至另一具主塔进行自下而上再生,再生气经过冷却分离后,返回生产气流程;副塔再生时,由未降压主塔吸附干燥后,进入副塔进行再生,三塔分子筛再生主要包括热吹和冷吹两个过程4。2.2工艺选型(1)脱水工艺的选择:级间脱水是指在原料气一二级压缩之间进行脱水的工艺,该工艺对压缩机有一定保护功能;级后脱水是指在原料气压缩机增压完成后进行脱水的工艺,该工艺主要优势在于设计体积小、投资及运维成本低5。以 5伊1
12、04m3/d 油田伴生气处理规模为基础,根据HYSYS 模拟数据对比(表 2)。根据两种工艺对比,级后脱水负荷低于级间脱水负荷,设备投资、电耗、运维等费用均优于级间脱水,故建议采用级后脱水工艺。(2)再生工艺的选择:降压再生是指使用装置干气作为再生气,将压力降至 0.8 MPa,经加热后进行再生,该工艺再生效果好,但对填料损伤较大,且干气中水分无法高效去除,对后端管线运行影响大;等压再生是指production and operation.Keywords:isobaric regeneration;molecular sieve;HYSYS;energy consumption表 1分子筛应
13、用基本现状石油化工应用2023 年第 42 卷48采用高压湿气脱水后作为再生气,在 2.0 MPa 的工况下,经加热后进行再生,该工艺主要优势在于解决了干气含水带来的一系列生产运行问题。表 2分子筛级间、级后脱水参数对比表表 3分子筛降压再生、等压再生对比表对两种工艺的优缺点进行对比(表 3),结合现场已建站库生产运行情况,建议选用湿气等压再生工艺。(3)分子筛吸附剂的选择:分子筛吸附剂的基本骨架结构为 SiO2四面体和 Al2O3四面体,按照一定的方式相连在一起,形成复杂的、中空的多面体7。分子筛具有很大的比表面积,其表面具有高度的极性,因而对天然气中的水、含硫化合物、二氧化碳等极性分子和可
14、极化的分子具有较强的吸附力与较大的吸附容量。分子筛的吸附强度顺序:H2ONH3CH3OHH2SCO2N2CH46。几种常见分子筛填料吸附性能见表 4。表 4常见分子筛填料吸附性能对比表根据油田伴生气组分性质及目标产品需求,防止乙烷以上组分被吸附,影响吸水性能,选取 3A 填料作为分子筛吸附剂8。2.3参数设计吸附温度设计:吸附操作时,水的饱和蒸气压随着温度的升高而增加,有利于吸附的进行,但吸附剂的吸附率却随着温度的升高而降低,不利于吸附9。根据厂家实验数据拟合的 3A 分子筛在不同温度下的静态吸附曲线(图 2),60 益以内吸附率随温度变化较小,60 益以上吸附率下降幅度较大,因此吸附温度应控
15、制在 60 益以内。有效湿容量选择:根据工业用干燥剂静态平衡曲线,分子筛的静态平衡湿容量约为 22%;根据标准 GB类型孔径尺寸/nm能吸附的分子不能吸附的分子3A0.3H2O、NH3C3H8及以上4A0.4C2H5OH、H2S、CO2、SO2、C2H4、C3H6、C2H6C4H10及以上5A0.5n-C4H9OH、n-C4H10、C3H9C22H46异构物和大于四个碳的环状物项目级间脱水级后脱水备注处理量/(员园源皂猿 凿-1)55运行压力/MPa0.982.08脱水负荷/(kg h-1)12.195.41增压能耗/kW230.2231.0再生气加热负荷/kW51.1234.35冷却负荷/k
16、W343.60329.43吸附剂量/kg3 0701 360吸附剂 2 年更换一次设备投资/万元158112运行费用电耗/(万元/年)133.8126.5电价:0.53元/千瓦时吸附剂消耗/(万元/年)1.50.7吸附剂 10元/千克设备维护/(万元/年)3.92.8合计/(万元/年)139.2130.0项目降压再生等压再生优点(1)再生效果好(2)投资成本低(3)能耗较低(1)运行维护成本低(2)彻底解决了干气含水带来的系列问题缺点(1)运行维护费用高(2)干气中含水(3)再生控制流程较复杂(1)再生效果略差(2)投资成本较高(3)整体能耗较高黄纯金等基于分子筛脱水工艺等压再生技术的研究及应
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