摘要：本文主要对塔里木油田凝析气轻烃深度回收厂的分子筛单元再生气进行了优化，全面分析了再生气分离器分不出水的问题，寻找导致问题产生的原因，最终提出了最佳对应措施，再生气源由脱水原料气改为外输气，经过简单改造的实践证明分析结论正确，分子筛脱水装置指标达到了设计要求，确保了装置的平稳运行。
关键词：轻烃深度回收、分子筛、再生气、分离器、水露点
一、前言
塔里木油田凝析气轻烃深度回收厂位于新疆维吾尔自治区巴州轮台县，是中国目前规模最大的轻烃回收装置，原料气处理规模达到100×108m3/a，站内设置两套50×108m3/a的装置，设计负荷70～110%。主体工艺装置包括脱水装置、轻烃回收装置等。脱水装置采用分子筛深度脱水工艺[1]，轻烃回收装置采用DHX回收工艺[2,3]。
2017年9月投产以来，再生气分离器晚上能分出白天分不出水，导致分子筛脱水后干气的水露点较高-30～-40℃，距离设计温度-70℃较大，影响下游天然气回收装置运行。
二、流程简述
轻烃深度回收厂的分子筛脱水装置采用三塔流程，分子筛脱水塔1个操作周期内吸附24h，再生6h，冷却6h，运行期间保持两塔吸附、一塔再生/冷却。
1 湿净化天然气脱水吸附
原料气自顶部进入分子筛脱水塔吸附脱水，脱水后的干气经分子筛粉尘过滤器滤除分子筛粉尘后进入轻烃回收装置。
2 脱水塔再生/冷却
再生气取自脱水后的原料气，并采用与原料气吸附脱水相反的介质流动方向，自下而上通过刚完成吸附过程的分子筛脱水塔。再生气经再生气换热器与富再生气换热后进入再生气加热器，用热媒导热油加热至约290℃后进入分子筛脱水塔，以再生分子筛床层。分子筛吸附的水被高温再生气加热脱附，与再生气一起进入再生气换热器与贫再生气换热后，进入再生气冷却器。冷却后的富再生气进入再生气分离器，经再生气分离器分离出液态水后，经再生气压缩机增压后返回至本装置入口管线上。
脱水塔再生完成后，再生气加热器停止加热。未经加热的同一股气流作为冷却气，冷却气自下而上通过刚完成再生过程的分子筛脱水塔以冷却该塔。冷却床层出口温度为50℃时冷吹完成。冷吹气依次进入再生气换热器、再生气冷却器、再生气分离器，经再生气压缩机增压后返回至本装置入口管线上。
三、问题分析
1 分水情况及临时措施
白天空冷后的再生气分离器只在再生初期能分出水，但分出水随着再生时间的延长，水量还会逐渐减少；晚上由于气温低能分出水，初步检测这股气的水露点20℃左右，分子筛脱水后干气的水露点较高-30～-40℃。
将分子筛再生气直接接到外输压缩机入口直接增压外输，不再增压进入原料气，分子筛脱水后干气的水露点由-30～-40℃会降到-70℃，生产运行平稳。
2 再生气分析
经过查找设计资料，再生气空冷后设计温度为50℃，气量为83万方/天，50℃下气相分率为1，即50℃下无水分出。
同时采用HYSYS进行模拟计算，再生气的水露点为43℃，30℃下的分出水量为25kg/h。
因此，白天温度较高时，空冷后再生气进分离器的温度40～50℃，分离器就不会有水分出；晚上气温较低时，空冷后再生气进分离器的温度30℃，分离器就会有水分出。
3 干气水露点分析
虽然原料气的水露点-10℃，但是经过分子筛脱水装置后由于无水分出，再生气在增压后循环进入前端原料气，再次将再生水带入原料气，实际进分子筛塔的水露点较高，含水量较大，再经过分子筛塔脱水后，干气水露点上升，达不到原料气水露点-70℃设计要求。临时措施：再生气直接接到外输压缩机入口直接增压外输，将水带入外输气，不进入原料气，阻断了再生水的循环，分子筛脱水效果改善，出口干气水露点达到设计要求。
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4 再生气分离器分析
分离器尺寸φ1.2m×5.0m，进出口DN200。
按设计量进行校核，经过计算分离器的气相停留时间为13s；按气田集输设计规范计算分离器直径为1.46m，因此分离器尺寸偏小，停留时间稍短。
5 分析小结
再生气空冷后温度随外界气温变化而变化，白天温度高时再生气分离器分不出水造成水内部循环，最终导致出口干气水露点达不到设计要求。
四、优化措施
工艺流程优化应从三个方向入手，一是阻断再生水的循环，即增压后的再生气不进入前端原料气；二是改变再生气的气源，使用水露点较低的气源进行再生，同时也阻断了再生水的循环；三是降低再生气分离器的分离温度，即降低再生气冷却温度。根据三个方向分别制定了相应的工艺方案如下。
1 方案一：再生气接入外输压缩机入口
目前采取该措施，解决了干气出口露点高的问题，但是存在以下2个缺点。
①气量为86万方/天的再生气不进入后续的轻烃回收装置，不能回收该部分天然气的C3+组分，降低了产品收率，即降低了生产效益；
②将原料气中水分直接带入外输气，外输气存在水露点不合格风险，需要严密检测外输气水露点。
2 方案二：取外输气作为再生气源，再生后接入下游外输气
该方案同方案一相比优势明显，外输气是经过轻烃回收装置脱除C3+以后的水露点很低的天然气，采用外输气作为再生气源，能够使全部原料气实现C3+回收，经济效益得到了保证。但同时还存在外输气水露点不合格的风险，依然需要严密检测外输气水露点。
3 方案三：增加换热器，取1股冷介质冷却再生气至10℃
经过HYSYS进行模拟计算，再生气分离器的分离温度在10℃时，再生气中85%的气态水变为液态水，分出水量达到38kg/h，分离器能够分出大部分的水，分水后的再生气按设计回到原料气，从而能够保证出口干气水露点达到-70℃设计要求。因此引部分低温流股与再生气换热，降低再生气温度至10℃也是可行的。
4 对比分析
方案一减少产品产量约6%，即减少经济效益约6%，因此方案一可行但不可取；
方案二保证生产效益不降低，同时改造简单，改造投资少，且再生效果最优；虽然将部分再生水带入外输气，存在外输气水露点不合格的风险，但是只有能够保证进站原料气水露点合格-10℃，再生水的部分回掺能够保证外输气水露点合格；
方案三虽然可行，但是改造复杂，改造投资多，同时需要引入轻烃回收装置的冷物流，需要稍微改变轻烃回收装置的工艺流程，影响原设计参数，因此不推荐。
经过上述分析对比推荐方案二，取外输气作为再生气源，再生后接入下游外输气。
五、结论
通过对分子筛深度脱水的再生气进行分析，明确了问题存在的根本原因是再生气空冷后温度随空气温度变化而变化，午间温度较高时就会出现分不出水的现象，针对该问题，经过多方面的分析讨论，提出了3个方案，优化对比后推荐取外输气作为再生气源方案，再生完接入下游外输气，既保证了再生效果，又改造简单。
装置根据本文结论进行了改造，经检测分子筛脱水装置出口干气水露点达到-76℃，满足了下游深冷回收装置的要求，说明本文分析和结论是正确的。
参考文献
[1]吉红军 梁成宁 邢艳霞 卫巍 骆兴华 李晓峰 李金峰. 分子筛脱水技术简介.山东化工，2013年
[2]周学深 孟凡彬. 轻烃回收装置中DHX工艺的应用[J].石油规划设计,2002年
[3]韩淑怡 王科 祁亚玲 胡玲 刘慧敏 高鑫 杨婷婷 冼祥发 查庆芳. 天然气轻烃回收DHX工艺优化研究. 天然气化工（C1化学与化工）,2014年
论文作者:郭玉环
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/18
标签：分子筛论文; 露点论文; 装置论文; 分离器论文; 输气论文; 原料论文; 温度论文; 《基层建设》2019年第21期论文;