1、Aug. 201080現(xiàn)代化工M odern Chem ica l Industry天然氣處理廠脫甲烷塔CO2凍堵的 規(guī)律及解決方案研究程振華(中原油田分公司天然氣處理廠，河南濮陽457162)摘要：中原油田天然氣處理廠的天然氣處理裝置屬于中壓深冷輕烴回收裝置。由于脫甲烷塔塔頂操作溫度較低，經(jīng)常出現(xiàn)CO 2凍堵的現(xiàn)象，給裝置的連續(xù)安全平穩(wěn)運(yùn)行帶來很大的隱患。通過研究原料氣中CO2體積分?jǐn)?shù)不同時的凍堵規(guī)律，提出了 通過引入防凍介質(zhì)丁烷等烴類物質(zhì)來防止脫甲烷塔頂CO 2凍堵的解決方案。關(guān)鍵詞：凍堵；脫甲烷塔；輕烴回收；二氧化碳；天然氣處理；研究中圖分類號：TE64文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：0253-

2、 4320 ( 2010) 08 - 0080- 03Research on CO2 freeze blocking law and solutions for dem ethaniz ingtower in natural gas processing plantCHENG Zhen hua(N a tura lG as P rocessing P lant, Zhongyuan O ilfie ld, Puyang 457162, Ch ina)Ab stract： T he natu ra l gas trea tm ent dev ice of Zhongyuan O ilfie ld

3、 is a m edium pressure cryogenic light hydr recove ry dev ice. Ow ing to the low operating temperature at the top o f deme thaning co lumn, b lo ck ing offfrnzen CO occurred in dem ethan ing co lum n, thus g reat h idden dang er to the sm ooth and safety operation of the dev ice has b brought. Th is

4、 study is focused on the freeze b locking law w ith different2 CcOontent in raw natu ra l gas and so lutions disso lve Cpfreeze b locking at the top of dem e than ing tower proposed by add ing bu tane o r other hydrocarbon substa:K ey word s： freeze b lo ck idgm ethaning tow er；light hydrocarbon rec

5、overyCO2； na tura l gas processing； research收稿日期：2010 - 05- 26；修回日期：2010- 07- 02作者簡介：程振華( 1965-),男，碩士，高級工程師，主要從事天然氣凈化及輕烴回收的生產(chǎn)及研究工作，0393- 4874413, dh l0301 163. com。中原油田天然氣處理廠的天然氣處理裝置主要 以油田伴生氣為原料，生產(chǎn)干氣及輕油等產(chǎn)品，屬于 中壓深冷輕烴回收1-2裝置。由于脫甲烷塔塔頂操 作溫度較低，經(jīng)常出現(xiàn)CO2凍堵的現(xiàn)象。并且隨著 原料氣中CO 2體積分?jǐn)?shù)的增加，CO2凍堵的情況加 重。一方面限制了脫甲烷塔頂操作溫度

6、不能達(dá)到設(shè) 計(jì)溫度，影響輕烴的收率及產(chǎn)品的質(zhì)量，降低了企業(yè) 的經(jīng)濟(jì)效益；另一方面脫甲烷塔出現(xiàn)CO2凍堵后， 塔壓差急劇增大，極易憋停上游的原料氣壓縮機(jī)與 膨脹增壓機(jī)，給裝置的連續(xù)安全平穩(wěn)運(yùn)行帶來很大 的隱患。根據(jù)油田目前的情況，伴生氣中的CO2體積分 數(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上逐漸增加，因此，必須解決CO2 凍堵問題，確保輕烴回收裝置的連續(xù)安全平穩(wěn)運(yùn)行: 梁建偉、張勇等3-5曾對輕烴回收裝置的凍堵情況 提出過不同的解決方案，但是加入防凍介質(zhì)來防止 脫甲烷塔CO 2凍堵的問題還未見報(bào)道。1原料氣中CO2體積分?jǐn)?shù)不同時脫甲烷塔 呈現(xiàn)的凍堵規(guī)律為了尋求防止CO 2凍堵問題的解決方案，弄清CO2凍堵的原因及形成

7、規(guī)律，為此，首先根據(jù)現(xiàn)有生 產(chǎn)裝置的原料氣組成數(shù)據(jù)及運(yùn)行參數(shù)搭建了計(jì)算模 型，并用HYSYSX藝模擬軟件對原料氣中CO2體 積分?jǐn)?shù)不同時脫甲烷塔呈現(xiàn)的凍堵規(guī)律進(jìn)行了 分析。圖1是塔壓為12 MPa時，原料氣中CO2體積 分?jǐn)?shù)不同的情況下，脫甲烷塔頂溫度與CO2凍堵生 成溫度區(qū)的關(guān)系曲線圖。1塔頂溫度；2 CO 2凍堵點(diǎn)溫度圖1原料氣中CO2體積分?jǐn)?shù)為1 7%時的脫甲烷塔凍堵點(diǎn)曲線根據(jù)CH4 - CO 2相平衡特性規(guī)律及平衡相 圖6-7分析，當(dāng)脫甲烷塔的塔頂溫度大于CO2的凍 堵點(diǎn)溫度時，不會產(chǎn)生CO 2凍堵現(xiàn)象。由圖1可以看出當(dāng) CO2 體積分?jǐn)?shù)為 1 7% 時， 造成的脫甲烷塔 防凍操作限制

8、點(diǎn)溫度為 - 97 0! ， 即當(dāng)塔的操作溫 度低于 - 97 0! 時， 會產(chǎn)生 CO2 凍堵， 否則， 不會產(chǎn) 生CO2凍堵。從圖1還可以看出，當(dāng)其凍堵點(diǎn)曲線 在-97 0!時進(jìn)入凍堵區(qū)，在-100!時又脫離了凍 堵區(qū)，這并不表示甲烷塔可以在-100!以下操作， 因?yàn)閳D1中凍堵點(diǎn)曲線中凍堵點(diǎn)溫度是針對塔頂?shù)?一塊板而言，V在-100!時又脫離了凍堵區(qū)#實(shí)際 上代表凍堵區(qū)已由塔頂?shù)?塊板下移至第2塊板或 以下塔板。1凍堵點(diǎn)溫度；2塔頂溫度圖2原料氣中CO2體積分?jǐn)?shù)為2 2%時的脫甲烷塔凍堵點(diǎn)曲線由圖2可以看出，當(dāng)CO 2體積分?jǐn)?shù)為2 造成的脫甲烷塔防凍操作限制點(diǎn)溫度為-94 即當(dāng)塔的操作溫度

9、低于-94 5!時，會產(chǎn)生 堵，否則不會產(chǎn)生CO2凍堵。1 3 3 7 Q 1L 13 U 17 19 312%時,5! ，CO 2凍.gg Ip II I I U I I a I1 CO2凍堵點(diǎn)溫度；2塔頂溫度圖3原料氣中CO2體積分?jǐn)?shù)為2 5%時的-IG211 凍堵點(diǎn)溫度； 2 塔頂溫度圖4原料氣中CO2體積分?jǐn)?shù)為3 0%時的脫甲烷塔凍堵點(diǎn)曲線綜合圖1至圖4可以看出，CO 2體積分?jǐn)?shù)為7%、2 2%、2 5%、3 0%時造成的脫甲烷塔凍堵 溫度操作限制點(diǎn)依次為-97 0、- 94 5、- 93 0、- 91 5!。即隨著原料氣中CO2體積分?jǐn)?shù)的增加，脫 甲烷塔中的CO2凍堵生成點(diǎn)溫度越來越

10、高。這和裝置實(shí)際運(yùn)行中隨著原料氣中CO2體積分?jǐn)?shù)的增 加，裝置越易出現(xiàn)凍堵的情況是一致的。2引入防凍介質(zhì)的可行性分析1理論分析原料氣中CO2體積分?jǐn)?shù)越高，脫甲烷塔中的CO2凍堵點(diǎn)溫度越來越高，這一規(guī)律表明，要降低CO2凍堵的溫度，必須 降低 脫甲烷 塔塔 頂組 分中CO2的含量。結(jié)合CH 4- CO2相平衡特性規(guī)律及平 衡相圖3-7分析，要解決上述問題 有2個途徑：（1）引入其他組分（如較重?zé)N類，包括NGL、C；、c4、輕油等）,以改變凍堵點(diǎn)分布位置降低CO2 固化區(qū)的V穹窿#高度，得以容許在低于甲烷的臨界 壓力下操作。（2）直接通過CO2固體生成區(qū)，即內(nèi)部特殊設(shè) 計(jì)的低溫分餾設(shè)備來控制固體C

11、O 2的生成和熔融， 以達(dá)到CH 4和CO 2分離的目的。上述2個途徑中，從重?zé)N來源及今后改造的角堵，否則不會產(chǎn)生CO2凍堵。固體CO 2析出，達(dá)到防凍堵的目的脫甲烷塔凍堵點(diǎn)曲線由圖 3可以看出， 當(dāng) CO 2 體積分?jǐn)?shù)為 2 5% 時， 造成的脫甲烷塔防凍操作限制點(diǎn)溫度為 - 93 0! ， 即當(dāng)塔的操作溫度低于 - 93 0! 時， 會產(chǎn)生 CO 2 凍 堵，否則不會產(chǎn)生CO2凍堵。由圖 4可以看出， 當(dāng) CO 2 體積分?jǐn)?shù)為 3 0% 時， 造成的脫甲烷塔防凍操作限制點(diǎn)溫度為 - 91 5! ， 即當(dāng)塔的操作溫度低于 - 91 5! 時， 會產(chǎn)生 CO 凍 度來講，途徑（1）更適用于該廠

12、脫甲烷塔的防凍。2 2脫甲烷塔的操作屬性分析在裝置的實(shí)際運(yùn)行中， 脫甲烷塔的 CO2 凍堵通 常發(fā)生在塔上部吸收過程區(qū)域，這是因?yàn)樵搮^(qū)域中 氣相中CO2體積分?jǐn)?shù)較多（或稱分壓較高）,超過平 衡含量（或平衡分壓）以致析出固體CO2的緣故。 根據(jù)吸收過程原理，可以通過加大液相進(jìn)料流量 （吸收劑量）來增加對氣相中CO2的吸收，從而降低 氣相中CO的分壓，使之降到平衡分壓以下，避免wu .cnki.nct由于原液相進(jìn)料流量不可能再加大，因此，只能 考慮另外引入1股物料來增加液相進(jìn)料流量。這股 另外引入的物料，應(yīng)該不引入外來物質(zhì)，避免分離問+(輕油)等裝置自產(chǎn)烴類產(chǎn)品作為防凍介質(zhì)。3引入防凍介質(zhì)后CO2

13、凍堵點(diǎn)的變化根據(jù)以上引入防凍介質(zhì)的可行性分析，筆者認(rèn) 為向裝置中引入丁烷等烴類物質(zhì)，可以防止裝置的 CO2凍堵的問題，為此運(yùn)用HYSYS工藝模擬軟件對 現(xiàn)有裝置建立模型，并以丁烷作為防凍介質(zhì)引入，對 引入防凍 介質(zhì)后CO2凍 堵點(diǎn)的變化進(jìn)行了分析。 圖5為塔壓為1 2 MPa、CO2體積分?jǐn)?shù)為2 2%時引 入丁烷防凍的曲線。 21未加丁烷；2加入16 kmo l/h丁烷；3塔頂溫度；4 加入 28 km ol/h 丁烷；5 加入 32 km ol/h丁烷圖5 CO2體積分?jǐn)?shù)為2 2%時引入不同量丁烷時的脫甲烷塔凍堵點(diǎn)曲線由圖5可以看出，隨著引入丁烷量的增加，脫甲 烷塔CO 2凍堵點(diǎn)溫度逐漸降低

14、，凍堵點(diǎn)曲線逐漸脫 離塔頂溫度操作曲線，說明引入丁烷在一定程度上 適用于脫甲烷塔的防凍堵。4防凍介質(zhì)引入流程防凍介質(zhì)丁烷可以采用脫丁烷塔頂丁烷產(chǎn)品， 具體引入流程為：自脫丁烷塔塔頂引出的丁烷冷卻 劑冷卻至一定溫度，在節(jié)流閥后與進(jìn)塔管線內(nèi)物料 混合進(jìn)入脫甲烷塔，如圖6所示。該防凍方案對原有裝置的改動極少，僅需增加1臺冷卻器、防凍介質(zhì)流量計(jì)、調(diào)節(jié)閥及少量管材等歡迎瀏覽&現(xiàn)代化工網(wǎng)站設(shè)備、材料。1脫丁烷塔；2冷卻器；3節(jié)流閥；4脫甲烷塔圖6防凍介質(zhì)引入流程簡圖5結(jié)語防凍方案的實(shí)施將有效解決由于伴生氣中的CO2體積分?jǐn)?shù)增高造成的裝置凍堵問題，一方面，可 以消除凍堵給設(shè)備安全平穩(wěn)運(yùn)行帶來的安全隱患，具有

15、重要的社會安全效益；另一方面，通過改造可以6 3為例，最高可以多收乙烷近10 t/d，能夠以極小的改造投入換取較多的銷售收入。通過對脫甲烷塔CO2凍堵規(guī)律的分析研究，并 結(jié)合現(xiàn)有裝置的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對引入防凍介質(zhì)防止 CO2凍堵的可行性進(jìn)行了分析，確定可以通過引入 丁烷等烴類物質(zhì)作為防凍介質(zhì)來解決脫甲烷塔CO2 凍堵的問題。引入防凍介質(zhì)后可以降低脫甲烷塔 CO2凍堵溫度，提高輕烴的收率及產(chǎn)品質(zhì)量，給企業(yè) 帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。參考文獻(xiàn)邢建剛，于曉霜.輕烴回收裝置解凍設(shè)施的完善J.新疆地質(zhì)，2002，20 ( 4): 403 - 404.高建保，陳桂祥，等.輕烴回收裝置的操作參數(shù)優(yōu)化模型J.石油與天然氣化工，1998, 27( 1 ): 31- 34.梁建偉，尹琦嶺，何俊，等.深冷輕烴回收裝置防治CO2凍堵工 藝技術(shù)研究J.化工科技市場，2003( 11): 16- 17.張勇，武艷，張振普，等.NGL回收裝置的凍堵及解決J.科技資訊，2008 ( 8) : 15.劉元直，郭慶省，徐鄭雄，等.中壓深冷天然氣處理裝置的凍堵與防凍堵J.河南化工，2004( 3 ): 44- 45.朱利凱.天然氣處理加工M .北京：石油工業(yè)出版社，1997.王遇冬.天然氣處理與加工工藝M .北京：石油工業(yè)出版社，