摘 要

　　　　　　　——以中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司榆林氣田天然氣處理廠為例摘　要：研究如何降低天然氣處理廠注醇量、提高甲醇利用率以及降低甲醇回收裝置的能耗，對(duì)于中國(guó)

　　　　　　　——以中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司榆林氣田天然氣處理廠為例

摘　要：研究如何降低天然氣處理廠注醇量、提高甲醇利用率以及降低甲醇回收裝置的能耗，對(duì)于中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司榆林氣田實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保、科學(xué)開發(fā)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。為此，針對(duì)榆林氣田天然氣處理廠低溫脫油脫水及注醇工藝存在的甲醇污水處理及高能耗問題，提出了對(duì)現(xiàn)有注醇工藝技術(shù)的改進(jìn)方案：將直接注醇改進(jìn)為循環(huán)注醇。在增設(shè)的接觸塔內(nèi)天然氣與含甲醇污水充分接觸并攜帶出甲醇，經(jīng)三相分離器分離出的甲醇污水回流進(jìn)入接觸塔，形成甲醇的閉路循環(huán)。軟件模擬計(jì)算結(jié)果表明，接觸塔塔底污水含醇量?jī)H為0.0043％，已達(dá)到氣田污水回注標(biāo)準(zhǔn)，而不再需要甲醇回收處理。采用HYSYS軟件分別對(duì)現(xiàn)有、改進(jìn)后注醇工藝進(jìn)行流程模擬，對(duì)比結(jié)果表明：在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)相同的情況下，相比現(xiàn)有注醇工藝，改進(jìn)后工藝能耗降低25％、注醇量減少28％，經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益顯著。

關(guān)鍵詞：中國(guó)石油  長(zhǎng)慶油田公司  榆林氣田  天然氣處理廠  甲醇  接觸塔  注醇工藝  改進(jìn)  能耗  注醇量

Simplification and optimization of methanol inj ection in deoiling and dehydration devices in natural gas processing plants：A case history from the Yulin Gas Field operated by the PetroChina Changqing Oilfield Company

Abstract：Studies on how to reduce the methanol injection amount in a natural gas processing plant，how to improve the mcthanol utilization rate，and how to cut down the energy consumption of a methanol recovery unit，are of great realistic value for the Yulin Gas Field operated by the PetroChina Changqing Oilfield Company to achieve scientific and eco-friendly development as well as energy saving and emlsslon reduction．Thus，in view of such issues as the treatment of methanol containing waste water and high cnergy consumpation in low-temperature deoiling and dehydration technologies in the natural gas processing plant in ttlis field，we put forward the innovative scheme of circular injection to replace direct injection applied to the existing methanol injection technology．Specifically，with this improved scheme,natural gas will be in fully contact with methanol sewage and carry methanol out of it in a newly-added contact column，methanoi sewage isolated from the three phase separator will flow back into the contact column，thus a methanol closed cycle is iorreed.By simulating calculation，the methanol amount in the sewage at the contact column bottom is only 0.0043%,which reaches the gas field sewage reinjection standard，and needs no further methanol recovery treatment．Moreover，the HYSYS software was adopted to simulate the existing and the improved methanol injection process flow，and the simulation results show that with the same basic data，the improved process achieves energy consumption reduction of 25％and methanol injection volume reduction of 28％．

Keywords：PetroChina Changqing Oilfield Company，Yulin Gas Field，natural gas processing plant，methanoi，contact column，methanol injection process，innovation，energy consumption，methanol injection volume

1　裝置簡(jiǎn)介

中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司榆林氣田(以下簡(jiǎn)稱榆林氣田)天然氣處理廠采用低溫分離法進(jìn)行脫油、脫水，使天然氣的水含量、烴露點(diǎn)符合商品天然氣質(zhì)量指標(biāo)和管道輸送要求^[1-2]。其工藝流程如圖1所示。

 

原料氣壓力為4.5～5.2MPa，溫度為3～20℃。原料氣首先進(jìn)入原料氣過濾分離器除去固體顆粒和游離液，然后經(jīng)板翅換熱器構(gòu)成的冷箱與產(chǎn)品干氣換熱，預(yù)冷至-l0℃左右后去中間分離器分離出凝液。來自中間分離器的氣體再經(jīng)丙烷蒸發(fā)器冷卻至-20℃左右進(jìn)入旋流式低溫三相分離器，分出的氣體去板翅換熱器回收冷量，水露點(diǎn)符合要求的干氣然后經(jīng)集配氣總站進(jìn)入輸氣管道。

含飽和水的天然氣在冷卻過程中由于冷凝水的析出，會(huì)形成天然氣水合物，它是一種固態(tài)結(jié)晶體^[3]。根據(jù)榆林氣田天然氣組成情況，采用專業(yè)軟件分析^[4-5]，計(jì)算壓力為6～20MPa時(shí)天然氣水合物形成溫度為14.5～22.3℃。榆林氣田天然氣處理廠脫油脫水過程中，原料氣在板翅換熱器中會(huì)被產(chǎn)品干氣預(yù)冷至-10℃左右^[6-8]，在丙烷蒸發(fā)器中被冷卻至-20℃左左右，在此條件下，系統(tǒng)中會(huì)有天然氣水合物生成。為防止天然氣水合物生成，在板翅換熱器和丙烷蒸發(fā)器前分別向天然氣中注入天然氣水合物抑制劑甲醇。從三相分離器分離出來的甲醇污水中甲醇含量為25％～50％，不能直接回注地層，需要通過精餾進(jìn)行甲醇回收處理。研究表明^[9-10]，對(duì)于榆林氣田甲醇含量為l％～3％的污水，每回收lt甲醇產(chǎn)品(塔底水中甲醇濃度為0.1％)，僅蒸汽消耗量就為10.5～33t，對(duì)應(yīng)的蒸汽費(fèi)用為862～4000元，而粗甲醇產(chǎn)品的市場(chǎng)價(jià)格約為2000元／t，顯然是不經(jīng)濟(jì)的。

隨著氣田產(chǎn)能建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，甲醇污水處理裝置的建設(shè)也需逐年增加，能量消耗也隨著甲醇回收處理規(guī)模的增加呈上升趨勢(shì)。因此，研究如何降低天然氣處理廠注醇量、提高甲醇利用率以及降低甲醇回收裝置的能耗，對(duì)于榆林氣田乃至長(zhǎng)慶油田公司實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保、科學(xué)開發(fā)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2　注醇工藝技術(shù)改進(jìn)方案

2．1　注醇工藝流程的簡(jiǎn)化與優(yōu)化

通過工藝研究，對(duì)榆林氣田天然氣處理廠低溫脫油脫水裝置的注醇工藝進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，其改進(jìn)工藝流程如圖2所示。

 

如圖2所示，原料氣由接觸塔下部進(jìn)塔，從三相分離器分離出來的含甲醇污水從上部進(jìn)塔。兩股流體在逆流的過程中相互接觸傳質(zhì)，含飽和水的原料氣將攜帶出污水中的甲醇。離開接觸塔的甲醇污水含醇量小于0.01％，達(dá)到氣田采出水回注地層標(biāo)準(zhǔn)。出塔后的原料氣補(bǔ)充注入被外輸干氣帶走而損失的甲醇后進(jìn)入板翅換熱器預(yù)冷至-l0℃左右，再經(jīng)丙烷蒸發(fā)器冷凍至-l5～-20℃，進(jìn)入三相分離器，干氣凹板翅式換熱器回收冷量，凝液去穩(wěn)定裝置，甲醇污水用泵打凹接觸塔，形成注醇循環(huán)系統(tǒng)。

2．2　改進(jìn)前后工藝流程模擬對(duì)比分析

采用HYSYS軟件分別對(duì)榆林氣田天然氣處列廠現(xiàn)用注醇工藝和改進(jìn)注醇工藝進(jìn)行流程模擬^[11-12]。

2．2．1物性參數(shù)

在流程模擬中輸入以下基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1)原料氣組分含量(表1)。

 

2)原料氣溫度：40℃。

3)原料氣壓力：5.8MPa。

4)原料氣流量：500×10⁴m³／d。

5)狀態(tài)方程：SRK狀態(tài)方程。

6)甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)：95％。

7)甲醇溫度：10℃。

2．2．2現(xiàn)用注醇工藝流程模擬

圖3、4分別為采用HYSYS軟件對(duì)現(xiàn)用注醇工藝和甲醇回收工藝流程模擬示意圖。

 

 

通過軟件模擬，現(xiàn)用低溫脫油脫水及甲醇噴注工藝流程中的各點(diǎn)操作參數(shù)及流程描述如下：500×10⁴m³／d的原料氣(5.8MPa、10℃)通過混合器(MIX-100)加入水成為含水的原料氣(物流l)。經(jīng)過兩相分離器(V-101)脫除多余的水和游離液體(物流2)。分離后含飽和水的原料氣(物流3)與甲醇(物流4)(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95％)通過混合器(MIX-101)混合(物流5)，經(jīng)過板翅換熱器(LNG-l00)與外輸干氣換熱溫度降低到-7℃(物流6)，再經(jīng)丙烷蒸發(fā)器(E-l00)冷卻后溫度降低到-15℃(物流7)進(jìn)入三相分離器(V-100)，分離出液烴和甲醇污水后干氣回板翅換熱器回收冷量后外輸。

甲醇回收流程中的各點(diǎn)操作參數(shù)：甲醇污水(物流8，溫度-l5℃、壓力250kPa、流量507kg／h、含醇量為35％)通過換熱器(LNG-l01)、(LNG-102)分別與產(chǎn)品甲醇(物流l2)、塔底水(物流ll)換熱，溫度升為75℃后進(jìn)精餾塔(T-100)，塔底污水(11)和產(chǎn)品甲醇(12)返回?fù)Q熱器回收熱量后回注地層和循環(huán)使用。

2．2．3改進(jìn)后注醇工藝流程模擬

圖5為采用HYSYS軟件對(duì)改進(jìn)后注醇工藝流程模擬示意圖。

 

通過軟件模擬，確定出改進(jìn)后注醇流程中的各點(diǎn)操作參數(shù)：500×10⁴m³／d的原料氣(5.8MPa、40℃)(物流2)通過混合器(MIX-100)加入水(物流l)再經(jīng)過兩相分離器(V-100)脫除多余的水和部分液烴(物流6)后成為含飽和水的原料氣(物流l6，38.4℃)，從甲醇接觸塔(T-201)下部進(jìn)塔，與從塔上部進(jìn)入的三相分離器(V-101)分離出來的甲醇溶液(物流l3)充分接觸傳質(zhì)，出塔氣(物流l4)與甲醇(物流7，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95％)通過混合器(MIX-101)混合(物流l7)，然后通過板翅換熱器(LNG-100)與干氣換熱降溫到-7℃，經(jīng)丙烷蒸發(fā)器(E-100)冷卻到-l5℃后進(jìn)入三相分離器(V-101)分離，低溫干氣(物流8)回板翅換熱器凹收冷量后外輸。液烴(物流9)去凝析油穩(wěn)定系統(tǒng)，甲醇溶液(物流l0)由泵(P-100)打回接觸塔塔頂循環(huán)利用，塔底的低濃度甲醇污水(物流l5)去污水回注系統(tǒng)。

2．2．4工藝流程模擬對(duì)比分析

現(xiàn)用注醇工藝流程模擬與改進(jìn)后注醇工藝流程模擬原料氣的溫度、壓力、流量以及原料氣組成完全相同，而且保持板翅換熱器與丙烷蒸發(fā)器的溫降也相同。與此同時(shí)，現(xiàn)用注醇工藝與改進(jìn)后注醇工藝外輸干氣的露點(diǎn)分別為-l5.16℃和-15.15℃，幾乎相同，在保證沒有天然氣水合物形成、取最小注醇量的基礎(chǔ)上對(duì)兩種工藝進(jìn)行對(duì)比分析，工藝參數(shù)對(duì)比見表2。

 

改進(jìn)后的注醇工藝甲醇溶液回流接觸塔形成了循環(huán)注醇過程，實(shí)際上，補(bǔ)充注入的醇是被天然氣帶止而損失的一小部分甲醇，這樣便大大提高了甲醇的利用率。

2．3　設(shè)備與運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比

2．3．1甲醇消耗量

甲醇消耗量見表3。

 

由表3可知，如果甲醇價(jià)格為2000元／t，那么改進(jìn)后注醇工藝甲醇的消耗費(fèi)用會(huì)比現(xiàn)用注醇工藝每年節(jié)省46萬(wàn)元。

2．3．2設(shè)備費(fèi)用

相比現(xiàn)用注醇工藝而言，改進(jìn)后注醇工藝的設(shè)備需要增加一座接觸塔和一臺(tái)甲醇溶液回流泵，投資及改造費(fèi)用大約需180萬(wàn)元。但改進(jìn)后注醇工藝卻節(jié)省了甲醇回收工藝所需的精餾系統(tǒng)，新建甲醇回收工程投資大約450萬(wàn)元，因此，改進(jìn)注醇工藝節(jié)約了很大一部分設(shè)備成本。

2．3．3能耗對(duì)比

能耗對(duì)比表見表4。

 

現(xiàn)用注醇工藝丙烷制冷所消耗能量為991.3kW，甲醇回收所消耗能量為339.6kW，共l330.9kW；改進(jìn)后注醇工藝所消耗能量為994.4kW。因此，改進(jìn)后注醇工藝比現(xiàn)用工藝耗能量少336kW，即能耗會(huì)降低25％。

此外，甲醇回收工藝相對(duì)復(fù)雜，設(shè)備較多，占地面積較大，正常運(yùn)行勢(shì)必會(huì)消耗人力、物力，以及檢修維護(hù)等也會(huì)產(chǎn)生費(fèi)用。而改進(jìn)后注醇工藝則節(jié)省了這一部分費(fèi)用。

3　結(jié)論

1)改進(jìn)后注醇工藝通過接觸塔氣提，塔底污水無(wú)須甲醇回收已達(dá)到凹注地層標(biāo)準(zhǔn)。

2)改進(jìn)后注醇工藝無(wú)須甲醇回收處理，因此大大地簡(jiǎn)化了氣田處理廠天然氣處理的工藝流程，節(jié)約了生產(chǎn)運(yùn)行成本。

3)改進(jìn)后注醇工藝注醇量減少，甲醇利用率提高。

4)改進(jìn)后注醇工藝能耗降低，經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益顯著。

 

參考文獻(xiàn)

[1]李時(shí)宣，王臀海，王遇冬，等．長(zhǎng)慶氣田天然氣凈化工藝技術(shù)介紹[J]．天然氣工業(yè)，2005，25(4)：150-153．

LI Shixuan，WANG Denghai，WANG Yudong，et al．Introduce of gas purification techniques in Changqing Gas Field[J]．Natural Gas Industry,2005，25(4)：150-153．

[2]王遇冬．天然氣處理與加工工藝[M]．北京：中國(guó)石化出版社，2011．

WANG Yudong．Natural gas processing and processing technology[M]．Beijing：China Petroehemical Press，2011．

[3]ANDREASSEN K，HART P E，GRANTZ A．Studies of a bottom simulating reflection related to gas hydrate beneath the continental margin of the Beaufort sea[J]．Journal of Geophysical Research，l995，100(B7)：12659-12673．

[4]陳小鋒，崔斌．油田天然氣水合物的形成及預(yù)防[J]．石油化工腐蝕與防護(hù)，2006，23(2)：23-25．

CHEN Xiaofene，CUI Bin．Oilfield gas hydrate formation and prevention[J]．Petrochemical Corrosion and Protection．2006，23(2)：23-25．

[5]梁平，陶宏偉，李志銘，等．基于序貫?zāi)K法的天然氣處理全流程模擬軟件[J]．天然氣工業(yè)，2009，29(1)：100-102．

LIANG Ping，TAO flongwei，LI Zhiming，et al．Full process simulation software for natural gas treatment system based on sequential modular method[J]．Natural Gas Industry，2009，29(1)：l00-102．

[6]熊生勇，徐仕利，權(quán)容，等．浮頭式換熱器內(nèi)浮頭螺栓在濕H2S環(huán)境下的材質(zhì)選用探討[J]．石油與天然氣化l2，2010，(增刊l)：50-52．

XIONG Shengyong，XU Shili，QUAN Rong，et al．Research on the selection of internal floating head bolts in floating head heat exzhanger under the wet H2S condition[J]．Chemical Engineering of Oil＆Gas，2010，(S1)：50-52．

[7]王軍，岑永虎，熊運(yùn)濤，等．板式換熱器在引進(jìn)裝置脫硫系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．石油與天然氣化工，2007，36(4)：310-314．

WANG Jun，CEN Yonghu，XIONG Yuntao，et al．The application of the plate heat exchanger to the introduced equipment desulphurization system[J]．Chemical Engineering of Oil&Gas，2007，36(4)：310-314．

[8]李明，溫冬云．新型板式換熱器在三甘醇脫水裝置中的應(yīng)用[J]．石油與天然氣化工，2004，33(6)：419-423．

LI Ming．WEN Dongyun．Application of new type plate heat exchange in triglycol dehydration unit[J]．Chemical Engineering of Oil&Gas，2004，33(6)：419-423．

[9]呼延念超，李亞萍，張明禮，等．原料及塔底廢水甲醇濃度對(duì)甲醇再生裝置能耗的影響分析[J]．石油與天然氣化工，2010，39(4)：365-367．

HUYAN Nianchao，LI Yaping，ZHANG Mingli，et al．Raw materials and bottom water methanol concentration on methanol regeneration unit energy consumption impact analysis[J]．Chemical Engineering of Oil＆Gas，2010，39(4)：365-367．

[10]單巧利，李勇，王明軍．氣田甲醇污水處理裝置節(jié)能技術(shù)研究[J]．石油化工安全環(huán)保技術(shù)，2009，25(6)：9-12．

SHAN Qiaoli，LI Yong，WANG Mingjun．Methanol sewage treatment plant gas saving technology research[J]．Petroleum&Chemical Safety and Environmental Protection Technology，2009，25(6)：9-12．

[11]楊德明，孫磊．多效精餾分離甲醇—水體系的工藝研究[J]．石油與天然氣化工，2010，39(1)：l4-17．

YANG Deming，SUN Lei．Technological researches for separation of methanol and water by multi-effect distillation[J]．Chemical Engineering of Oil＆Gas，2010，39(1)：14-17．

[12]楊傳，付東．PC-SAFT理論對(duì)CO2—甲醇體系相平衡的研究[J]．石油與天然氣化工，2010，39(4)：273-276．

YANG Chuan，FU Dong．Research in phase equilibrium for CO2—methanol binary system with theory of PC-SAFT[J]．Chemical Engineering of Oil＆Gas，2010，39(4)：273-276．

 

本文作者：周繼勇  白俊生　呼延念超  徐偉

作者單位：中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司第二采氣廠

  西安長(zhǎng)慶科技工程有限責(zé)任公司