頁(yè)巖氣脫水工藝流程節(jié)能優(yōu)化分析

單孝森（大慶油田工程有限公司）

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頁(yè)巖氣脫水工藝流程節(jié)能優(yōu)化分析

單孝森（大慶油田工程有限公司）

應(yīng)用軟件HYSYS 7.2對(duì)某地區(qū)頁(yè)巖氣的三甘醇脫水工藝流程進(jìn)行模擬計(jì)算及參數(shù)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)處理量固定的情況下，水露點(diǎn)及天然氣脫水量與三甘醇貧液濃度和甘醇循環(huán)量等因素有關(guān)。針對(duì)該地區(qū)頁(yè)巖氣開采過(guò)程中的含水量特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并優(yōu)化了TEG脫水工藝流程，使優(yōu)化后的重沸器熱負(fù)荷較優(yōu)化前降低了17%，單位綜合能耗降低了22%，達(dá)到了預(yù)期的優(yōu)化效果。研究結(jié)論可為進(jìn)一步高效節(jié)能地開發(fā)頁(yè)巖氣提供理論依據(jù)。

頁(yè)巖氣脫水工藝節(jié)能優(yōu)化HYSYS數(shù)值模擬

近年來(lái)，頁(yè)巖氣作為非常規(guī)能源，在我國(guó)能源開采中所占比重越來(lái)越大［1-3］。盡管頁(yè)巖氣開采前景廣闊，并在開采技術(shù)上取得了成功經(jīng)驗(yàn)，見(jiàn)到了初步的成果，但在頁(yè)巖氣開采方面仍然存在一些不容忽視的問(wèn)題，主要體現(xiàn)在技術(shù)和節(jié)能環(huán)保兩方面［4-8］。頁(yè)巖氣在開采過(guò)程中通常伴隨著水和硫等雜質(zhì)，在運(yùn)輸及儲(chǔ)存的過(guò)程中易造成腐蝕，因此，需要對(duì)頁(yè)巖氣進(jìn)行脫酸脫水工藝處理［9-11］。應(yīng)用HYSYS 7.2對(duì)三甘醇脫水工藝流程進(jìn)行了模擬計(jì)算及參數(shù)對(duì)比分析，通過(guò)改變?nèi)蚀钾氁簼舛取⒏蚀佳h(huán)量，對(duì)比天然氣的脫水量，發(fā)現(xiàn)當(dāng)處理量固定的情況下，三甘醇貧液濃度和甘醇循環(huán)量可以優(yōu)化，并且滿足水露點(diǎn)的要求。研究結(jié)論可為進(jìn)一步高效節(jié)能地開發(fā)頁(yè)巖氣提供理論依據(jù)。

1　建立TEG脫水工藝流程圖

根據(jù)某地區(qū)頁(yè)巖氣的產(chǎn)量及含水特點(diǎn)，在軟件HYSYS 7.2中建立如圖1所示的流程。已知來(lái)氣壓力6154.3kPa，溫度為38℃，處理量為417×104m3/d。

2　數(shù)值計(jì)算與結(jié)果分析

2.1影響脫水效果的關(guān)鍵因素分析

對(duì)于三甘醇脫水工藝，影響脫水效果的關(guān)鍵參數(shù)是三甘醇貧液濃度、三甘醇循環(huán)量、吸收塔和再生塔的塔板數(shù)、再生塔溫度、再生方式。

圖1　TEG脫水流程

在甘醇循環(huán)量和塔板數(shù)一定的情況下，三甘醇的濃度越高，天然氣露點(diǎn)就降得越大。因此，降低出塔干氣露點(diǎn)的主要途徑是提高三甘醇貧液濃度。根據(jù)溶液吸收原理，循環(huán)量、濃度與塔板數(shù)的相互關(guān)系如下：當(dāng)循環(huán)量和塔板數(shù)固定時(shí)，三甘醇的濃度越高，露點(diǎn)降得越大；當(dāng)循環(huán)量和三甘醇濃度固定時(shí)，塔板數(shù)越多，露點(diǎn)降得越大；當(dāng)塔板數(shù)和三甘醇濃度固定時(shí)，循環(huán)量越大，則露點(diǎn)降得越大，但是當(dāng)循環(huán)量增大到一定程度后，露點(diǎn)降的速率明顯減少，并且如果循環(huán)量過(guò)大，可能會(huì)增大重沸器的工作量，動(dòng)力消耗過(guò)大。

2.2三甘醇循環(huán)量和汽提氣循環(huán)量的優(yōu)化

在HYSYS7.2中，改變?nèi)蚀佳h(huán)量和汽提氣的循環(huán)量，觀察干氣水露點(diǎn)的變化，結(jié)果如圖2和圖3所示。

從圖2中可以看出，隨著三甘醇循環(huán)量的增加，外輸干氣含水量減小，外輸干氣水露點(diǎn)降低；當(dāng)三甘醇循環(huán)在2.235 m3/h以上時(shí)，外輸干氣和水露點(diǎn)降低的速率明顯減慢，為了達(dá)到優(yōu)化節(jié)能的目的，此時(shí)應(yīng)將三甘醇的循環(huán)量定為2.235 m3/h。

圖2　貧甘醇循環(huán)量對(duì)三甘醇脫水效果的影響

圖3　汽提氣流量對(duì)三甘醇脫水效果的影響

同理，汽提氣流量增加時(shí)，三甘醇貧液濃度增加，干氣水露點(diǎn)降低；當(dāng)汽提氣流量達(dá)到0.5076 m3/h以上時(shí)，干氣水露點(diǎn)和三甘醇貧液濃度趨于穩(wěn)定狀態(tài)，不再變化。因此，在處理量為417×104m3/d時(shí)，通過(guò)對(duì)比得到最佳的汽提氣流量為0.507 6 m3/h。

綜上可以看出三甘醇貧液濃度為99.36%，三甘醇循環(huán)量為2.235 m3/h時(shí)，其凈化天然氣平衡水露點(diǎn)計(jì)算值為-7.709℃。因此，本流程采用99.36%的貧甘醇，采用氣提再生工藝，實(shí)際水露點(diǎn)控制在-5℃以下是完全可行的。

2.3吸收塔、再生塔和閃蒸分離器的參數(shù)優(yōu)化

根據(jù)417×104m3/d三甘醇脫水工藝流程圖，該工藝中設(shè)置有TEG吸收塔。TEG吸收塔采用泡罩塔。由于三甘醇溶液循環(huán)量很小，為有利于氣-液傳質(zhì)，保證塔板液封，增加操作彈性，故采用泡罩塔。

閃蒸分離器通常分為臥式和立式。當(dāng)進(jìn)料氣為貧氣時(shí)，由于氣體中所含重?zé)N較少，在閃蒸分離器中不存在液烴，通常選用兩相（氣體和三甘醇溶液）分離器。液體在閃蒸分離器中的停留時(shí)間為5～10 min。當(dāng)進(jìn)料氣為富氣時(shí)，由于氣體所含重?zé)N較多，通常選用三相（氣體、液烴和三甘醇溶液）分離器，此時(shí)，為防止重?zé)N使三甘醇溶液乳化和起泡，應(yīng)使溶液升溫至約65℃，停留時(shí)間定為10～15 min左右。為保證閃蒸分離后的富三甘醇有足夠的壓力流過(guò)過(guò)濾器及貧/富三甘醇換熱器等設(shè)備，閃蒸分離器的操作壓力在0.35～0.52 MPa之間效果較好。

3　能耗分析

現(xiàn)以重慶某頁(yè)巖氣區(qū)塊三甘醇脫水實(shí)際情況為例，對(duì)比優(yōu)化前后各參數(shù)如表1、表2所示。從表中可以看出，優(yōu)化后重沸器熱負(fù)荷和單位綜合能耗明顯降低。

表1　優(yōu)化前后相關(guān)參數(shù)對(duì)比

表2　優(yōu)化前后能耗對(duì)比

4　建議

頁(yè)巖氣在運(yùn)輸及儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大量的水，如不及時(shí)處理，可能會(huì)生成水和物甚至引起管道設(shè)備的腐蝕，因此，研究頁(yè)巖氣的脫水工藝十分必要。在TEG法脫水過(guò)程中，當(dāng)塔板數(shù)和三甘醇濃度固定時(shí)，循環(huán)量越大則露點(diǎn)降越大，但循環(huán)量升到一定程度后，露點(diǎn)降的增加值明顯減少，而且循環(huán)量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致重沸器超負(fù)荷，動(dòng)力消耗過(guò)大。在實(shí)際生產(chǎn)中使用合理的優(yōu)化參數(shù)，既可以提高效率，又達(dá)到節(jié)能環(huán)保效果。

5　結(jié)論

1）通過(guò)軟件HYSYS 7.2的仿真模擬，得到了該地區(qū)日產(chǎn)量417×104m3的情況下的汽提氣流量，三甘醇循環(huán)量；在有效降低水露點(diǎn)的前提下，減輕了加熱爐的工作負(fù)擔(dān)，并且優(yōu)化了吸收塔、再生塔的相關(guān)參數(shù)，有效降低了設(shè)備的成本投入。

2）模擬分析表明，通過(guò)優(yōu)化，三甘醇再生重沸器的熱負(fù)荷明顯降低，使得整體的單位綜合能耗降低，節(jié)能效果明顯，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中值得推廣使用。

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石油工業(yè)節(jié)能節(jié)水專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)2015年年會(huì)在西安召開

2015年9月15日，全國(guó)石油天然氣標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)油氣田節(jié)能節(jié)水分技術(shù)委員會(huì)暨石油工業(yè)節(jié)能節(jié)水專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)2015年年會(huì)在西安召開。石油工業(yè)節(jié)能節(jié)水專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（以下簡(jiǎn)稱節(jié)能專標(biāo)委）主任委員黃飛，副主任委員李聯(lián)五、魏文普以及節(jié)能專標(biāo)委委員、顧問(wèn)、特邀代表共計(jì)78人參加了會(huì)議。會(huì)議由副主任委員李聯(lián)五主持。

會(huì)上，副主任委員李聯(lián)五宣讀了油標(biāo)委《關(guān)于調(diào)整石油工業(yè)節(jié)能節(jié)水專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)部分委員的批復(fù)》文件。與會(huì)代表聽取了常務(wù)副秘書長(zhǎng)徐秀芬作的《節(jié)能專標(biāo)委2015年度工作報(bào)告》，研究討論了2016年度工作計(jì)劃，審議了兩項(xiàng)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定項(xiàng)目前期研究報(bào)告、節(jié)能專標(biāo)委“十三五”標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展計(jì)劃及石油工業(yè)節(jié)能節(jié)水專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系表。會(huì)議邀請(qǐng)了中石化重慶涪陵頁(yè)巖氣勘探開發(fā)有限公司、西北工業(yè)大學(xué)和長(zhǎng)慶油田分公司油氣工藝研究院的專家作了節(jié)能技術(shù)交流。與會(huì)代表現(xiàn)場(chǎng)參觀了中石化地?zé)豳Y源綜合利用項(xiàng)目。最后，主任委員黃飛作了總結(jié)講話。

本次會(huì)議由華北油氣分公司承辦，受到了與會(huì)代表的一致好評(píng)。

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.10.007

2015-06-30）

單孝森，工程師，2007年畢業(yè)于東北石油大學(xué)（油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)），從事長(zhǎng)輸管道設(shè)計(jì)工作，E-mail：996577741@qq. com，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)西苑街46號(hào)，163712。