提高含醇原料水甲醇回收率效果評價

陳 波，呂小瑞，李 飛，謝繼良，咬 瓊，何 朦

（中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，陜西西安 710018）

蘇里格某天然氣處理廠甲醇回收裝置包括一套含醇原料水原料罐2 具、產品甲醇罐2 具、1 套常壓精餾裝置。經過沉降、過濾和加藥后的甲醇原料水進入甲醇裝置，甲醇回收裝置采取常壓精餾工藝，是利用甲醇和水變成蒸汽時的溫度差將甲醇原料水中的甲醇精餾出來，使甲醇得以再生，甲醇經過霧化器霧化后進入天然氣裝置，反復循環。通過對甲醇回收裝置的改造能有效提高含醇原料水精餾的甲醇濃度[1-4]。

1 甲醇回收裝置工藝概況

1.1 流程簡介

甲醇原料水經甲醇原料水提升泵進入雙濾料過濾器，初步過濾出甲醇原料水中的雜質，然后在混合器處與氫氧化鈉充分混合使得甲醇原料水的pH 值控制在6～8，再進入進料換熱器將甲醇原料水初步加熱至60 ℃，隨后利用導熱油加熱至90～95 ℃后再進行第二次精細過濾后進入甲醇精餾塔[5-6]。液體從上往下和從下而上的蒸汽進行逆流換熱，利用甲醇在65 ℃就會變成蒸汽的原理將甲醇蒸餾出來，蒸餾后的甲醇原料水流入塔底，經塔底出水泵出來的液體分為兩路，一路進入重沸器和高溫導熱油換熱后變成蒸汽進入精餾塔和甲醇原料水換熱，另一路是多余的塔底水則去到氣田采出水單元進行回注。產生甲醇經過冷卻變成液體后進入甲醇回流罐，通過甲醇回流泵將一部分甲醇進入精餾塔將塔頂溫度控制在65 ℃左右；產品甲醇儲存至產品甲醇儲罐，分離出的廢水[7-11]化驗合格全部經回注系統回注地層（見圖1）。

圖1 處理廠甲醇回收工藝流程圖

1.2 工藝原理

工藝原理：常壓精餾裝置是利用水和甲醇變成蒸汽時溫度差，根據蘇里格氣田的大氣壓顯示，水在85 ℃以上才能變成蒸汽，而甲醇變成蒸汽只需要65 ℃。這樣就可以使甲醇原料水的混合液進行一定程度的分離。當甲醇蒸汽經過冷凝后又變成甲醇。所以對甲醇原料水不停的汽化和冷凝就讓其中的甲醇和水分離出來，根據參數要求（見表1），經過處理后的廢水中甲醇含量必須小于0.1%才能進行回注，而產品甲醇濃度則大于95%才能進行使用。甲醇精餾塔分為提餾段和精餾段，提餾段采用效率高、彈性大、不容易堵塞的斜孔塔盤、主要包括塔盤、降液管和分布器等，它能充分利用塔內的空間，使其盡最大可能地提供相接觸面積和降低壓降，從而提高塔板效率，精餾段則是采用規整填料，以減小塔高和塔徑。

表1 甲醇精餾塔運行參數

2 甲醇回收裝置現狀分析

甲醇回收裝置設計產品甲醇濃度大于95%為合格甲醇，塔底水含醇度小于0.1%為合格塔底水，然而在實際的裝置運行中有很多種因素導致甲醇濃度不達標，例如：導熱油的故障引起溫度降低影響重沸器蒸汽溫度、過濾器堵塞使壓差上漲影響進料量、甲醇原料水原料泵和塔底出水泵供液不穩定、含醇原料水的含醇濃度低等情況都會使得回收出來的甲醇濃度不達標，使用不達標的甲醇會使得甲醇的使用量增加從而使生產運行成本增大。對于不達標的塔底水采取的是通過塔底出水泵直接進入含醇原料水原料罐的方式，然而對于不達標的甲醇采取的是先排放地溝再進行回收的方式。甲醇屬于易揮發性的有毒有害物質，對人的身體造成很大的危害。

3 工藝流程改造措施

對現場進行調查后發現。可以通過一系列的改造來解決目前存在的造成甲醇濃度不達標的問題來提高甲醇回收的產品甲醇濃度。

3.1 不達標甲醇排放改造

首先可以利用原有的合格甲醇進甲醇產品罐的流程進行改造。將進罐流程改為三通流程，新增流程改至含醇原料水原料罐進口，將回流罐里濃度不達標的甲醇可以直接進入含醇原料水原料罐。整個流程改造只需要提前預置，然后進行法蘭安裝即可，解決了將不達標甲醇直接排放地溝造成環境污染風險（見圖2）。

圖2 改造后工藝流程圖

3.2 甲醇回收冷凝改造

雖然解決不達標甲醇的排放問題，但是依然存在產品甲醇濃度不達標。根據對蘇里格處理廠實際存在的問題對甲醇回收空冷器進行改造，給甲醇回收裝備新增了一臺空冷器設備。上面配套有百葉窗口，具有調節甲醇蒸汽溫度的功能，操作簡單方便，可根據參數要求進行調節。蘇里格地區冬季時溫差比較極端，由白天的-5 ℃到夜間的-30 ℃，由于氣溫很低，在甲醇回收裝置運行過程中，水冷設備經常性結冰，冷凝水結冰太長會引起循環水凍堵，影響換熱效果，而且也增加員工的工作強度，需要定時對結冰進行清理，在清理過程中也會破壞掉換熱填料，影響換熱效果，引起甲醇回收參數紊亂，從而影響產品甲醇濃度。新增的冷凝器投運，在夏季可采用“雙空冷”使用，兩臺空冷器就能使得甲醇蒸汽冷凝成甲醇；冬季氣溫低的情況下投運單臺空冷器便能達到冷凝效果。

3.3 設備流程改造

在生產運行中發現，都是由一臺塔底出水泵給重沸器補液和進料換熱器冷卻后出裝置去回注系統的塔底水。由于換熱器出口安裝的是液位調節閥，是根據塔底液位來調節換熱器出口的流量。隨著調節閥開度不同，就會造成給重沸器補液不平穩的趨勢，從而影響塔底溫度。所以將一用一備的塔底出水泵改為兩用一備，在現有的基礎上新增一臺屏蔽電泵。流程也改為由1#塔底出水泵給重沸器補液，2#塔底出水泵走換熱器降低溫度出裝置，3#塔底出水泵備用。保證給重沸器平穩供液，使塔底溫度平穩。

4 改造后的效果評價

通過對甲醇回收裝置流程改造后進行參數采集，對比往年甲醇使用量以及甲醇濃度，評價是否達到改造后的要求，對整套甲醇回收裝置按設計要求運行是否有影響。

4.1 甲醇排放流程改造效果評價

流程改造后，對于采樣不達標的甲醇，通過以現場倒通流程，中控進行遠程排液的方式，將不達標甲醇重新返回原料罐，提高原料水罐濃度來提高甲醇回收濃度。整個過程均是由管線輸送，無甲醇外泄的風險。

4.2 甲醇回收冷凝改造效果評價

通過為期3 個月的數據采集，每7 d 采集一次。甲醇回收裝置進料量設定為2.5 m3，回流量為2 m3，進料溫度為93 ℃，塔頂溫度為65～67 ℃，塔底溫度為105～107 ℃，原料水濃度為37.52%。對比改造前的參數可以看出（見圖3），改造后甲醇濃度得到明顯提升且甲醇濃度比較平穩，甲醇產品合格率明顯提高。

圖3 工藝改造前后甲醇濃度對比圖

4.3 注醇量使用效果評價

提升甲醇產品濃度目的是為了降低天然氣裝置甲醇的使用量，從而降低天然氣生產的運行成本。

2019 年全年甲醇使用量為4 946.33 m3，改造后2020年甲醇使用量在4 576.417 m3，天然氣處理氣量基本相同的情況下節約甲醇369.913 m3，極大的節約了天然氣生產運行成本。

5 結論

根據處理廠裝置運行的實際情況結合改造前后的數據，改造后的裝置取得以下三個優點：

（1）經過工藝改造將不達標的甲醇重新回收至含醇原料水罐，提高了原料水濃度的同時也使得甲醇回收產出的甲醇濃度提高，通過改造來提高甲醇濃度能有效減少天然氣生產過程中的運行成本。

（2）冷凝器的改造解決了冬天使用水冷結冰、崗位員工操作困難等問題，在降低了員工工作強度的同時也能有效的保證裝置的冷卻效果，滿足工藝參數需求。

（3）提高甲醇濃度能有效降低精餾后廢液的含醇量，經過工藝優化將含醇量控制在更低的范圍內，有效實現安全環保生產。

甲醇回收裝置是蘇里格氣田一項重要工藝流程，需要不斷優化和調整參數來提高生產甲醇的濃度，相信必將為蘇里格氣田的大開發發揮重要作用。