摘 要

　　　　　　　——以中國石油長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，對于中國

　　　　　　　——以中國石油長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，對于中國石油長慶油田公司榆林氣田實現節能環保、科學開發有著重要的現實意義。為此，針對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，提出了對現有注醇工藝技術的改進方案：將直接注醇改進為循環注醇。在增設的接觸塔內天然氣與含甲醇污水充分接觸并攜帶出甲醇，經三相分離器分離出的甲醇污水回流進入接觸塔，形成甲醇的閉路循環。軟件模擬計算結果表明，接觸塔塔底污水含醇量僅為0.0043％，已達到氣田污水回注標準，而不再需要甲醇回收處理。采用HYSYS軟件分別對現有、改進后注醇工藝進行流程模擬，對比結果表明：在基礎數據相同的情況下，相比現有注醇工藝，改進后工藝能耗降低25％、注醇量減少28％，經濟與環境效益顯著。

關鍵詞：中國石油  長慶油田公司  榆林氣田  天然氣處理廠  甲醇  接觸塔  注醇工藝  改進  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　裝置簡介

中國石油長慶油田公司榆林氣田(以下簡稱榆林氣田)天然氣處理廠采用低溫分離法進行脫油、脫水，使天然氣的水含量、烴露點符合商品天然氣質量指標和管道輸送要求^[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℃。原料氣首先進入原料氣過濾分離器除去固體顆粒和游離液，然后經板翅換熱器構成的冷箱與產品干氣換熱，預冷至-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丙烷蒸發器冷卻至-20℃左右進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，水露點符合要求的干氣然后經集配氣總站進入輸氣管道。

含飽和水的天然氣在冷卻過程中由于冷凝水的析出，會形成天然氣水合物，它是一種固態結晶體^[3]。根據榆林氣田天然氣組成情況，采用專業軟件分析^[4-5]，計算壓力為6～20MPa時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被產品干氣預冷至-10℃左右^[6-8]，在丙烷蒸發器中被冷卻至-20℃左左右，在此條件下，系統中會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，需要通過精餾進行甲醇回收處理。研究表明^[9-10]，對于榆林氣田甲醇含量為l％～3％的污水，每回收lt甲醇產品(塔底水中甲醇濃度為0.1％)，僅蒸汽消耗量就為10.5～33t，對應的蒸汽費用為862～4000元，而粗甲醇產品的市場價格約為2000元／t，顯然是不經濟的。

隨著氣田產能建設規模的擴大，甲醇污水處理裝置的建設也需逐年增加，能量消耗也隨著甲醇回收處理規模的增加呈上升趨勢。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，對于榆林氣田乃至長慶油田公司實現節能環保、科學開發有著重要的現實意義。

2　注醇工藝技術改進方案

2．1　注醇工藝流程的簡化與優化

通過工藝研究，對榆林氣田天然氣處理廠低溫脫油脫水裝置的注醇工藝進行技術改進，其改進工藝流程如圖2所示。

 

如圖2所示，原料氣由接觸塔下部進塔，從三相分離器分離出來的含甲醇污水從上部進塔。兩股流體在逆流的過程中相互接觸傳質，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％，達到氣田采出水回注地層標準。出塔后的原料氣補充注入被外輸干氣帶走而損失的甲醇后進入板翅換熱器預冷至-l0℃左右，再經丙烷蒸發器冷凍至-l5～-20℃，進入三相分離器，干氣凹板翅式換熱器回收冷量，凝液去穩定裝置，甲醇污水用泵打凹接觸塔，形成注醇循環系統。

2．2　改進前后工藝流程模擬對比分析

采用HYSYS軟件分別對榆林氣田天然氣處列廠現用注醇工藝和改進注醇工藝進行流程模擬^[11-12]。

2．2．1物性參數

在流程模擬中輸入以下基礎數據。

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)狀態方程：SRK狀態方程。

6)甲醇質量分數：95％。

7)甲醇溫度：10℃。

2．2．2現用注醇工藝流程模擬

圖3、4分別為采用HYSYS軟件對現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，現用低溫脫油脫水及甲醇噴注工藝流程中的各點操作參數及流程描述如下：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)(質量分數為95％)通過混合器(MIX-101)混合(物流5)，經過板翅換熱器(LNG-l00)與外輸干氣換熱溫度降低到-7℃(物流6)，再經丙烷蒸發器(E-l00)冷卻后溫度降低到-15℃(物流7)進入三相分離器(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操作參數：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)分別與產品甲醇(物流l2)、塔底水(物流ll)換熱，溫度升為75℃后進精餾塔(T-100)，塔底污水(11)和產品甲醇(12)返回換熱器回收熱量后回注地層和循環使用。

2．2．3改進后注醇工藝流程模擬

圖5為采用HYSYS軟件對改進后注醇工藝流程模擬示意圖。

 

通過軟件模擬，確定出改進后注醇流程中的各點操作參數：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)下部進塔，與從塔上部進入的三相分離器(V-101)分離出來的甲醇溶液(物流l3)充分接觸傳質，出塔氣(物流l4)與甲醇(物流7，質量分數為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℃，經丙烷蒸發器(E-100)冷卻到-l5℃后進入三相分離器(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)去凝析油穩定系統，甲醇溶液(物流l0)由泵(P-100)打回接觸塔塔頂循環利用，塔底的低濃度甲醇污水(物流l5)去污水回注系統。

2．2．4工藝流程模擬對比分析

現用注醇工藝流程模擬與改進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器的溫降也相同。與此同時，現用注醇工藝與改進后注醇工藝外輸干氣的露點分別為-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上對兩種工藝進行對比分析，工藝參數對比見表2。

 

改進后的注醇工藝甲醇溶液回流接觸塔形成了循環注醇過程，實際上，補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　設備與運行費用對比

2．3．1甲醇消耗量

甲醇消耗量見表3。

 

由表3可知，如果甲醇價格為2000元／t，那么改進后注醇工藝甲醇的消耗費用會比現用注醇工藝每年節省46萬元。

2．3．2設備費用

相比現用注醇工藝而言，改進后注醇工藝的設備需要增加一座接觸塔和一臺甲醇溶液回流泵，投資及改造費用大約需180萬元。但改進后注醇工藝卻節省了甲醇回收工藝所需的精餾系統，新建甲醇回收工程投資大約450萬元，因此，改進注醇工藝節約了很大一部分設備成本。

2．3．3能耗對比

能耗對比表見表4。

 

現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；改進后注醇工藝所消耗能量為994.4kW。因此，改進后注醇工藝比現用工藝耗能量少336kW，即能耗會降低25％。

此外，甲醇回收工藝相對復雜，設備較多，占地面積較大，正常運行勢必會消耗人力、物力，以及檢修維護等也會產生費用。而改進后注醇工藝則節省了這一部分費用。

3　結論

1)改進后注醇工藝通過接觸塔氣提，塔底污水無須甲醇回收已達到凹注地層標準。

2)改進后注醇工藝無須甲醇回收處理，因此大大地簡化了氣田處理廠天然氣處理的工藝流程，節約了生產運行成本。

3)改進后注醇工藝注醇量減少，甲醇利用率提高。

4)改進后注醇工藝能耗降低，經濟與環境效益顯著。

 

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本文作者：周繼勇  白俊生　呼延念超  徐偉

作者單位：中國石油長慶油田公司第二采氣廠

  西安長慶科技工程有限責任公司