蔣 洪 ，單永康 *，郭永剛 ，蒲 銳

（1.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，四川 成都 610500；2.青海油田采氣一廠，青海 格爾木 816000）

天然氣脫水方法有低溫法、溶劑吸收法、固體吸附法、和膜分離方法[1-2]，其中溶劑吸收法脫水是目前天然氣工業(yè)中應(yīng)用最普遍的方法之一[3]。溶劑吸收法是利用親水的溶劑與天然氣充分接觸，使水傳遞到溶劑中從而達(dá)到脫水的目的。甘醇類物質(zhì)對(duì)水有極強(qiáng)的親和力，具有較高的脫水深度，是溶劑吸收法最常用的吸收溶劑。在甘醇類吸收劑中，三甘醇（TEG）溶液露點(diǎn)降大，再生容易，攜帶損失小，應(yīng)用最普遍[4-5]。酸性氣田采用三甘醇脫水時(shí)，三甘醇不僅對(duì)水有很強(qiáng)的吸收性，對(duì)酸性組分（H2S、CO2）也具有一定的吸收性能[6]，因此酸性組分分布在整個(gè)工藝流程中。三甘醇脫水工藝流程屬于開(kāi)式流程，因此會(huì)加大對(duì)環(huán)境的污染。通過(guò)HYSYS對(duì)三甘醇脫水工藝流程進(jìn)行模擬，分析酸性組分的分布情況，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

1 三甘醇脫水工藝流程

常規(guī)三甘醇脫水工藝如圖1所示。三甘醇脫水流程包括吸收和再生兩部分，原料氣首先進(jìn)入原料氣過(guò)濾分離器進(jìn)行分離，以除去氣體中攜帶的液、固雜質(zhì)，然后在進(jìn)入吸收塔。在吸收塔內(nèi)部原料氣自下而上流經(jīng)各塔板，與塔頂自上而下的三甘醇貧液逆流接觸。三甘醇溶液吸收天然氣中的水汽，經(jīng)脫水后的天然氣從塔頂流出經(jīng)換熱器、凈化分離器后外輸。吸收水的三甘醇富液自塔底流出，與再生塔頂部的水蒸氣換熱后進(jìn)入三甘醇閃蒸罐，分離出被三甘醇溶液吸收的烴類氣體后，依次經(jīng)過(guò)三級(jí)過(guò)濾器，除去三甘醇溶液在吸收塔中吸收與攜帶的少量固體、液烴、化學(xué)劑及其它物質(zhì)，以防止引起三甘醇溶液起泡、堵塞再生系統(tǒng)的精餾柱或使再沸器的火管結(jié)垢。過(guò)濾后的三甘醇溶液與貧液換熱后注入到再生塔中對(duì)富液進(jìn)行提濃轉(zhuǎn)換為貧液，冷卻后由泵打入吸收塔循環(huán)使用。再生塔尾氣進(jìn)入灼燒爐焚燒后排入大氣。

圖1 常規(guī)三甘醇脫水工藝流程

2 酸性組分在三甘醇脫水分布模擬

利用HYSYS對(duì)三甘醇脫水工藝進(jìn)行模擬，原料氣氣質(zhì)組成如表1所示。原料氣溫度30℃，壓力7.2MPa，流量1736kmol/h。模擬流程見(jiàn)圖2。HYSYS中所選擇的平衡模型為Peng-Robinson。

表1 原料氣氣質(zhì)組成（干基）

圖2 三甘醇脫水模擬流程

通過(guò)HYSYS對(duì)三甘醇脫水模擬，主要運(yùn)行參數(shù)如表2所示。酸性組分分布如表3所示。

表2 三甘醇脫水主要運(yùn)行參數(shù)

從表3可以看出，酸性組分在三甘醇脫水工藝中的分布情況如下：

（1）三甘醇富液酸性組分含量達(dá)377.4kg/h，物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)達(dá)13.20%?？梢钥闯鋈蚀紝?duì)酸性組分有一定的吸收。

（2）閃蒸汽酸性組分含量200.0kg/h，物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)達(dá)82.1%。閃蒸氣主要組分為酸性組分，一級(jí)閃蒸對(duì)酸性組分的解吸效果明顯。

（3）三甘醇再生氣酸性組分含量177.7kg/h，物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)達(dá)13.95%。在三甘醇再生階段，酸性組分釋放，具有一定的解吸作用。

3 不同條件下酸性組分分布研究

3.1 三甘醇循環(huán)量

酸性組分在三甘醇脫水工藝的含量受到三甘醇循環(huán)量的影響，在保持三甘醇濃度、重沸器溫度等條件不變的情況下，改變?nèi)蚀嫉难h(huán)量。三甘醇循環(huán)量分別設(shè)置3m3/h、5m3/h、7m3/h，得出酸性組分分布如表4所示。從表4可以看出，隨著三甘醇循環(huán)量的增加，各物流酸性組分含量顯著增加，表明三甘醇對(duì)酸性組分的吸收較明顯，三甘醇循環(huán)量對(duì)再生系統(tǒng)中酸性組分分布影響較大。

表4 不同三甘醇循環(huán)量酸性組分分布

3.2 重沸器溫度

保持三甘醇脫水工藝中其他參數(shù)不變，改變重沸器溫度，使重沸器溫度分別穩(wěn)定在180℃、190℃、204℃。得出酸性組分分布如表5所示。從表5可以看出，重沸器溫度對(duì)酸性組分在三甘醇再生系統(tǒng)中的分布影響不大。

表5 不同重沸器溫度酸性組分分布

3.3 進(jìn)閃蒸罐溫度

閃蒸罐溫度不同，酸性組分在三甘醇中的解吸速度不同，保持其他參數(shù)設(shè)置不變，使得三甘醇富液分別以50℃、60℃、70℃進(jìn)入閃蒸罐。得出酸性組分分布如表6所示。從表6可以看出，隨著進(jìn)入閃蒸罐溫度增加，閃蒸氣中酸性組分增加，再生氣中酸性組分含量降低。

表6 不同進(jìn)閃蒸罐溫度酸性組分分布

4 酸性天然氣脫水措施

對(duì)酸性組分在三甘醇分布研究可以看出，酸性組分主要集中在閃蒸氣、再生氣與三甘醇富液中，若直接焚燒后排放難以滿足嚴(yán)格的環(huán)保要求[7]。酸性組分溶于三甘醇既造成pH值下降，又會(huì)使TEG變質(zhì)。為解決上述問(wèn)題，可采取對(duì)三甘醇富液進(jìn)行汽提措施[8-9]。甘醇富液汽提方案如圖3所示。在三甘醇吸收塔后設(shè)置富液汽提塔，含酸富液與塔下部進(jìn)入的凈化氣逆流接觸，大部分酸性組分被汽提出，由汽提塔頂返回到脫水吸收塔前的原料氣管線。

圖3 三甘醇富液汽提流程

三甘醇富液汽提工藝的應(yīng)用，大大降低了富液中酸性組分的含量，降低了酸性組分在高溫部分對(duì)三甘醇的影響，由于降低了三甘醇中酸性組分的含量，也減少了再生過(guò)程中對(duì)設(shè)備以及管道的腐蝕。酸性組分含量的降低，也減少閃蒸氣和再生氣對(duì)環(huán)境的污染。通過(guò)HYSYS對(duì)三甘醇富液汽提進(jìn)行模擬可得，閃蒸氣酸性組分含量0.0124kg/h，再生氣中酸性組分含量0.0715kg/h。滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)[10]。HYSYS模擬主要數(shù)據(jù)如表7所示。

表7 三甘醇富液汽提模擬數(shù)據(jù)

5 結(jié)論

針對(duì)酸性組分在三甘醇脫水工藝中酸性組分分布研究，可以得出如下結(jié)論：

（1）三甘醇對(duì)酸性組分有較強(qiáng)的吸收性，使得在高酸性氣田采用三甘醇脫水時(shí)，閃蒸氣以及再生氣酸性組分含量過(guò)高，難以達(dá)到環(huán)境要求。

（2）三甘醇脫水工藝中，三甘醇循環(huán)量的增加，使得閃蒸氣、再生氣、三甘醇富液中酸性組分急劇增加，可以看出三甘醇對(duì)酸性組分有較強(qiáng)的吸收性。在脫水工藝中，要優(yōu)選出最佳循環(huán)量，以降低三甘醇對(duì)酸性組分的吸收，從而降低對(duì)環(huán)境的污染。進(jìn)閃蒸罐溫度的大小對(duì)閃蒸氣中酸性組分含量的影響較大，重沸器溫度高低對(duì)酸性組分的解吸影響較弱。

（3）針對(duì)該氣田酸性組分含量較高的特性，提出三甘醇富液汽提方案，在吸收塔后設(shè)置富液汽提塔，降低三甘醇富液中酸性組分的含量，減少對(duì)再生裝置的腐蝕，降低廢氣排放對(duì)環(huán)境的污染。