單永康 ，蔣 洪 ，魏士軍 ，張 揚 ，蘆 濤

（1.西南石油大學石油與天然氣工程學院，四川 成都 610500；2.青海油田鉆采工藝研究院，甘肅 敦煌 736200；3.中國石油長慶油田分公司第七采油廠，陜西 延安 721000；4.青海油田管道輸油處大烏斯站，青海 格爾木 816000）

天然氣輸送通常采用管輸形式[1]，天然氣中的水通常是飽和水，隨著管輸條件發(fā)生變化，在管道中易形成水合物，堵塞管道。三甘醇脫水工藝是天然氣脫水最常用的方法之一[2-5]。三甘醇不僅有較強的親水性，當天然氣含有BTEX（苯系物）組分時，對BTEX也具有較高的吸收性能[6-7]。在三甘醇再生過程中，BTEX從三甘醇富液中解吸。BTEX組分是刺激物，具有麻痹作用。常規(guī)三甘醇脫水工藝再生氣直接排放到大氣[8-9]，對環(huán)境和工作人員的危害極大。

1 常規(guī)脫水工藝流程

常規(guī)三甘醇脫水工藝流程如圖1所示。

圖1 常規(guī)三甘醇脫水工藝流程

三甘醇脫水主要由甘醇吸收和再生兩部分組成[10-11]，原料氣經(jīng)入口分離器（D-201）、吸收塔（T-201）后自下而上與由再生系統(tǒng)的貧甘醇經(jīng)過冷卻增壓后逆流接觸，水蒸氣被三甘醇吸收。吸收塔塔頂設(shè)捕霧器以減少三甘醇損失。脫水之后的天然氣從吸收塔塔頂經(jīng)干氣/貧液換熱器（E-201）換熱后外輸。三甘醇富液從吸收塔底流出經(jīng)節(jié)流降壓、加熱之后進入閃蒸罐（D-202），閃蒸出富液中吸收的少量烴類。富液在經(jīng)過加熱和貧富液換熱器后進入再生塔（T-202）塔底。在重沸器（E-202）中加熱蒸出吸收的水分，從再生塔塔頂進入放空系統(tǒng)。使用汽提氣可以提高三甘醇濃度，氣體由塔頂出來進入再生塔塔頂循環(huán)，貧甘醇由塔底流出經(jīng)貧富液換熱器（E-203）、增壓泵（P-201）、干氣/貧液換熱器后進入吸收塔塔頂循環(huán)。

2 BTEX在常規(guī)脫水工藝流程分布模擬

某氣田天然氣氣質(zhì)含有BTEX組分，原料氣壓力 11.7MPa，溫度 30℃，處理量為 750×104m3/d[11]。 天然氣氣質(zhì)組成如表1所示。

表1 氣田天然氣氣質(zhì)組成（干基）

通過HYSYS軟件對脫水流程進行模擬及優(yōu)化，熱力學平衡模型為Peng-Robinson[12]。模擬流程如圖2所示。BTEX組分分布如表2所示。

圖2 三甘醇脫水工藝流程

表2 三甘醇脫水主要運行參數(shù)

表3 BTEX組分分布

從表2和表3可以看出，外輸氣BTEX組分流量為3603.17kg/h，相比原料氣降低12.66kg/h，超出環(huán)境排放標準。三甘醇再生氣中BTEX流量高達12.45kg/h，表明在高溫低壓的三甘醇再生系統(tǒng)中，BTEX易從三甘醇富液中解吸出來；閃蒸氣中BTEX流量僅0.30kg/h，表明隨著三甘醇富液降壓升溫，部分BTEX被釋放，一級閃蒸對BTEX的解吸具有一定作用。

3 BTEX分布影響因素

3.1 三甘醇循環(huán)量

BTEX在三甘醇脫水工藝中的分布受到三甘醇循環(huán)量的影響，保持原料氣溫度、重沸器溫度等其它條件不變，將三甘醇循環(huán)量從0.8m3/h逐漸增加到1.3m3/h，閃蒸氣、再生氣中BTEX排放量如圖3、圖4所示。根據(jù)圖3、圖4可以得出，隨著三甘醇循環(huán)量增加，閃蒸氣及再生氣中BTEX含量明顯增加，這是由于三甘醇對BTEX具有較強的吸收性能所引起。隨著循環(huán)量的增加，BTEX的吸收也相應(yīng)增加，且增加速度較快。因此，在三甘醇脫水工藝中，在滿足外輸氣水露點情況下，應(yīng)盡量降低三甘醇循環(huán)量，以降低三甘醇對BTEX組分的吸收，降低三甘醇再生廢氣BTEX的排放。

圖3 循環(huán)量對閃蒸氣BTEX排放量的影響

圖4 循環(huán)量對再生氣BTEX排放量的影響

3.2 重沸器溫度

重沸器溫度大小對三甘醇再生系統(tǒng)有著直接影響。保持除重沸器溫度以外的其它參數(shù)不變，重沸器溫度在179～204℃范圍內(nèi)變化，閃蒸氣、再生氣BTEX的排放量如圖5、圖6所示。由圖5、圖6可以看出，隨著重沸器溫度升高，BTEX在閃蒸氣中略有增加，在再生氣中具有較明顯的增加趨勢。閃蒸氣閃蒸出的BTEX含量較小，可作燃料氣使用。在閃蒸罐中未被分離出來的BTEX在重沸器中釋放，排放到大氣中。在三甘醇再生工藝中，可通過降低重沸器負荷以降低再生塔溫度，從而降低再生氣BTEX的排放量。

圖5 重沸器溫度對閃蒸氣BTEX排放影響

圖6 重沸器溫度對再生氣BTEX排放影響

3.3 原料氣溫度

原料氣進吸收塔的溫度影響天然氣的含水量[13]。為控制進塔天然氣含水量，進吸收塔的天然氣溫度應(yīng)維持在15～49℃之間[14]。保持其它參數(shù)不變，原料氣溫度從20℃增加到45℃。閃蒸氣、再生氣BTEX的排放量如圖7、圖8所示。根據(jù)圖7、圖8可得，隨著溫度的增加，閃蒸氣中BTEX含量增加趨勢較緩，當溫度增加25℃時，BTEX排放量僅增加0.06 kg/h；再生氣中BTEX排放量大幅下降后逐漸變緩，當原料氣溫度達到35℃時，BTEX排放量速度逐漸緩慢。因此，在三甘醇脫水工藝中，應(yīng)盡量增加 原料氣進塔溫度以減少BTEX的排放。

圖7 原料氣溫度對閃蒸氣BTEX排放影響

圖8 原料氣溫度對再生氣BTEX排放影響

3.4 汽提氣量

圖9 汽提氣量對閃蒸氣BTEX排放影響圖

使用汽提氣可以提高三甘醇貧液濃度，降低重沸器負荷。保持其它參數(shù)條件不變，汽提氣量從0.5kmol/h增加到3.0kmol/h，閃蒸氣、再生氣中BTEX的排放量如圖9、圖10所示。由圖9、圖10可得知，隨著汽提氣量的增加，閃蒸氣與再生氣中BTEX含量均增加，但增加均不明顯。汽提氣量增大6倍，閃蒸氣BTEX排放增加量可忽略不計，再生氣BTEX排放量僅增加3%左右。因此，在三甘醇脫水工藝中可以通過提高汽提氣量來增加三甘醇貧液濃度，降低循環(huán)量，降低重沸器負荷，從而降低BTEX的排放量。

圖10 汽提氣量對再生氣BTEX排放影響

4 含BTEX天然氣脫水工藝

針對含BTEX天然氣中三甘醇再生廢氣直接排放引起環(huán)境污染等問題，提出Ecoteg再生工藝[15]替代三甘醇脫水工藝。Ecoteg再生工藝的主要目的在于解決高含BTEX天然氣所引起的甘醇再生尾氣及排放水污染問題。通過增加一臺鼓風機、污水汽提塔和泵，可以將液體BTEX作為油料回收，也可以通過泵降壓后重新回到外輸干氣，從而排除尾氣以及排放水的環(huán)境污染。Ecoteg再生工藝如圖11所示。

利用HYSYS對該工藝流程進行模擬后可得出如下結(jié)論：

（1）再生廢氣回收用作汽提氣，不僅降低環(huán)境污染，也減少三甘醇的損失；

（2）BTEX能滿足嚴厲的排放標準，幾乎達到零排放。

（3）在同樣操作條件下，可以獲得更深的水露點以及降低操作費用。

圖11 Ecoteg再生工藝

5 結(jié)論

利用HYSYS對含有BTEX組分的氣田進行模擬后可得出結(jié)論如下：

（1）三甘醇不僅對水有吸收性，對BTEX也具有一定的吸收性能。BTEX在三甘醇再生系統(tǒng)中解析，使得三甘醇再生廢氣BTEX含量高，污染環(huán)境，危害員工健康。

（2）在適合外輸氣水露點要求的情況下，可通過降低三甘醇循環(huán)量以降低對BTEX的吸收，降低重沸器溫度以降低再生廢氣中BTEX的排放量。

（3）低溫操作條件下不僅有助于提高三甘醇對水的吸收性能，對三甘醇吸收BTEX也具有一定的促進作用，可通過適當增加原料氣進塔溫度以降低BTEX的排放。

（4）提出Ecoteg再生工藝替代三甘醇脫水工藝，對再生廢氣進行回收利用，達到BTEX幾乎零排放的目的，從而降低對環(huán)境的污染，解決再生廢氣帶來的安全隱患問題。