劉百春 文韻豪 艾國生 劉主宸 韓國強

（1.中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司；2.中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院）

1 現(xiàn)狀

2007 年4 月，英買力油氣處理裝置開始投產(chǎn)運行，主要對英買力氣田群的天然氣進行處理，天然氣處理裝置設計處理規(guī)模為700×104m3/d，分為2套，目前天然氣處理量為571×104m3/d，為了滿足管輸指標，需對天然氣進行脫水，英買力處理廠采用了高效脫水的分子篩吸附，濕氣再生的工藝[1-4]。

天然氣處理系統(tǒng)耗能較大，處理工藝用能形式主要是熱能和電能，其中熱能由燃料氣轉(zhuǎn)化，主要用于導熱油加熱；電能主要用于泵、壓縮機、空冷器等[5-6]。國內(nèi)天然氣處理單位能耗水平與國外有一點差距，美國處理104m3天然氣能耗約為2 500 MJ[7]，吉拉克氣田集中處理站單位綜合能耗[8-9]為5 719 MJ/104m3，牙哈氣田油氣處理單位能耗為8 487 MJ/104m3。

天然氣處理過程中分子篩脫水單元和輕烴回收單元能耗分別為366 252 MJ/d 和304 785 MJ/d，分子篩脫水單元是天然氣處理系統(tǒng)主要的能耗單元，約占總能耗的54.58%。分子篩脫水單元電能日消耗量為449.4 kWh，燃料氣日消耗量為9 268.9 m3，消耗的燃料氣和電能折算后能耗比例分別為98.5%和1.5%。脫水單元中的分子篩再生器使用高溫導熱油供熱，再生氣溫度約為240 ℃，再生氣量大，能耗高，因此是天然氣處理中節(jié)能降耗的重要單元。為了提高處理廠經(jīng)濟效益，以降低天然氣處理工藝能耗為目標，對天然氣分子篩單元進行能耗分析，調(diào)整工藝參數(shù)，充分利用余熱[10]。

2 天然氣處理系統(tǒng)能流分析

以現(xiàn)場調(diào)研到得的組分和流量，通過仿真軟件HYSYS 模擬，得到天然氣處理工藝流程能流圖。從換熱網(wǎng)絡流程圖可以得到天然氣處理單元中換熱網(wǎng)絡比較簡單，物流之間換熱較少，主要包括貧氣與富氣通過貧富氣換熱器進行換熱、脫丁烷塔進料與脫乙烷塔塔底出料通過脫丁烷塔進料換熱器進行換熱。

輕烴回收單元受到液化石油氣和穩(wěn)定輕烴質(zhì)量要求的限制，脫乙烷塔和脫丁烷塔的塔底溫度變化范圍不大，而重沸器負荷主要受到塔底溫度的影響，輕烴回收的能量消耗主要表現(xiàn)在重沸器負荷上[11]，因此輕烴回收不作為本文的主要能量改造分析。

3 分子篩工藝流程能耗分析

圖1 分子篩脫水單元流程

英買力油氣處理廠分子篩脫水單元流程圖如圖1 所示。英買力油氣處理廠中原料氣和閃蒸氣壓縮機組來氣通過原料氣分離器后后，大部分天然氣（22.5×104m3/h）經(jīng)過高效過濾器后去分子篩吸附塔進行脫水處理，脫水后經(jīng)過粉塵過濾器去輕烴回收單元；小部分天然氣（1.02×104m3/h）去再生氣加熱器加熱至260 ℃，對分子篩床層熱吹，將分子篩吸附水解吸，熱吹后溫度變?yōu)?30 ℃，隨后去再生氣冷卻器冷卻至50 ℃進入再生氣分水罐分離出水，與經(jīng)過高效過濾器的天然氣混合，進入分子篩吸附塔脫水。

分子篩采用濕氣再生的方法，能脫除天然氣中大部分的水，使水露點低于-40 ℃。處理廠分子篩脫水單元包括2 個吸附塔，1 個再生塔，1 個冷卻塔，4 座塔器周期運行。分子篩吸附和冷卻不會消耗能量，但是分子篩再生時，高溫導熱油（280 ℃）通過再生氣加熱器將40 ℃再生氣加熱至260 ℃，消耗了大量的熱能。熱吹后的再生氣溫度依然很高（230 ℃），通過空冷器冷卻至50 ℃也消耗了一定電能。分子篩脫水能耗見表1。

表1 分子篩脫水能耗統(tǒng)計

由表1 可知，雖然空冷器會消耗一部分電能，但是遠遠不及導熱油加熱再生氣的熱能，僅為總能耗的1.5%，因此，分子篩的節(jié)能降耗的改造主要是降低導熱油加熱的熱能消耗，減少導熱油的供應量。分子篩再生氣熱吹后的溫度為230 ℃，仍然擁有著巨大的余熱資源，針對分子篩脫水單元再生氣余熱較大的情況，提出了以下的高溫再生氣余熱回收利用方案。

4 分子篩脫水工藝余熱利用方案

在目前的分子篩處理工藝上，增加1 臺再生氣預熱器，利用熱吹完成后的高溫再生氣（240 ℃）對即將加熱的低溫再生氣（35 ℃）進行預熱至130 ℃，預熱后再將再生氣加熱至260 ℃；換熱后的高溫再生氣為140 ℃，再通過空冷器冷卻至40 ℃。

此方案能夠回收一部分的高溫再生氣的熱量，降低空冷器和導熱油的負荷，進而降低能耗。分子篩脫水余熱利用方案工藝流程見圖2。分子篩再生氣余熱利用方案節(jié)能效果見表2，結(jié)果顯示分子篩余熱再利用方案的能量回收效率高，單套分子篩脫水裝置再生氣加熱器負荷從原來的1 383 kW 降低至836 kW，每天可節(jié)省2 990 m3燃料氣，年節(jié)省77.94萬元，節(jié)能效果十分明顯，改造方案簡單，可操作性強。

圖2 分子篩脫水單元余熱利用方案工藝流程

表2 分子篩再生氣余熱利用方案節(jié)能效果

5 結(jié)論

分子篩余熱改造方案通過在再生氣加熱之前增加1 臺再生氣預熱器，可以回收大量余熱，降低處理能耗，減少冷卻器負荷。單套分子篩脫水裝置再生氣加熱器負荷從原來的1 383 kW 降低至836 kW，每天可節(jié)省2 990 m3燃料氣，年節(jié)省77.94 萬元，并且可操作性強，節(jié)能效果明顯。