页岩气脱水工艺流程节能优化分析

单孝森（大庆油田工程有限公司）



页岩气脱水工艺流程节能优化分析

单孝森（大庆油田工程有限公司）

应用软件HYSYS 7.2对某地区页岩气的三甘醇脱水工艺流程进行模拟计算及参数对比分析，发现当处理量固定的情况下，水露点及天然气脱水量与三甘醇贫液浓度和甘醇循环量等因素有关。针对该地区页岩气开采过程中的含水量特点，设计并优化了TEG脱水工艺流程，使优化后的重沸器热负荷较优化前降低了17%，单位综合能耗降低了22%，达到了预期的优化效果。研究结论可为进一步高效节能地开发页岩气提供理论依据。

页岩气脱水工艺节能优化HYSYS数值模拟

近年来，页岩气作为非常规能源，在我国能源开采中所占比重越来越大［1-3］。尽管页岩气开采前景广阔，并在开采技术上取得了成功经验，见到了初步的成果，但在页岩气开采方面仍然存在一些不容忽视的问题，主要体现在技术和节能环保两方面［4-8］。页岩气在开采过程中通常伴随着水和硫等杂质，在运输及储存的过程中易造成腐蚀，因此，需要对页岩气进行脱酸脱水工艺处理［9-11］。应用HYSYS 7.2对三甘醇脱水工艺流程进行了模拟计算及参数对比分析，通过改变三甘醇贫液浓度、甘醇循环量，对比天然气的脱水量，发现当处理量固定的情况下，三甘醇贫液浓度和甘醇循环量可以优化，并且满足水露点的要求。研究结论可为进一步高效节能地开发页岩气提供理论依据。

1　建立TEG脱水工艺流程图

根据某地区页岩气的产量及含水特点，在软件HYSYS 7.2中建立如图1所示的流程。已知来气压力6154.3kPa，温度为38℃，处理量为417×104m3/d。

2　数值计算与结果分析

2.1影响脱水效果的关键因素分析

对于三甘醇脱水工艺，影响脱水效果的关键参数是三甘醇贫液浓度、三甘醇循环量、吸收塔和再生塔的塔板数、再生塔温度、再生方式。

图1　TEG脱水流程

在甘醇循环量和塔板数一定的情况下，三甘醇的浓度越高，天然气露点就降得越大。因此，降低出塔干气露点的主要途径是提高三甘醇贫液浓度。根据溶液吸收原理，循环量、浓度与塔板数的相互关系如下：当循环量和塔板数固定时，三甘醇的浓度越高，露点降得越大；当循环量和三甘醇浓度固定时，塔板数越多，露点降得越大；当塔板数和三甘醇浓度固定时，循环量越大，则露点降得越大，但是当循环量增大到一定程度后，露点降的速率明显减少，并且如果循环量过大，可能会增大重沸器的工作量，动力消耗过大。

2.2三甘醇循环量和汽提气循环量的优化

在HYSYS7.2中，改变三甘醇循环量和汽提气的循环量，观察干气水露点的变化，结果如图2和图3所示。

从图2中可以看出，随着三甘醇循环量的增加，外输干气含水量减小，外输干气水露点降低；当三甘醇循环在2.235 m3/h以上时，外输干气和水露点降低的速率明显减慢，为了达到优化节能的目的，此时应将三甘醇的循环量定为2.235 m3/h。

图2　贫甘醇循环量对三甘醇脱水效果的影响

图3　汽提气流量对三甘醇脱水效果的影响

同理，汽提气流量增加时，三甘醇贫液浓度增加，干气水露点降低；当汽提气流量达到0.5076 m3/h以上时，干气水露点和三甘醇贫液浓度趋于稳定状态，不再变化。因此，在处理量为417×104m3/d时，通过对比得到最佳的汽提气流量为0.507 6 m3/h。

综上可以看出三甘醇贫液浓度为99.36%，三甘醇循环量为2.235 m3/h时，其净化天然气平衡水露点计算值为-7.709℃。因此，本流程采用99.36%的贫甘醇，采用气提再生工艺，实际水露点控制在-5℃以下是完全可行的。

2.3吸收塔、再生塔和闪蒸分离器的参数优化

根据417×104m3/d三甘醇脱水工艺流程图，该工艺中设置有TEG吸收塔。TEG吸收塔采用泡罩塔。由于三甘醇溶液循环量很小，为有利于气-液传质，保证塔板液封，增加操作弹性，故采用泡罩塔。

闪蒸分离器通常分为卧式和立式。当进料气为贫气时，由于气体中所含重烃较少，在闪蒸分离器中不存在液烃，通常选用两相（气体和三甘醇溶液）分离器。液体在闪蒸分离器中的停留时间为5～10 min。当进料气为富气时，由于气体所含重烃较多，通常选用三相（气体、液烃和三甘醇溶液）分离器，此时，为防止重烃使三甘醇溶液乳化和起泡，应使溶液升温至约65℃，停留时间定为10～15 min左右。为保证闪蒸分离后的富三甘醇有足够的压力流过过滤器及贫/富三甘醇换热器等设备，闪蒸分离器的操作压力在0.35～0.52 MPa之间效果较好。

3　能耗分析

现以重庆某页岩气区块三甘醇脱水实际情况为例，对比优化前后各参数如表1、表2所示。从表中可以看出，优化后重沸器热负荷和单位综合能耗明显降低。

表1　优化前后相关参数对比

表2　优化前后能耗对比

4　建议

页岩气在运输及储运过程中会产生较大量的水，如不及时处理，可能会生成水和物甚至引起管道设备的腐蚀，因此，研究页岩气的脱水工艺十分必要。在TEG法脱水过程中，当塔板数和三甘醇浓度固定时，循环量越大则露点降越大，但循环量升到一定程度后，露点降的增加值明显减少，而且循环量过大会导致重沸器超负荷，动力消耗过大。在实际生产中使用合理的优化参数，既可以提高效率，又达到节能环保效果。

5　结论

1）通过软件HYSYS 7.2的仿真模拟，得到了该地区日产量417×104m3的情况下的汽提气流量，三甘醇循环量；在有效降低水露点的前提下，减轻了加热炉的工作负担，并且优化了吸收塔、再生塔的相关参数，有效降低了设备的成本投入。

2）模拟分析表明，通过优化，三甘醇再生重沸器的热负荷明显降低，使得整体的单位综合能耗降低，节能效果明显，在实际生产过程中值得推广使用。

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石油工业节能节水专业标准化技术委员会2015年年会在西安召开

2015年9月15日，全国石油天然气标准化技术委员会油气田节能节水分技术委员会暨石油工业节能节水专业标准化技术委员会2015年年会在西安召开。石油工业节能节水专业标准化技术委员会（以下简称节能专标委）主任委员黄飞，副主任委员李联五、魏文普以及节能专标委委员、顾问、特邀代表共计78人参加了会议。会议由副主任委员李联五主持。

会上，副主任委员李联五宣读了油标委《关于调整石油工业节能节水专业标准化技术委员会部分委员的批复》文件。与会代表听取了常务副秘书长徐秀芬作的《节能专标委2015年度工作报告》，研究讨论了2016年度工作计划，审议了两项石油天然气行业标准制定项目前期研究报告、节能专标委“十三五”标准发展计划及石油工业节能节水专业标准体系表。会议邀请了中石化重庆涪陵页岩气勘探开发有限公司、西北工业大学和长庆油田分公司油气工艺研究院的专家作了节能技术交流。与会代表现场参观了中石化地热资源综合利用项目。最后，主任委员黄飞作了总结讲话。

本次会议由华北油气分公司承办，受到了与会代表的一致好评。

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.10.007

2015-06-30）

单孝森，工程师，2007年毕业于东北石油大学（油气储运工程专业），从事长输管道设计工作，E-mail：996577741@qq. com，地址：黑龙江省大庆市让胡路区西苑街46号，163712。