天然气净化厂脱水气提气废气系统改造研究

天然气净化厂脱水汽提气废气系统改造研究摘要目前国内的天然气净化厂脱水装置大多数都采用的是三甘醇（TEG）脱水，以此来降低产品气的露点达到外输指标。在甘醇再生过程中都要对再生釜内通入产品气作为汽提气，降低重沸器汽相中的水汽分压，提高TEG的再生效果。而提气后的废气一般只是通过简单重力分离之间外排，这样存在几个问题：1、使生产区内有很大的臭味，且污染环境；2、有大量的液体飘落到再生釜及周围设备和地面上污染了设备3、废气分离外排的冷凝液含有一定量的TEG溶液，加大了溶液的损耗。因此通过对长庆气田天然气净化厂的提气废气系统气液两项分别进行化验、分析，提出两项可行性改造方案，并对比确定最佳方案，从而达到了提气废气系统节能减排的效果，降低了生产成本。关键词：天然气净化脱水三甘醇汽提气改造-1-一、脱水工艺流程简介目前国内的天然气净化厂脱水装置大多数都采用的是三甘醇（TEG）脱水，以此来降低产品气的露点达到外输指标。TEG湿法脱水，其工艺简单，脱水效果较好，操作费用较低且可以循环使用。天然气脱水工艺流程如图一所示：脱水塔闪蒸罐缓冲罐富液闪蒸气换热器增压泵后冷器过滤器脱硫后来气产品气气提气再生釜图一、天然气脱水工艺流程简图气提废气外排冷凝液外排吸收了水分的TEG富液经过换热、闪蒸、过滤进入再生釜加热再生，再生完后贫液再经过换热、冷却增压至脱水塔，完成溶液的脱水、再生循环。再生其间在再生釜内通入产品气作为汽提气，降低重沸器汽相中的水汽分压，提高TEG的再生效果[1]。一般重沸器温度为200℃，汽提气量40m3/h的条件下，TEG浓度可达99.6％以上。汽提后的尾气一般经过分离器通过重力自行对气液两相简单分离，气相直接外排至大气，液相也外排至生产污水系统（见图一）。二、现有工艺的问题和不足如图一所示的汽提气废气系统在生产过程中存在如下几个问题：1、汽提废气通过简单的分离、直接外排使生产装置区内很大的臭味，且污染环境，有悖于油田公司HSE体系精神。2、废气温度一般在105℃以上，里面夹杂大量水蒸气和TEG溶液，冬季生产和每次给脱水系统补充溶液时，会有大量的液体飘落到再生釜及周围设备和地面上，其中含有少许TEG溶液，污染了设备、同时给工业卫生带来许多-2-不便。3、废气分离器底部外排的冷凝液含有一定量的TEG溶液，直接外排加大了溶液的损耗。三、废气系统改造研究针对目前废气系统存在不足，我们设想是否可以将气相部分经过冷却，除去水份用做燃料气，而不是直接排空；下部冷凝液中三甘醇也得到有效的回收利用，从而实现节能减排的效果。（一）、气相组分分析由于气相部分温度较高，主要由水蒸汽和甲烷组成，但是若将其冷却可燃烷烃的含量有多少还不清楚，下面以长庆气田第二净化厂两套400万天然气净化装置的汽提尾气做样分析（以下样品均来自该厂，简称二净）。装置运行时汽提尾气的压力只是微正压，常规的钢瓶取样不能实现，因此现场采取针管抽吸，缺点是精确性不如前者。下面是1＃装置区一次正常的分析报告：AgilentCerityQA/QC报告单样品名：1＃净化装置汽提尾气样品注释：提交时间：Friday,November09,20073:11:44PM操作员：YXH进样日期：Friday,November09,20073:22:05PMGC说明：GC_6820-SN:CN10346006信号说明：TCD1A,前检测器方法：co2-l最近修改的时间：Tuesday,March06,20073:32:36PM-3-外标报告最近修改校准参数的时间：Tuesday,March06,20073:32:35PM乘积因子：1.0000稀释因子：1.0000进样量：0.0000样品类型：样品进样方式：手动信号保留时间[min]类型面积[25uV*s]含量/面积含量[%]名称10.311BP316.480010.001610.50852N210.411PBS27466.691130.0029280.29630CH410.861PB4297.479570.001867.98779CO211.981BB959.750470.002001.91774C2H6总含量=90.71034报告摘要:Warning(s):Sampleamountiszero.Absoluteamountscalculated仪器运行日志：未发现偏差注：上述分析所用的仪器为美国Agilent公司的Agilent6820气相色谱仪，样品温度为15℃；工况条件为处理气量260万/天，TEG循环量为6.0方/时，汽提气量40方/时，再生温度为200℃。下表一为用同样的方法，两套净化装置甲烷含量的平均值：表一、汽提废气甲烷含量样品一（V%）样品二（V%）样品三（V%）平均值（V%）-4-1＃装置区78.7702680.2963078.5895579.21872＃装置区75.1755376.2000177.1569676.1775注：两套装置工况基本相同，汽提气量均为40方/时。通过表一可以看出，日常生产中汽提废气经过冷却后，甲烷的体积含量均在75％以上。为了验证冷却后的汽提尾气具有燃烧性，做了下面一个实验：将一针管汽提废气靠近火焰，将气体用力推出，观察气体是否可以燃烧。图二、汽提废气燃烧实验从图二可以清楚的看出冷却后的废气可以燃烧，且燃烧效果也较理想。有了前面化验数据作为基础，为了弄清废气中具体的组分构成，对1＃装置区汽提废气进行了全组分分析，见表二：表二、汽提废气全组分分析数据表序号名称保留时间[min]面积[Pa.s]浓度[V%]1CO23.809207561911.04932O26.2272095560.59033N27.0456385202.54424CH48.1535382025681.69765C24.756650322311.57696C36.101221460520.37017iC49.6853789830.06838nC410.13872284900.09449iC513.5668362990.00910nC513.75659266420.0673总含量：98.0674％注：上述分析所用的仪器为美国Agilent公司的Agilent6890气相色谱仪，样品温度为15℃；工况条件为处理气量260万/天，TEG循环量为6.3方/时，汽提气量40方/时，再生温度为200℃。图三、汽提废气全组分色谱图-5-从废气全组分分析表中可以看出废气中主要成分为烷烃、二氧化碳及氮气，其中主含量为烷烃体积分数基本为84％，不含有硫化氢。（二）、液相组分分析为了区别废气的冷凝液，我们将目前流程外排的液相称为一级冷凝液，将排空气相冷却后的液相称为二级冷凝液。表三、一级冷凝液TEG含量样品一（%）样品二（%）样品三（%）平均值（%）1＃装置区33.68332.61434.75233.6832＃装置区34.61434.75635.48634.952注：工况条件为处理气量260万/天，TEG循环量为6.0方/时，汽提气量40方/时，再生温度为200℃。通过表三看出一级冷凝液TEG的浓度达到30～35％，具有回收的价值。通过化验二级冷凝液浓度只有1～3％。且通过用量筒对一级冷凝液计时计量测得平均每套装置为0.006方/时。（三）、可行性改造方案根据以上得到的化验数据及参照西南油气田的改造方案[2]，针对长庆气田提出以下两个可行性改造方案。1、可行性方案一-6-将天然气脱水装置汽提废气流经两级分离器，分离下来的一级冷凝液进入三甘醇地下补充罐，二级冷凝液外排，冷凝后的可燃性气体引至酸气焚烧炉做燃料（酸气焚烧炉为负压炉，因此可以引入作为燃料），然后通过100m的烟囱排入大气。一级分离器图四、方案一工艺流程简图冷凝液外排TEG地下罐冷却器二级分离器烟囱酸气焚烧炉放空备留再生釜2、可行性方案二根据方案一的思路，还可将天然气脱水装置汽提废气流经两级分离器，分离下来的一级冷凝液直接进入再生釜循环再生，二级冷凝液外排，冷凝后的可燃性气体就近接入再生釜作为燃料（再生釜燃烧室为负压可以引入，且废气组分中不含有硫化氢燃烧较安全）。再生釜一级分离器图五、方案二工艺流程简图冷凝液外排冷却器二级分离器TEG自地下补充罐来单流装置排空备留为了验证一级冷凝液可仅依靠自身的重力势能沿着TEG补液管线进入再生釜，通过U型管的原理测量出了再生釜的运行压力（由于脱水再生釜为常压容器，现有的压力表量程偏大，无法直接读出其运行压力），即用一段透明软胶皮管里面灌入水，一端敞口，一端于再生釜玻板液位计的气相排空阀相连，使其成U型，打-7-开玻板气相排空阀，测量U型管的液位差。在汽提气量为40方/时，经过多次测量平均值为6cm，再生釜内压力为：10009.80.0658.8pghpa一级冷凝液为TEG和水的混合物，其密度大于水的密度，而且一级分离器距再生釜高40-60cm，所以一级冷凝液可仅依靠自身的重力势能沿着TEG补液管线进入再生釜。此方案可行。3、可行性方案对比分析上述两个方案均为可行性改造方案，其优缺点如表四：表四、两种改造方案的优缺点对比优点缺点方案一1、实现了汽提废气系统冷凝液的回收；2、实现了废气的合理利用，杜绝了外排，做到了节能减排。1、回收的溶液进入补充罐会将原有的纯溶液稀释，当对系统补液时加大溶液再生的负荷；2、将废气引入焚烧炉改造管线较长，且还需增加伴热，投资大。方案二1、实现了汽提废气系统冷凝液的回收，且实现循环再生利用；2、气相的改造采取了就近原则，改造简单、费用低。无通过分析对比可以看出方案二是一种效果好、改造简单、合理经济的改造方案。四、结论针对长庆气田净化厂脱水汽提气废气系统生产中存在的问题，分别对废气系统的气相和液相进行分析，提供了两个可行性改造方案，并确定方案二为最佳改造方案，为下步现场改造提供了理论和可行性依据。以此改造具有以下几方面优点：1、改造后的汽提气废气系统为封闭的系统，只有二级冷凝液排放，改变了原来废气通过简单的分离、直接外排使装置区内很大的臭味、污染环境的现状，实现了企业减排的目标。-8-2、改造后的系统改变了原系统在对脱水单元补充溶液时，会有大量的液体飘落到再生釜周围设备和地面的现状，最大限度保护了工业卫生，降低了现场工作量。3、每套净化装置按年运行8000小时计算，每套装置（以二净400万净化装置为例）一年可回收溶液计算如下：一级冷凝液流量取0.006方/时，浓度取30％单套装置年TEG回收量＝8000*0.006×30％＝14.4方4、每套装置年回收可利用的天然气为8000×40＝32万方（日常生产中单套装置汽提气量为40方/时）。5、改造后的系统不仅最大限度的对TEG溶液进行了回收，且实现了自身的循环，同时也减少系统的补液频率，无论在节能还是在降低现场劳动量方面都得到改善。参考文献:[1]王开岳.天然气净化工艺-脱硫脱碳、脱水、硫磺回收及尾气处理．石油工业出版社，2005.7.[2]刘定东.长寿分厂天然气脱水装置汽提废气的改造[J]．石油与天然气化工，2000,4:184-185.