甲醇再生裝置處理效率提升研究

房建宇，景 元，任正城，高 欣，常 勝，黃 霄，馬雙伏

（中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林 718100）

1 甲醇再生裝置工藝介紹

甲醇再生裝置采用常壓精餾工藝（見圖1）回收氣田采出水中的甲醇，設(shè)計(jì)處理能力為150 m3/d。經(jīng)過預(yù)處理后的含醇采出水[1]，進(jìn)入廢水換熱器與塔底水進(jìn)行換熱后，進(jìn)入原料加熱器加熱升溫，再經(jīng)機(jī)械過濾器去除雜質(zhì)后進(jìn)入精餾塔，氣相甲醇從塔頂進(jìn)入冷卻器，經(jīng)冷卻成為甲醇液體，進(jìn)入回流罐，回流罐中的大部分甲醇，經(jīng)甲醇產(chǎn)品冷卻器冷卻后，由回流泵輸送至產(chǎn)品甲醇罐，一少部分甲醇返回塔頂，控制塔頂溫度[2]。塔底水一部分進(jìn)入廢水換熱器，與原料液進(jìn)行換熱后進(jìn)入回注系統(tǒng)，另一部分進(jìn)入重沸器，經(jīng)蒸汽加熱后回到塔底，控制塔底溫度。塔頂產(chǎn)品甲醇濃度大于90 %，塔底水甲醇含量小于0.1 %。

圖1 甲醇再生裝置工藝流程圖

2 甲醇再生裝置運(yùn)行問題

（1）隨著氣田開發(fā)，采出水水量增加、水質(zhì)變差，導(dǎo)致?lián)Q熱器、加熱器、塔盤堵塞，設(shè)備清理、維修頻率升高，每次檢修時(shí)長2 d～7 d 不等，導(dǎo)致采出水處理不及時(shí)，影響天然氣產(chǎn)量。

（2）廢液泵濾網(wǎng)堵塞情況僅靠塔底液位判斷不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致廢液泵燒毀，從而影響采出水處理效率。

（3）甲醇再生裝置設(shè)計(jì)處理能力為150 m3/d，由于氣田前期未完全開發(fā)，甲醇再生裝置處于低負(fù)荷運(yùn)行，處理量為40 m3/d～60 m3/d，但是隨著氣田的開發(fā)，采出水處理量需進(jìn)一步提升，可是生產(chǎn)實(shí)際中處理量達(dá)到120 m3/d 以上時(shí)，各項(xiàng)工藝參數(shù)波動(dòng)明顯，難以調(diào)控，裝置穩(wěn)定性變差，處理量無法保持。

3 處理效率提升方法研究

3.1 原料水水質(zhì)優(yōu)化

原料水是采出水預(yù)處理單元的產(chǎn)品，因此，優(yōu)化原料水水質(zhì)要從預(yù)處理單元著手。預(yù)處理單元原有流程：采出水經(jīng)卸車池進(jìn)入除油罐進(jìn)行初步除油，再進(jìn)入調(diào)節(jié)罐沉降，依次加入NaOH、雙氧水、絮凝劑，充分混合后進(jìn)入斜管除油器再次除油，除油后的采出水進(jìn)入中間罐，后經(jīng)過粗、精兩級過濾后進(jìn)入原料水罐（見圖2、圖3）。

原工藝流程中沉降、過濾及加藥都存在著一定問題，具體如下：

（1）沉降緩存單元由于設(shè)備及工藝缺陷，缺少排泥裝置。懸浮物在其中循環(huán)往復(fù)，日積月累，導(dǎo)致原料水水質(zhì)逐漸變差。

（2）由于沉降緩存單元運(yùn)行效果不佳，導(dǎo)致過濾單元負(fù)荷較大，長期超負(fù)荷運(yùn)行，嚴(yán)重影響過濾效果，同時(shí)由于反沖洗水源等問題使粗過濾器容易受到污染，加劇精細(xì)過濾器負(fù)荷，最終導(dǎo)致過濾單元出水水質(zhì)差。

圖2 采出水預(yù)處理裝置工藝流程圖

圖3 采出水預(yù)處理工藝示意圖

（3）加藥單元缺少混合裝置，同時(shí)加藥間隔時(shí)間不足，藥劑間相互影響嚴(yán)重。配藥系統(tǒng)操作不便，攪拌裝置電機(jī)功率低，造成藥劑混合不均勻甚至出現(xiàn)藥劑結(jié)塊的現(xiàn)象，致使藥劑不能很好的溶解參與反應(yīng)。

在調(diào)節(jié)罐轉(zhuǎn)水泵與中間水罐之間安裝預(yù)反應(yīng)器和旋流分離器，流程改變后的采出水在預(yù)處理過程中將不再進(jìn)入高效斜管除油器。同時(shí)新增一具加藥裝置，將原來“NaOH+雙氧水+聚丙烯酰胺”的加藥方式改為“雙氧水+NaOH+聚合氯化鋁/聚丙烯酰胺”的加藥方式，保證四種藥劑同時(shí)加注并充分反應(yīng)。根據(jù)試驗(yàn)確定加藥量及順序?yàn)椋合燃尤?55 mg/L 的H2O2，再加入NaOH調(diào)節(jié)pH 至7.2，再依次加入175 mg/L 聚合氯化鋁和2 mg/L 聚丙烯酰胺（見圖4～圖7、表1）。

圖4 改造后工藝流程圖

圖5 加藥流程改造圖

圖6 優(yōu)化前設(shè)備出水水樣

圖7 優(yōu)化后設(shè)備出水水樣

表1 優(yōu)化前后調(diào)節(jié)罐、中間罐、粗過濾器、精細(xì)過濾器出水對比

由此可見，預(yù)處理系統(tǒng)的加藥優(yōu)化和工藝優(yōu)化對原料水水質(zhì)提升很大，甲醇再生裝置的日均處理量由121.2 m3提高到了142.8 m3。

3.2 甲醇再生區(qū)域設(shè)備優(yōu)化

原有塔底廢液泵為大連環(huán)友牌屏蔽泵，揚(yáng)程為100 m，流量為12.5 m3/h，2016-2018 年共故障26 次，其中斷軸13 次，電機(jī)燒毀9 次。每次修理需2 d～4 d，兩臺泵均損壞無備用配件時(shí)更將導(dǎo)致整個(gè)甲醇再生系統(tǒng)癱瘓。

廢液泵出口管線管徑為DN50，高差為6 m，經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)此屏蔽泵選型與實(shí)際工藝流程不符，導(dǎo)致原屏蔽泵載荷過大，頻繁斷軸。

塔底廢液泵前過濾器為籃式過濾器，廢液中雜質(zhì)含量有較大波動(dòng)時(shí)，無法僅通過塔底液位等參數(shù)判斷過濾器堵塞情況，從而導(dǎo)致廢液泵頻繁起跳，甚至電機(jī)燒毀。

2019 年初對塔底廢液泵進(jìn)行重新選型，選用揚(yáng)程為70 m，流量為12.5 m3/h 的海密梯克牌屏蔽泵；同時(shí)對籃式過濾器頂蓋加裝壓力表，根據(jù)壓力表示數(shù)判斷過濾網(wǎng)堵塞情況，保證濾網(wǎng)及時(shí)清理，降低屏蔽泵電機(jī)受損頻率。

優(yōu)化后，屏蔽泵的故障頻率由9 次/年降低至2 次/年，斷軸頻率由4 次/年降低至0.5 次/年，電機(jī)燒毀頻率由3 次/年降低至1 次/年，在節(jié)約成本的同時(shí)，降低了廢液泵的故障頻次，每年廢液泵檢修天數(shù)由18 d～36 d 降低至4 d～8 d，間接提高了甲醇再生裝置的處理效率，保證采出水得到及時(shí)處理。

3.3 甲醇再生裝置工藝參數(shù)優(yōu)化

甲醇再生區(qū)原工藝參數(shù)要求（見表2）。

根據(jù)裝置實(shí)際運(yùn)行情況及多年調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，對塔底溫度、塔頂溫度、回流罐液位和廢液泵壓力等參數(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，優(yōu)化后修訂工藝參數(shù)（見表3）。

圖8 優(yōu)化前后日處理量對比

表2 優(yōu)化前甲醇再生裝置工藝要求

表3 優(yōu)化后甲醇再生裝置工藝要求

在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)參數(shù)與表3 不符時(shí)，需及時(shí)對裝置進(jìn)行調(diào)控。

3.4 優(yōu)化前后數(shù)據(jù)對比

原料水水質(zhì)、設(shè)備、工藝參數(shù)優(yōu)化之后的日處理量與優(yōu)化之前數(shù)據(jù)進(jìn)行對比（以冬季高峰供氣期間為例）（見圖8）。

4 結(jié)論

（1）原料水水質(zhì)優(yōu)化后，甲醇再生裝置的處理效率提升明顯，且管線、管束、塔盤、濾芯等清理頻率和設(shè)備維修頻率明顯降低；

（2）在原有設(shè)備和工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，對甲醇再生裝置的處理效率也有一定的提升；

（3）隨著氣田的開發(fā)，采出水的水量和水質(zhì)已不比設(shè)計(jì)初期，需不斷對設(shè)備及工藝進(jìn)行研究和更新，才能突破原有瓶頸，滿足當(dāng)下的氣田生產(chǎn)需要。