三甘醇脫水裝置尾氣回收處理工藝措施及研究

張洪濤 李生德 吳彥欣 鄧偉（青海油田公司采氣一廠）

1 澀北氣田天然氣三甘醇脫水工藝現(xiàn)狀

青海油田澀北氣田位于柴達木盆地東部，其中五號站、九號站、十五號站為集氣總站，主要承擔天然氣的集輸、分離、脫水、外輸工作。天然氣中的水對于天然氣的輸送和使用存在很大影響。因此，在經(jīng)濟條件允許的情況下，盡可能的脫去天然氣中的水。

從地層采出的濕天然氣進入分離器，分離固體雜質(zhì)、游離水等后進入吸收塔底部，與塔頂注入的貧三甘醇溶液逆流接觸脫除水分，塔頂天然氣經(jīng)過外輸氣分離器分離后外輸。三甘醇富液經(jīng)吸收塔塔底流出，經(jīng)過節(jié)流降壓與加熱后進入精餾柱閃蒸，盡可能閃蒸出其中所溶解的烴類氣體和水汽。閃蒸氣體直接排入大氣。閃蒸后的三甘醇富液經(jīng)過過濾后進入貧富液換熱器以提高三甘醇進再生塔的溫度，再生后的三甘醇貧液經(jīng)三甘醇貧富液換熱器冷卻后由泵送回吸收塔，實現(xiàn)三甘醇富液的循環(huán)利用[1-2]。

1.1 工藝氣候條件及要求

1）澀北氣田海拔2750m，歷年平均氣壓724.7mbar（0.715標準大氣壓），最高氣溫37.8℃，最低氣溫-33.6℃。

2）儲液罐設置溫度5～60℃，默認溫度25℃。

1.2 主要指標及要求

符合國家以及地方相關(guān)法律法規(guī)，適合現(xiàn)場周邊環(huán)境；滿足氣田產(chǎn)量（產(chǎn)出水量）變化要求，減少維護和人工操作；防止氣溫變化形成廢水結(jié)冰；廢氣排出口為DN80法蘭，排出口內(nèi)部溫度85℃；處理廢氣規(guī)模不大于200m3/h；廢氣中主要成分以苯類和酚類為主；處理后排出廢氣（主要為甲烷）加壓至0.5MPa，作為現(xiàn)場負壓爐燃料使用；設備自動控制、遠傳遠控。

1.3 澀北氣田采出水組分

從青海油田澀北氣田采出的天然氣含有少量的礦物油和地層水，采出水組分結(jié)果見表1。

表1 采出水組分

1.4 三甘醇再生廢氣的組份

2019年從某氣田集氣總站現(xiàn)場采集廢氣300L。經(jīng)檢測后，三甘醇再生廢氣組分見表2。

表2 三甘醇再生廢氣組分 單位：mg/m3

由檢測結(jié)果可知，廢氣中含硫化物和苯酚類有機物，對人體危害大，其中苯類含量較高，現(xiàn)場有明顯異味，應重點清除。

2 再生尾氣排放達標措施分析

采用風冷冷凝法將高溫廢氣由85℃降到25℃，冷凝出廢氣中的水汽，經(jīng)過重力分離，將液體排放至收集池。利用活性炭吸附廢氣中苯類等有機物質(zhì)，通過小型天然氣增壓設備將廢氣中的剩余氣體（主要為甲烷）加壓至0.5MPa作為現(xiàn)場負壓爐燃料，減少三甘醇脫水裝置再生燃料氣用量，逐年回收投資成本。三甘醇再生廢氣的異味在站區(qū)內(nèi)完全得到去除，在排出氣檢測中各項有害物質(zhì)達到環(huán)保要求。該設備能實現(xiàn)自動控制、遠傳遠控，且正常使用維護周期不低于1年。

3 三甘醇再生廢氣處理技術(shù)

3.1 三甘醇再生廢氣處理工藝

針對三甘醇再生廢氣直接外排不能到達環(huán)保要求且影響職工健康的問題，在已有的三甘醇脫水裝置廢氣處理方法基礎上，設計出一種更加節(jié)能減排的三甘醇再生廢氣回收利用處理流程，對單站的多臺三甘醇脫水裝置，加裝1套三甘醇再生廢氣處理裝置，避免造成系統(tǒng)復雜、工程投資增大等問題，通過廢氣回收利用逐步回收投資成本。

工藝流程簡述如下：將富液精餾柱排出的高溫潮濕的廢氣密閉輸送（檢修時轉(zhuǎn)換為直排）至冷凝器冷卻，再進行氣液分離，分離出的廢液進入儲液罐排入污水池，廢氣經(jīng)吸附裝置去除異味和有害氣體后經(jīng)增壓設備增壓后進入負壓爐燃燒。廢氣處理工藝流程[3-5]框架見圖1。

圖1 廢氣處理工藝流程框架

3.2 控溫區(qū)間與廢氣回收

目前廢氣排出口內(nèi)部溫度85℃，環(huán)境氣溫最大差異達50℃，考慮設計冷凝器為自控調(diào)節(jié)型風冷式，全天候保持冷凝水排出溫度不低于標準25℃，所有處理設備和管網(wǎng)全部采用保溫材料外部保溫。

廢氣作為燃料加壓至0.5MPa進入負壓燃燒爐，經(jīng)過冷凝和吸附后廢氣中的水汽已不影響燃燒氣的條件，可將其接入燃料爐的進氣管線，工藝處理完的廢水通過控制閥及管道泵，定期排入站區(qū)排污管線[6-8]。

3.3 功能介紹

控制系統(tǒng)應具備本地和遠程控制，可對廢氣吸附收集及其附屬裝置的啟停、運行、操作和故障進行控制。控制系統(tǒng)應具備自動與手動控制兩種功能。手動控制能脫離自動控制系統(tǒng)（PLC不工作）單獨操作。觸摸屏顯示各種狀態(tài)信息以及各種記錄。包括實時顯示機組運行狀態(tài)，裝置壓力、溫度，液位、閥門開啟狀態(tài)，故障、報警等信息；實時顯示排污泵、氣泵、冷凝器、氣液分離罐、吸附器、電磁閥和電動閥門等設備的運行、停止、過載狀態(tài)及報警等；對循環(huán)風扇要求溫度的設定；排污泵、氣泵、電磁閥和電動閥門等設備的自動控制/遠程手動控制模式切換；數(shù)據(jù)記錄、存儲，實時打印，歷史數(shù)據(jù)查詢，歷史曲線的繪制；分級密碼操作為兩級：操作員級別和系統(tǒng)管理員級別；實時報警和歷史報警記錄[9-10]。

4 現(xiàn)場應用

澀北某采氣作業(yè)區(qū)三甘醇脫水裝置自2021年進行三甘醇脫水裝置尾氣回收裝置的安裝。三甘醇脫水裝置尾氣中的水汽和天然氣，通過匯管收集后，進入冷凝器將水汽冷凝，再進入分離器將天然氣與冷凝水分離，冷凝水通過水泵排入收集池，天然氣通過活性炭吸附器，吸附掉有害物質(zhì)，經(jīng)過增壓泵壓力上升至0.5MPa左右。進入三甘醇裝置重沸器燃燒爐燃燒器穩(wěn)壓罐進口，通過降壓后燃燒，同時將燃料氣壓力調(diào)整到0.2MPa，原來的燃料氣作為補充，當廢氣中的燃料氣不足時，壓力下降到0.2MPa時，原一級調(diào)壓閥自動給穩(wěn)壓罐補充天然氣作為原料氣。尾氣回收工藝示意圖如圖2所示。

圖2 尾氣回收工藝示意圖

通過現(xiàn)場應用，澀北某采氣作業(yè)區(qū)三甘醇脫水裝置每天節(jié)約天然氣約900m3，沒有外排廢氣影響環(huán)境。場站再無異味，達到了環(huán)保節(jié)能目的。

5 結(jié)論與建議

天然氣經(jīng)三甘醇脫水后作為燃料或化工原料使用，而三甘醇脫水的環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的廢氣經(jīng)檢測主要以苯類和酚類為主，還有少量的其他物質(zhì)，并帶有異味。通過三甘醇脫水再生廢氣處理工藝設備處理后在排出氣檢測中各項有害物質(zhì)達到環(huán)保要求。同時，處理后排出廢氣可作為現(xiàn)場負壓爐燃料，可減少天然氣用量，初步估算，該設備每臺每天能回收約960m3天然氣，每年可節(jié)約天然氣約34.5×104m3，3年內(nèi)可回收設備投資成本。整套設備的設計與現(xiàn)場緊密結(jié)合，在運行過程中，便于操作管理、便于維修、節(jié)省動力消耗和運行費用；通過對相關(guān)參數(shù)的控制，對原三甘醇脫水裝置脫水系統(tǒng)影響較小。建議三甘醇脫水裝置尾氣回收裝置在澀北氣田其他兩個總站推廣應用。