韓城礦區(qū)煤層氣脫水處理與節(jié)能技術(shù)研究

劉 偉

(中油遼河工程有限公司，遼寧 124010)

韓城礦區(qū)煤層氣脫水處理與節(jié)能技術(shù)研究

劉 偉

(中油遼河工程有限公司，遼寧 124010)

本文通過對(duì)韓城煤層氣處理工藝的選擇，進(jìn)脫水裝置的溫度的優(yōu)化分析，提出了煤層氣處理采用先增壓后脫水及進(jìn)站換熱節(jié)能工藝，有效的控制了裝置的建設(shè)投資及運(yùn)行能耗，為后續(xù)煤層氣處理工程的建設(shè)提供一定的借鑒。

煤層氣 三甘醇脫水 處理工藝 節(jié)能

1 煤層氣處理工藝的選擇

韓城煤層氣處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模3.0×106m3/d，但氣田投產(chǎn)初期只有3.0×105m3/d，根據(jù)處理廠的設(shè)計(jì)規(guī)模，同時(shí)考慮投產(chǎn)初期氣量較小的特點(diǎn)，選用2套脫水裝置，1套處理規(guī)模為1.0×106m3/d，1套為2.0 ×106m3/d。

天然氣常用脫水方法有很多，最常用的主要有:冷凝分離法、固體吸附法及溶劑吸收法等。

冷凝分離法可同時(shí)控制水露點(diǎn)及烴露點(diǎn)，但由于低溫可能導(dǎo)致水合物生成，在冷凝前需要注入水合物抑制劑。低溫一般可通過節(jié)流或外加冷源來獲得冷量，由于煤層氣進(jìn)站壓力低，通過增壓節(jié)流或外加冷源不經(jīng)濟(jì)，因此煤層氣脫水通常不考慮冷凝分離法。

固體吸附法脫水是采用固體吸附劑脫水，利用氣體與多孔的固體顆粒表面接觸，達(dá)到脫出氣體中水分的目的，該方法脫水后的露點(diǎn)較低，一般用于深冷裝置中。由于本工程對(duì)煤層氣露點(diǎn)要求不高，只要滿足外輸條件即可，因此固體吸附法也不適合煤層氣脫水。

溶劑吸收法對(duì)于煤層氣脫水主要為三甘醇脫水工藝，該工藝在天然氣脫水中應(yīng)用最多，是一種成熟、可靠、先進(jìn)的工藝，與其它脫水工藝相比具有工藝流程簡(jiǎn)單、露點(diǎn)降大、易于再生、溶劑損失量小、運(yùn)行成本低等特點(diǎn)。因此韓城煤層氣處理工藝采用三甘醇脫水工藝。

煤層氣進(jìn)站壓力較低，一般可在增壓前脫水，也可在增壓后脫水，具體情況應(yīng)依據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比確定，韓城礦區(qū)煤層氣增壓前、后脫水方案的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表1。

表1 煤層氣增壓前、后脫水方案對(duì)比表

煤層氣通常進(jìn)站壓力較低，如采用增壓前脫水，煤層氣含水量高，脫水負(fù)荷大，能耗及投資高，因此煤層氣處理一般選用增壓后脫水方案較為合理。

2 煤層氣處理工藝節(jié)能分析

2.1 三甘醇脫水進(jìn)氣溫度對(duì)脫水工況的影響分析

三甘醇脫水裝置關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)之一就是進(jìn)料濕氣的溫度。濕氣進(jìn)吸收塔的溫度宜維持在15℃ ～48℃。其主要原因?yàn)槿绲陀?5℃，吸收塔塔板上的甘醇粘度增大，使塔板效率下降，壓降增大，甘醇損耗量增大;若溫度高于48℃，進(jìn)料濕氣中的含水量增大，需要提高甘醇濃度才能滿足脫水工藝要求，此外進(jìn)料濕氣溫度過高還會(huì)增加甘醇的氣化損失。

處理量為1.0×106m3/d的三甘醇脫水裝置進(jìn)氣溫度與三甘醇循環(huán)量關(guān)系見圖1，進(jìn)氣溫度與甘醇損耗量關(guān)系見圖2;處理量為2.0×106m3/d的三甘醇脫水裝置進(jìn)氣溫度與三甘醇循環(huán)量關(guān)系見圖3，進(jìn)氣溫度與甘醇損耗量關(guān)系見圖4。

圖1 進(jìn)氣溫度與TEG循環(huán)量關(guān)系圖

圖2 進(jìn)氣溫度與TEG損耗量關(guān)系圖

圖3 進(jìn)氣溫度與TEG循環(huán)量關(guān)系圖

圖4 進(jìn)氣溫度與TEG損耗量關(guān)系圖

韓城煤層氣脫水工藝為先增壓后脫水，因此在夏季最熱月份煤層氣經(jīng)增壓、空冷后，進(jìn)脫水裝置的溫度可達(dá)到50～55℃。由上述分析圖表可看出脫水裝置在50～55℃運(yùn)行時(shí)，三甘醇循環(huán)量將是40℃運(yùn)行工況的2～3倍，損耗量將達(dá)到3～8倍。且裝置大部分時(shí)間都是在40℃以下運(yùn)行，如考慮50～55℃運(yùn)行工況，將造成裝置能力的浪費(fèi)。且裝置運(yùn)行能耗及損耗量過高，因此為降低裝置運(yùn)行能耗及三甘醇損耗量，煤層氣在進(jìn)脫水裝置前應(yīng)采取冷卻措施。

2.2 煤層氣換熱節(jié)能工藝

為降低進(jìn)脫水裝置溫度主要有2種方案，即增設(shè)煤層氣進(jìn)站換熱器或增設(shè)循環(huán)水冷系統(tǒng)。

(1)增加煤層氣換熱器，利用增壓前煤層氣與增壓、空冷后的煤層氣進(jìn)行換熱，可將煤層氣夏季進(jìn)脫水裝置溫度降至40℃。

(2)增加循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，利用循環(huán)水冷卻器將空冷后煤層氣溫度降低至40℃。

增加循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，投資高，且占地面積較大，因此從節(jié)省投資，減少水消耗角度，推薦選用增加煤層氣換熱器的方式，在炎熱月份來降低煤層氣進(jìn)塔溫度。

3 結(jié)論

通過上述分析，韓城礦區(qū)煤層氣具有低壓、低產(chǎn)特點(diǎn)，煤層氣一般進(jìn)站壓力較低，因此煤層氣脫水采用先增壓后脫水的工藝較為合適。同時(shí)煤層氣進(jìn)脫水裝置的溫度應(yīng)盡量控制在40℃以內(nèi)，并通過增加進(jìn)站換熱器的方式，利用進(jìn)站煤層氣的冷量來降低煤層氣進(jìn)氣裝置溫度，減少甘醇的循環(huán)量及損耗量，有效的降低了整個(gè)處理裝置的運(yùn)行能耗。

［1］肖燕，孟慶華，羅剛強(qiáng)等.美國煤層氣地面集輸工藝技術(shù) ［J］.天然氣工業(yè).2008，28(3):111-113.

［2］劉燁，巴璽立，劉忠付等.煤層氣地面工藝技術(shù)及優(yōu)化分析 ［J］.石油規(guī)劃設(shè)計(jì).2008，19(4):34-37.

［3］張延慶，龔玉明.煤層氣深度脫水裝置設(shè)計(jì) ［J］.中國煤層氣.2008，5(4):27-36.

［4］蔣洪，楊昌平，吳敏等.天然氣三甘醇脫水裝置節(jié)能分析 ［J］.石油與天然氣化工.2010，39(2):122-127.

［5］馮凱生，李巧玲等.低壓大處理量天然氣三甘醇脫水橇裝裝置 ［J］.石油規(guī)劃設(shè)計(jì).2006，17(4):40-41.

Study on CBM Dehydration and Energy Conservation Technology in Hancheng Mining Area

Liu Wei
(China Liaohe Petroleum Engineering Co.，Ltd.，Liaoning 124010)

The paper optimizes and analysis the temperature of the dehydration devices through the selection of the CBM treatment processes in Hancheng Mining Area，and puts forward the thoughts to process CBM by means of pressure-increase before dehydration and the energy conservation technology of heat exchange，which can effectively control the construction investment of the devices and the energy consumption during operation.The study will provide reference for the construction of CBM processing project in the future.

CBM TEG dehydration;treatment process;energy conservation

劉偉，男，工程師，2002年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院化學(xué)工程專業(yè)獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)任中油遼河工程有限公司油氣加工所副所長(zhǎng)。

(責(zé)任編輯 劉 馨)