天然气富气回收利用技术

1、天然气富气回收利用技术柳海张锋刘成摘 要：凝析气田开发需对凝析油进行稳定处理，所产生的富气含有大量C3、C4组分和 水，由于这种富气不能直接作为燃料气利用而放空燃烧，造成资源浪费和环境污染。针对这 一问题，为了到达保护环境、降本增效的目的，以北疆地区盆5气田为试点，经过对增压再 处理、脱水后做燃料气等方式比选，采用了 “分子筛脱水法”对该天然气处理站的富气进行 了回收利用，减少了气田燃料气的用量，减少了 CO2排放量，为降低气田能耗、降低污染起 到了重要作用。关键词：分子筛富气回收利用研究应用新疆油田盆5气田自2003年7月建成投产，因气藏压力递减快，装置实际运行参数 偏离了设计参数，导致脱乙

2、烷塔塔顶富气不能回收利用，即浪费了能源，又污染环境。为回 收利用富气，增设了分子筛脱水橇。在试运行过程中，发现在冬季气温较低的情况下，富气 析出大量的液态烃，影响分子筛脱水效果。为解决这一问题，在脱水橇前端增加了一台分离 器，以改善脱水橇运行工况。1概况1.1气田概况盆5气田为带边底水、带油环的岩性构造凝析气藏，含气面积21.9km2，探明天然气储 量134. 86X 108m3，凝析油储量322 . 3X 104t，设计采气速度4.34%。开发初期盆5气藏天然 气中凝析油含量为220g/ m3,根据开发方案设计，气藏采用衰竭式开采方式，稳产期8年。 盆5天然气处理站于2003年建成投产，设计

3、天然气处理规模为150X 104m3/d，凝液处理规 模180t/d。天然气采用节流制冷低温分离工艺，凝析油进行油水分离后进稳定塔稳定。表1盆5气藏天然气组分变化表组分%甲烷乙烷丙烷丁烷戊烷丙、丁烷开发初期组分85.496.952.761.740.214.5目前组分90.854.461.440.800.202.24表1数据显示：气藏天然气组分变化较大，与开发初期相比，目前组分中甲、乙烷含量 由开发初期92.44%升高至目前的95.31%，丙、丁烷含量由开发初期4.5%下降至目前的2.24%。凝液稳定工艺:凝液稳定工艺系统由脱乙烷塔、脱丁烷塔、重沸器、塔顶冷凝器、液化 气缓冲罐、液化气回流泵、液

4、化气储罐等设备组成，生产流程如下图所示。由于液化气组分 含量较开发初期大幅降低，液化气生产系统不能生产出符合GB9052.1-1998油气田液化石 油气技术要求的液化石油气，实际生产仅采用脱乙烷塔对凝析油进行稳定处理。图2液化气生产装置流程图脱乙烷塔塔顶富气组分复杂，既含水，又含有液化气及c5以上组分。富气脱水、脱烃 是富气回收利用技术研究需重点解决的问题。表2富气组分表组分名称体积百分数组分名称体积百分数甲烷43.92842-甲基戊烷0.0188乙烷22.92243-甲基戊烷0.1956丙烷22.3397正己烷0.0784异丁烷3.3104甲基环戊烷0.0000止烷3.3130环己烷0.00

5、002, 2-二甲基丙烷0.00002-甲基己烷0.0052异戊烷0.73393-甲基己烷0.0089正戊烷0.6703正庚烷0.00942，2-二甲基丁烷0.0000甲基环己烷0.00002，3-二甲基丁烷0.03142-甲基庚烷0.0000氮气1.31573-甲基庚烷0.0000二氧化碳1.1185正辛烷0.0000取样含空气1.7430正壬烷0.0000计算分子量29.75真实密度,Kg/m31.3435真实高位发热量,KJ/m367710.63真实相对密度1.0395真实低位发热量,KJ/m361823.49压缩因子0.99032富气回收利用技术比选富气回收可通过两种方法实现：增压回注

6、系统和脱水利用。增压回注是将富气增压至 一定压力进入天然气处理系统、外输管网或者装车外运；脱水利用是将富气脱水处理后作为 燃料或工业原料。2.1增压法增压法是一种常用的低压富气回收方法。增压法可选择以下三种措施：增压外输 塔顶来气一压缩机外输管线富气增压至外输压力，进天然气处理站外输管道。富气进入外输气会导致外输气水露 点升高。盆5气藏压力递减快，目前节流制冷温度最低只能达至#12C,尚可满足外输气水 露点的要求。受气藏压力递减的影响，自压开采的条件下，外输气水露点将随致冷深度的降 低而逐渐上升。含水较多的富气进入外输气必将导致外输气水露点不合格。富气增压外输的 回收方式不适用于盆5气田的实际

7、生产状况。增压再处理塔顶来气一=压缩机节流后管线低温分离器富气增压至3.0 MPa，进节流后管线，在低温分离器分离。部分C3、C4增压后返回凝 析油稳定系统，增加了系统负荷。CNG技术塔顶来气压缩机CNG储罐 外运富气经CNG压缩机增压至20MPa以上，进入装进储罐外运至加气站。富气中含有较 多水蒸汽，在高压下会形成水化物堵塞管路。富气中的C3、C4在增压过程中液化，易损坏压缩机。富气增压工艺配套设备较多， 工艺安装复杂，购置成本较高，能耗较高，属于动设备管，理难度大。2.2脱水处理法分子筛是天然气脱水常用吸附剂，三甘醇是常用吸收剂。分子筛脱水A、分子筛脱水基本原理分子筛是人工合成的晶体型硅铝

8、酸盐，依据其晶体内部孔穴的大小而吸附或排斥不同物 质的分子，限制了比孔穴大的分子进入，起到选择性吸附作用。分子筛具有很大的比表面积 (6001200m9g),它的孔径为分子大小，对极性和不饱和分子有较强的吸附作用，适用于 去除天然气中的水分。8、工艺流程图3分子筛脱水工艺流程图C、分子筛脱水工艺的优点a、在吸附质浓度很低或者较高温度的情况下，分子筛仍有很强的吸附能力，脱水效果好；b、控制程序简单，易于实现自动化控制；c、设备较少，可做成橇装装置，占地少，易搬运；d、属静设备，能耗低，便于管理；e、一次性投入相对较低；f、适用于处理量较小的脱水装置。D、分子筛脱水工艺的缺点a、吸附剂使用寿命短，

9、一般23年就得更换；4脱烃效果差。三甘醇脱水A、三甘醇脱水原理介绍三甘醇分子中含有2个羟基，羟基具有氢键，氢键能与电负性较大的原子相连。这使得 三甘醇能够与水互溶。由于三甘醇具有与水互溶的特性，浓度为95%99.7%的三甘醇水溶 液能吸收天然气中的水蒸汽，使天然气中水含量大幅度下降。B、三甘醇脱水工艺流程图4三甘醇脱水工艺流程图C、三甘醇脱水工艺的优点三甘醇脱水工艺利用三甘醇对水有极强的亲和力的特点，达到对天然气脱水的目的。三 甘醇脱水是目前国内外应用最广泛的天然气脱水工艺之一，工艺成熟。a、在能够保证三甘醇贫溶液浓度的条件下，三甘醇脱水能使天然气达到较高的脱水深度；4自动化程度高，可降低劳动

10、强度，提高生产效率。D、三甘醇脱水工艺的缺点a、三甘醇脱水设备包括：吸收塔、再沸器、贫富液热交换器、泵、三甘醇储罐等，总 体投资较大；b、低压气从脱乙烷塔中输出后，温度较高，需要先降温，以防止三甘醇吸收塔温度过 高，造成三甘醇过度蒸发损失；c、低压气是从凝析油中分离出，其中的微量烃容易造成三甘醇发泡，造成吸收塔内工 况恶化；d、三甘醇再生装置需要升温完成，整个工艺过程需要有加热装置；e、富气压力较低、气量小，不在三甘醇脱水经济压力范围内。经比选，分子筛脱水工艺最适合盆5气田的实际生产状况。3工艺技术特点3.1高效脱水分子筛装置采用了 3A-EMP高效脱水分子筛，其优良性能体现于：比表面大。其比

11、表面高达9001000m9g。较大的比表面减少了分子筛的用量，提高 了脱水效率，可使富气露点降至W-40C。热稳定性高。最高可耐受350C高温。其良好的耐热性充分保证了分子筛的再生效果，有效防止加热再生时造成的孔道坍塌。水热稳定性高。所选用分子筛水热稳定性高达(200, 20 h),当分子筛完成吸附过 程进行再生时，在高含水、高温状态下可保持良好的稳定性。3.2完善的加热技术加热器采用整体焊接式加热组件，密封性能好；电加热元件采用不锈钢材质，延长了 加热管寿命。主、副加热器协调工作，有利于调节加热强度，确保再生效果，降低设备能耗。多点温度传感器监控，准确显示、控制加热器出口、再生气出口和冷却器

12、出口温度， 控制参数输入PLC中央处理器处理，并按设定程序控制再生系统参数。加热器过热保护开关，避免加热器干烧，保护电加热元件寿命。3.3封闭式内循环再生再生系统由循环风机一加热器一再生塔一冷却器一分离器组成封闭式内循环系统，仅 需极少成品天然气即可达到分子筛的再生效果，节约投资。再生系统设置有减压阀和补压阀， 维持系统内的天然气压力恒定，保证再生效果。4应用情况单井水浴炉和分子筛脱水橇安装在塔顶富气去自用气汇管管线。处理后富气供热媒炉、华澳用气，工艺流程如图5所示。脱乙烷嗒料 进-M 去焦煤炉HX 去单井图5分子筛脱水橇安装示意图4.1工艺流程分子筛脱水橇采用分子筛吸附、加热内循环再生工艺实

13、现富气脱水和分子筛再生。装置 采用双塔轮流吸附、再生模式，实现装置不间断运行。为脱除富气中的液烃，在橇前增加了 分离器。工艺流程如下图所示：图6分子筛脱水橇工艺流程图A塔吸附：阀3、2、5、8关闭，阀1、6全开，富气经过前置过滤器后，通过阀1进入 吸附塔A吸附脱水，然后通过阀6进入后置过滤器过滤，最后去自用去汇管，供水浴炉、热 媒炉及华澳用气。B塔再生：此时B塔饱和，塔压0.6MPa，先卸压到0.1 MPa（阀2、3、5、8关闭，阀4、 7全开），气体通过循环风机到加热器加热，经过阀7,从塔B由上而下带走分子筛中水分， 通过阀4进入冷却器冷却后在分离器中分离出水分，气体再经过循环风机进行循环。

14、4.2主工艺参数优化为降低富气含水量，在保证稳定凝析油合格的前提下，调整了凝析油稳定系统的运行参 数：脱乙烷塔进料温度由60C下调至46C，塔底温度由150C下调至120C，塔顶压力夏季 设定为0.60MPa，冬季设定为0.65MPa。表3 盆5气田凝析油参数优化表日期重沸器温度。C脱乙烷塔塔顶压力MPa凝析油进料温度C凝析油饱和蒸汽压kPa标准2006.101300.656071.5GB9053-1998稳定轻烃中要求:夏季饱和蒸汽压74kPa冬季88kPa2006.121500.655071.42007.11450.66058.82007.31500.655571.32007.41200.

15、65556.32008.51200.64653.22008.101200.654671.04.3运行参数根据装置技术要求和安全要求，相关参数设定如下表所示:表4分子筛脱水橇参数设定表温度参数的设定加热器出口控制温度185C冷却器出口上限温度30 C再生出口上限温度120 C冷却器出口下限温度5C再生出口下限温度60 C冷却器出口报警温度60 C加热器出口报警温度210C主加热表面报警温度430 C副加热表面报警温度430 C电流参数的设定循环风机电流上限15A主加热器电流上限50A循环风机电流下限5A主加热器电流下限20A辅加热器电流上限50A辅加热器电流下限10A分子筛脱水装置运行参数如下表所示：表5分子筛脱水橇参数运行表运行参数富气压力进口 0.57 MPa，出口 0.55MPa富气温度进口 45 C，出口 38 C处理气量0.65 X 104m3/d再生温度180 190C （设定 185C）吸附周期12小时再生周期12小时（加热6小时+冷吹2小时）设备压降0.02 Mpa再生排气温度120 125C （设定 120C ）脱水橇的运行以耗电为主，当主加热器不能满足要求时，辅加热器启动。设备平均总体 耗电为411KW h/d。表6设