降低页岩气脱水溶液损失的措施.pdf
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1、第41卷第4期OIL&GASGATHERING,T RA NSPO RT A T I O NA ND T REA T M ENT 油气储运与处理49降低页岩气脱水溶液损失的措施祁亚玲张庆林中国石油工程建设有限公司西南分公司,四川成都6 10 0 41摘要:在页岩气溶液吸收法脱水工艺中,溶液损失是工艺设计和操作的关键控制参数,如果损失较大,一方面会导致产品气中携带过饱和雾状液滴,在输送过程中由于压力、温度、流速、流态、管道腐蚀等发生变化而以固体杂质的形态析出,对下游管道、阀门造成颗粒冲刷,严重时甚至发生堵塞;另一方面需要不断向脱水系统补充新鲜溶液,大大增加了脱水处理的运行成本。为分析溶液损失的影
2、响因素,找到降低溶液损失的有效措施,对整个工艺过程中可能造成溶液损失的物流进行了物性研究、工程模拟、操作条件变换,探求出影响趋势。研究结果显示,降低溶液损失的措施包括原料气应选择适宜的温度和压力、对原料气中的杂质进行深度预处理、在吸收塔气体出口的下游设置高效气液聚结器、合理设置重沸器温度测温点位置、再生系统选取适宜的气提气量。研究结果为降低页岩气脱水溶液损失提供了借鉴。关键词:页岩气;溶液吸收法脱水;溶液损失;溶液变质;气体携带液体D0I:10.3969/j.issn.1006-5539.2023.04.008Measures to reduce the loss of dehydrated
3、solution in shale gasQI Yaling,ZHANG QinglinCPECC Southwest Company,Chengdu,Sichuan,610041,ChinaAbstract:In the shale gas dehydration process using solution absorption,the loss of absorptionsolution is the key control parameter for design and operation of this process.If the loss is large,on the one
4、hand,the product gas will carry over the solution mist droplets.Precipitation would occur in the form ofsolid impurities due to changes in pressure,temperature,flow rate,flow pattern and pipeline corrosionduring the gas transportation process,causing particle erosion and even blockage of downstream
5、pipes andvalves.On the other hand,the loss of absorption solution requires the continuous fresh replenishment,which greatly increases the operating cost of the dehydration operation.In order to analyze the factorscausing solution loss and find out the effective measures to reduce loss,physical prope
6、rty research,engineering simulation,operating condition changes are carried out.Some measures to reduce solution lossare proposed,such as selecting optimum temperature and pressure of raw gas,deep pretreatment ofimpurities in the raw gas,installing high efficiency gas-liquid filter downstream of the
7、 gas outlet of theabsorber,selecting optimum location of temperature measuring point for reboiler temperature,selectingsuitable stripping gas volume in the regeneration process.The research findings provide a good reference forways to reduce absorption solution loss via carryover from the dehydratio
8、n system.Keywords:Shale gas;Dehydration by solution absorption;Absorption solution loss;Solutiondegradation;Liquid carryover in the gas收稿日期:2 0 2 3-0 3-2 0基金项目:中国石油工程建设有限公司科研课题“天然气处理节能降碳关键技术研究”(CPECC2022KJ04)作者简介:祁亚玲(197 7-),女,甘肃兰州人,高级工程师,硕士,主要从事天然气净化处理工艺设计和研究工作。E-mail:qiyaling_sw 此JT阀注醇低温脱水工艺在页岩气脱水
9、中应用并不蒸汽/燃气等热媒缓冲罐天然气与石油502023年8 月NATURALGAS AND OIL0前言页岩气是一种赋存于富有机质泥页岩及其夹层中,以吸附和游离状态为主要存在方式的烃类气体,是一种非常规油气资源1-2 。当前,中国已成为继美国、加拿大之后第三个完全掌握页岩气开发成套技术和实现页岩气商业开发的国家,页岩气产量从2 0 13年的2 10 m,增长到2 0 2 1年的2 30 10 m。2 0 2 1年中国致密气、页岩气、煤层气的产量占国内天然气总产量的44%【3。未来一段时间,非常规天然气将成为天然气产量增长的主力军,2 0 30 年占比有望超过50%。中国页岩气可采资源主要分布
10、在四川、松辽、渤海湾、江汉、准噶尔、塔里木等地区。页岩气组分以CH4为主,不含H,S、凝析油,含有少量CO,(体积含量低于2%),页岩气的净化处理主要是在脱水站或中心站内集中脱水4-5。页岩气脱水工艺主要有分子筛吸附脱水、JT阀注醇低温脱水、溶液吸收法脱水等。其中分子筛吸附脱水工艺较复杂,需要设置分子筛的再生冷吹系统和再生气加热设施,投资较高,适合露点降大于40 或下游有轻烃回收单元的工程,因此鲜有页岩气脱水应用分子筛吸附脱水工艺。JT阀注醇低温脱水工艺适合原料气可利用的压力能较高,且气田压力衰减缓慢的气区,而页岩气压力一般衰减较快,因闪蒸气(甘醇损失物流2)干气(甘醇损失物流1)干气聚结器脱
11、水吸收塔页岩气来自井站II贫液循环泵图1三甘醇脱水工艺流程及甘醇损失位置图Fig.1TEG dehydration process and location of glycol loss2溶液损失分析溶液损失是脱水工艺设计和操作的关键控制参数,如果在脱水工艺处理过程中溶液损失较大,一方面导致多6-8 。溶液吸收法脱水工艺中的三甘醇脱水工艺相对简单,甘醇溶液可以常压再生,装置的操作维护比较方便,装置的处理规模弹性大(一般可满足2 0%12 0%的操作弹性),对压力、温度等气质条件变化的适应范围广,工程投资也较分子筛吸附脱水工艺的投资经济合理,因此应用最为广泛。长宁、紫金坝、威远、渝西、太阳大寨的
12、页岩气脱水处理都采用三甘醇脱水工艺9-1。1脱水工艺流程来自页岩气井的原料气经过过滤分液后进人脱水吸收塔底部,与塔内自上而下的三甘醇贫液逆流接触,原料气中的绝大部分水被三甘醇吸收,从脱水吸收塔顶部出来的为水露点满足产品外输要求的合格产品气。吸收了水分的三甘醇富液从脱水吸收塔底部流出,经换热、降压闪蒸、过滤杂质后进人三甘醇再生塔进行常压加热再生。从三甘醇再生塔底部出来的三甘醇贫液(质量浓度大于98%),经过换热冷却后用贫液循环泵注入脱水吸收塔上部进行循环使用。三甘醇再生塔顶部出来的废气进行焚烧处理,目前也有小型脱水站对该股废气进行冷却分水后作为三甘醇再生塔底重沸器的燃料,实现废气循环利用,达到节
13、能减排目的。三甘醇脱水工艺流程及甘醇损失位置见图1。再生塔废气(甘醇损失物流3)三甘醇再生塔气提气闪蒸罐重沸器贫液冷却器贫富液换热器产品气中携带过饱和三甘醇雾状液滴,在输送过程中由于压力、温度、流速、流态、管道腐蚀等发生变化而以固体杂质的形态析出,对下游管道、阀门造成颗粒冲刷,严重时甚至发生堵塞12-14;另一方面脱水工艺处理过程中第41卷第4期OIL&GASGATHERING,T RA NSPO RT A T I O NA ND T REA T M ENT 油气储运与处理溶液损失,需要向脱水系统不断补充新鲜溶液达到满足脱水深度要求,也大大增加了脱水单元的运行成本。在SY/T00762008天
14、然气脱水设计规范中明确规定,正常操作期间,天然气允许携带三甘醇量宜小于150g/10000m天然气,因此有效控制三甘醇损失尤为重要。根据三甘醇脱水工艺流程,整个工艺过程中可能造成三甘醇损失的物流有脱水吸收塔顶的干气(甘醇损失物流1)、闪蒸罐排出的闪蒸气(甘醇损失物流2)、再生塔顶部排出的废气(甘醇损失物流3),具体位置见图1。3干气携带三甘醇溶液分析页岩气三甘醇脱水工艺的特点是气体的压力变化较大15-2 0 1,多为3.0 6.8 MPa;温度分布较广,一般为1540;同时气液比大,因此脱水吸收塔一般选用操作下线低、弹性范围广、压降小的泡罩塔。选取四川某页岩气作为研究对象,干气要求水露点5(出
15、厂压力5.6 MPa下)。气体组分见表1。表1四四川某页岩气组成表Tab.1Composition of a shale gas in Sichuan组分C,C2C3iC4nC402H2CO2H,0N2He合计3.1操作温度对干气携带三甘醇溶液的影响在页岩气压力5.8 MPa、气体处理规模30 0 10*m/d、三甘醇贫液加比例0.0 3m/kg水的统一基准条件下,操作温度低于40 时干气的水露点满足产品气质要求,同时温度越高,干气携带的三甘醇溶液量越高,见图2。当原料气温度达到45时,三甘醇贫液浓度必须达到99.8%,干气水露点才能满足要求,这就导致对再生提浓效果要求较高,耗能较高。在相同的
16、干气水露点要求下,当脱水吸收塔操作温度为30 时,三甘醇贫液浓51600115(.4.8)/然月三7+干气携带三甘醇溶液量5000F干气水露点400300200100262530354045操作温度/图2 操作温度与干气携带三甘醇溶液量及干气水露点的关系图Fig.2 The relationship between operating temperature andTEG solution amount and water dew point in gas度仅需9 8.5%;脱水吸收塔操作温度为40 时,三甘醇贫液浓度需99.5%。脱水吸收塔操作温度越高,气体中的水含量越大,三甘醇贫液循环量越
17、大,浓度要求越高,吸收塔顶干气携带的三甘醇溶液量越大。因此,控制原料气温度十分必要,进脱水吸收塔的气体温度宜维持在1545,如果高于45,应对气体进行预冷,可根据配套条件采取循环水冷却、蒸发式空冷或外部冰机预摩尔含量冷。进入脱水吸收塔的贫液比气流温度高6 16,但98.2270贫液进塔温度不能高于6 0。0.60573.2操作压力对干气携带三甘醇溶液的影响0.0209对于同一原料气在相同比例的三甘醇贫液注入量0.0030(三甘醇贫液加入比例0.0 3m/kg水)、相同的三甘醇0.003 0贫液浓度(质量浓度99.8%),不同压力下的干气携带三甘醇溶液量进行模拟,具体数据和影响趋势见图3。0.0
18、0300.00300.43820.38340.28190.03091001050-5-10-15-20-25-30-352501901701501301109070F50345678910操作压力/MPa图3操作压力对干气携带三甘醇溶液量的影响图Fig.3 Influence of operating pressure on the amountof TEG solution carried in gas3.3三甘醇贫液浓度对干气携带三甘醇溶液的影响其他工艺条件确定不变,仅改变三甘醇贫液浓度,干气携带三甘醇溶液量变化不大,仅有微量增加。在工程实践中,可以忽略三甘醇贫液浓度的影响。三甘醇贫1天然
19、气与石油522023年8 月NATURALGAS AND OIL液质量浓度对干气携带三甘醇溶液量的影响趋势见图4。(.4.8)/然月三2 士100.5%.0%98.0%98.599.0三甘醇贫液质量浓度图4三甘醇贫液质量浓度对干气携带三甘醇溶液量的影响图Fig.4Influence of lean TEG mass concentration on theamount of TEG solution carried in gas3.4干气预处理对溶液损失的影响原料气中携带液体(水、盐类、重烃类、天然气井下作业及开发生产中所用化学助剂)和机械杂质(腐蚀产物、砂粒】【2 1-2 。这些杂质会直接污
20、染三甘醇溶液,导致溶液发泡,其中无机盐分(CaCl、Na C l、M g C l 等)还易与三甘醇发生反应生成结晶醇(结晶络合物)。因此,应在原料气进入脱水吸收塔前设置深度预处理设备(如过滤分离器),分离出5m以上的胶质固体颗粒、粉尘和液滴2 3 。应合理设置脱水吸收塔的塔径,气速偏大容易造成三甘醇溶液损失,且脱水吸收塔顶应设置丝网捕雾器去除直径3m以上液滴,丝网捕雾器上部到塔顶的距离应大于塔径的0.35倍,丝网捕雾器底部到塔盘的距离应大于塔盘间距的1.5倍。为深度捕捉脱水吸收塔顶气中携带的饱和三甘醇溶液,可在吸收塔气体出口下游设置高效气液聚结器。该设备有多级分离内件,可以将液滴直径0.3m以
21、上的微小液滴聚结为大液滴,实现微小携带液的分离,分离后的大液滴从聚结器底部排出。排出的液体返回溶液再生系统循环使用,分离液体后的干气作为合格产品气从聚结器顶部出口计量外输。原料气的压力越低、温度越高,三甘醇溶液的损失越大。原料气的温度越高,需要的三甘醇贫液浓度越高,再生系统的气提气量就越大,整个吸收和溶液系统损失的三甘醇量也成倍增加。因此,原料气选择适宜的温度和压力也是控制溶液损失的有效方法。4闪蒸气携带三甘醇溶液分析从脱水吸收塔底分出的高压三甘醇富液经过减压、换热、闪蒸、过滤后进人再生塔进行常压再生。其中闪蒸过程中分离出的烃类气体可作为燃料气使用。通常情况下闪蒸温度为40 6 0,闪蒸压力为
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