低处理量乙二醇再生工艺改进
Outline:
蒋洪
,
郑贤英
收稿日期：2011-11-04；修回日期：2011-11-25
作者简介：蒋洪(1965-)，男，副教授，1986年7月毕业于西南石油大学油气储运本科专业，1992年3月获油气储运专业硕士学位，现在从事教学和科研工作。地址：(610500)四川省成都市新都区新都大道8号西南石油大学石油工程学院油气储运研究所。电话：13880578669。E-mail：
jihos@163.com.
摘要：分析了乙二醇再生工艺存在的醇烃分离不彻底、乙二醇溶液盐富集引起再生设备结垢堵塞、乙二醇发泡等问题，并提出了解决措施。新疆克拉美丽气田原乙二醇再生装置处理量低、设计过于简单，导致再生系统无法正常工作，出现了塔内结焦、再生设备堵塞、贫液温度过高等问题，再生后的乙二醇不合格。为保障克拉美丽气田乙二醇再生装置的平稳高效运行，在对其存在问题进行分析的基础上, 对克拉美丽气田乙二醇再生装置进行了模拟分析，优化了工艺参数，选用了高效设备，并提出了有效的改进方案。
关键词：乙二醇 再生工艺 低处理量 醇烃分离 结垢 改进方案
Improvement of ethylene glycol regeneration process at low feedstock situation
Outline:
Jiang Hong
,
Zheng Xianying
Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, Sichuan, China
Abstract: The problems of glycol foaming, scaling and blocking of regeneration equipment caused by incomplete alcohol hydrocarbon separation, glycol soluble salts gathering were analyzed and the solutions were proposed. The original design of glycol regeneration process in Kelameili gas field is so simple that the regeneration system can not be operated properly, resulting in column fouling, equipment scaling, high temperature of lean liquor, and the regenerated glycol can not meet industrial specifications. In order to guarantee stable and efficient running of glycol regeneration unit in Kelameili gas field, based on the analysis of existing problems, regeneration unit are simulated, process parameters are optimized, and high efficient equipment are selected, and the effective improvement program are proposed.
Key words:
glycol regeneration process low feedstock situation alcohol hydrocarbon separation scaling improvement process
气田采集气管道的防冻和天然气低温分离多采用乙二醇作为水合物抑制剂，目前国内主要采用精馏法对乙二醇进行再生，但在实际运行过程中该工艺存在一系列问题。新疆克拉美丽气田部分气井采用井口注乙二醇工艺防止水合物的生成，同时天然气低温分离的过程中选用乙二醇作为防冻剂，其乙二醇再生处理量为0.55 m3/h，处理量较小。克拉美丽气田乙二醇再生装置在运行过程中，再生工艺设计过于简单，出现了乙二醇再生不合格，换热器堵塞、再生塔内结焦等问题。为此，针对低处理量乙二醇富液再生问题，通过对其再生工艺进行分析模拟，优化工艺参数，对乙二醇再生系统进行设计优化，选用合理设备，提出了低处理量乙二醇再生工艺的改进方案。
1 乙二醇再生工艺存在问题及解决措施
1.1 醇烃分离效果差
天然气低温分离后，乙二醇、凝析油、水由低温分离器出来，进入三相分离器。在分离过程中，醇烃分离不彻底，易造成凝析油稳定装置结垢、乙二醇消耗量增大等问题。影响醇烃分离效果的因素主要包括分离器的设计参数、进料温度、停留时间等。研究表明：醇烃分离器中温度过低或波动较大都会影响醇烃分离效果。乙二醇富液与凝析油粘度随温度的变化见图 1。当温度小于15 ℃时，由于乙二醇粘度较高且乙二醇处于乳化区域内，醇烃分离效果差、易乳化。当温度大于40 ℃后，乙二醇粘度降低，且较高温度有助于破乳，使醇烃易于分离。
图 2为不同温度下醇烃分离的停留时间对比。根据对比结果，温度较高时(50 ℃)，醇烃能在2 min内完全分离，而温度较低时(24 ℃)，分离时间较长。
由此看出，操作温度和停留时间都会影响醇烃分离效果。为解决乙二醇富液烃类含量高的问题，除合理设计三相分离器尺寸外，建议将分离温度控制在50 ℃左右，并控制好在分离器中的停留时间(15 min~30 min)，以达到较好的分离效果。
1.2 乙二醇装置结垢
乙二醇中所含的杂质、盐类等在乙二醇装置上沉淀，引发结垢问题，常见的结垢问题主要有：
(1) 重沸器上硫化铁沉积。一般出现在含硫天然气处理系统中，目前还没有较好的防止措施，只能定期人工清除沉积的硫化铁。
(2) 碳酸盐沉淀导致设备结垢。这主要出现在气田地层水量较大的情况下。主要的结垢部位在管道、过滤器、贫富液换热器、再生塔填料和重沸器管束等。碳酸盐和碳酸氢盐沉淀是常见的盐类结垢现象，结垢不仅会影响重沸器、换热器的换热效果，造成乙二醇污染，还会附着在填料表面，影响填料的工作性能，并增大塔顶产物乙二醇携带量。贫富液换热器结垢一般出现在贫液进出口，精馏塔结垢一般出现在塔底，重沸器结垢主要沉积在重沸器壁和管束之间。
解决再生设备结垢的方法主要有以下几种：
(1) 贫富液换热器防垢。在操作稳定的条件下增加流量, 使用阻垢剂，并选用易于清洗的板式换热器。
(2) 填料塔防垢。优化进料分布，定期清洗填料。
通常乙二醇再生系统进口需设富液过滤器。阻垢剂方面，有文献提出注入胺类抑制剂来防止结垢，但抑制剂的注入可能会引发乙二醇乳化和发泡，不建议采用。目前常规的方法是定期对换热器、填料等进行清洗除垢。对于易结垢的情况，建议填料采用散装填料，以利于定期清洗。
1.3 乙二醇发泡
乙二醇受到污染时容易发泡。天然气中含有的烃液、盐类、固体炭及容器内壁腐蚀的杂质等进入乙二醇溶液后，形成活性物质而造成乙二醇发泡。
防止乙二醇发泡的措施有：定期清除乙二醇富液储罐内积累的凝析油层；对贫液储罐进行定期检查和注入破乳剂；系统增加过滤器或使用并联过滤系统，过滤掉液体中含有的杂质，并定期更换活性炭过滤器、使用过滤膜和助滤剂。
2 克拉美丽气田乙二醇再生工艺现状
2.1 乙二醇再生工艺流程
克拉美丽气田部分气井采用注乙二醇防止水合物工艺，同时在低温分离过程中注入乙二醇防冻。原乙二醇再生装置再生处理量为550 L/h，乙二醇富液质量浓度为40%~60%，再生后乙二醇贫液质量浓度为80%~85%。工艺流程见图 3：从凝析油二级闪蒸分离器及液烃三相分离器来的乙二醇富液，进入乙二醇富液缓冲罐，在缓冲罐内经计量泵提升进入乙二醇再生装置。乙二醇贫富液换热器采用套管式换热器，乙二醇再生装置塔底重沸器热源为导热油，再生塔操作参数见表 1。由于处理量较小，装置设计过于简单，气田乙二醇处理装置在试产过程中出现了乙二醇再生不合格、再生设备结垢及再生塔结焦等问题，导致装置无法正常运行。
表 1
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表 1 原乙二醇再生塔操作参数
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2.2 乙二醇再生装置在运行中存在的问题
对乙二醇再生工艺和再生设备的选择进行了分析，认为现有气田再生系统在设计上存在以下问题：
(1) 由于处理量较小，工艺流程设计过于简单，再生塔进料前未设置富液过滤器，乙二醇富液从三相分离器出来后直接进入贫富液换热器，致使乙二醇富液中的杂质进入贫富液换热器和再生塔，降低了换热效果，增大了进入再生塔的凝析油量。(2)原工艺醇烃混合液从低温分离器出来后，与凝析油稳定塔出来的热凝析油进行换热，换热效果随凝析油量的变化而变化，不利于醇烃分离器的稳定运行，致使醇烃混合液进入三相分离器的温度过低。三相分离器设计分离温度为30℃，醇烃分离效果差，导致部分凝析油进入乙二醇再生塔，引起乙二醇发泡、再生塔结垢结焦等一系列问题。
(3) 气田水量高于预测值且含盐量高，盐类在乙二醇溶液中富集，引起装置结垢结焦，再生设备结垢堵塞，再生后的乙二醇贫液呈黑色，严重影响乙二醇的防冻效果。
(4) 再生流程中再生塔无回流。气田乙二醇再生工艺采用的是塔中部进料，无回流，仅靠塔内蒸汽在上升到塔顶过程中空冷回流，塔顶设置捕雾器。该工艺的缺点是富液进塔后直接汽化，携带大量的乙二醇出塔，乙二醇损失量大。根据乙二醇再生流程的模拟结果，乙二醇损失量为5 kg/h。
(5) 贫富液换热效果差，乙二醇贫液温度过高。贫富液换热器采用的是与塔底连接的套管换热器，换热效果差。同时流程未设贫液冷却器，造成贫液温度过高，影响乙二醇循环泵的工作寿命。
(6) 再生系统尾气排放不符合标准。由于再生装置尾气量小，气田未设尾气处理装置，从而直接排放到大气中，造成了环境污染。
3 乙二醇再生系统改进方案
克拉美丽气田对产水量高的气井改用井口加热工艺，解决了乙二醇再生装置处理量增大、产出水中盐分引起乙二醇再生装置结垢结焦问题。同时对乙二醇再生工艺流程进行了改进，改进后的乙二醇再生工艺流程如图 4所示，流程模拟参数见表 2。乙二醇再生塔分为两部分，上部为立式列管换热器，下部为精馏塔。乙二醇富液首先进入机械过滤器和活性炭过滤器，除去富液中杂质和降解产物。之后进入再生塔塔顶，经塔顶立式列管换热器换热后由乙二醇再生塔中部进料。再生后的乙二醇贫液由塔底出来，换热后进入循环系统。
表 2
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表 2 乙二醇再生工艺主要参数
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乙二醇再生工艺流程在设计中采用了成熟可靠的工艺技术，简化了流程，其工艺特点如下：
(1) 将三相分离器前的轻烃复热换热器改为加热器，将导热油作为热源对醇烃混合液加热，将醇烃分离器内温度由30 ℃提高到50 ℃，提高了醇烃分离效果，减少了凝析油中乙二醇的携带损失量。
(2) 在富液进塔前增设了机械过滤器和活性炭过滤器，除去乙二醇富液中的杂质及少量凝析油，减少凝析油携带量，防止系统设备堵塞。
(3) 与传统乙二醇再生工艺相比，塔顶采用立式列管换热器作为贫富液换热器，富液进塔后首先与塔顶水蒸气换热到一定温度后进入再生塔再生。塔顶水蒸气与乙二醇富液接触换热后，冷凝回流，并通过自动控制系统控制富液流量与换热温度。该工艺既解决了克拉美丽气田乙二醇再生工艺无回流问题，降低了乙二醇携带损失量，又避免了单独设置塔顶回流罐和贫富液换热器，简化了流程。通过模拟计算，改进后乙二醇损失量降低为0.04 kg/h。
4 结论
(1) 乙二醇再生系统醇烃分离不彻底易引起塔内结焦、结垢等。可通过提高醇烃分离器温度和优化分离器设计来提高分离效果。一般醇烃分离温度应控制在50 ℃左右，并在进塔前设置富液过滤器。
(2) 通过增加乙二醇富液过滤器，提高贫富液换热温度，增加回流等措施，解决了克拉美丽气田原乙二醇再生装置存在的结垢、结焦和乙二醇损失量大等问题。
(3) 乙二醇再生塔塔顶设立式列管换热器，采用富液冷凝塔顶蒸汽回流，取消了塔顶回流罐，简化了流程，适用于小处理量的乙二醇再生工艺流程。
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2012, Vol. 41