天然气脱水的目的是保证天然气在输送过程中不析出液态水，不形成水合物，以控制管道和设备的腐蚀[1]。三甘醇脱水工艺是国内外常用的脱水方式[2-5]。但当天然气中含有苯、甲苯等芳香烃(BTEX)时，三甘醇不仅会吸收水，还会吸收一部分BTEX[6-7]，从而在三甘醇再生阶段生成一定量的再生废气。目前，国内气田脱水工艺对三甘醇再生废气主要采用直接外排的处理方式，三甘醇再生废气直接排放到空气中，呼吸到人体内会对健康造成危害，也会对周围环境与设备造成不同程度的损坏[8-9]。针对三甘醇再生废气的污染问题，提出DRIZO脱水工艺与再生废气的再利用改进工艺，不仅起到了资源再利用的作用，还解决了三甘醇再生废气危害人体健康和污染环境的问题。
典型的三甘醇脱水工艺流程如图 1所示[10]。
湿天然气进入进口分离器，分离固体杂质、游离水等后进入吸收塔底部，与塔顶注入的贫三甘醇溶液逆流接触脱除水分，塔顶天然气经过外输气分离器分离后外输。三甘醇富液经吸收塔塔底流出，经过节流降压与加热后进入闪蒸罐，尽可能闪蒸出其中所溶解的烃类气体。闪蒸气体可根据其组成进入燃料系统或灼烧炉等。闪蒸后的三甘醇富液经过三级过滤后进入贫富液换热器以提高三甘醇进再生塔的温度，再生后的三甘醇贫液经三甘醇贫富液换热器冷却后由泵送回吸收塔，实现三甘醇贫液的循环利用。
通过HYSYS对国内气田典型三甘醇脱水工艺进行模拟，其中气田原料气组分如表 1所示。原料气压力10 MPa，温度40 ℃，处理量500×104 m3/d。热力学模型选用PR方程，模拟流程图如图 2所示。
通过HYSYS模拟可以看出，大量芳香烃(BTEX)组分在吸收塔被三甘醇吸收，再生塔塔顶废气中C1摩尔分数14.1%，H2O摩尔分数80.5%，芳香烃(BTEX)摩尔分数高达4.45%。几乎所有的芳香烃(BTEX)组分在再生塔中被释放出来。在大多数国家的污染物排放标准中，芳香烃组分被认为是有害物质，其排放受到严格管制。由于再生废气直接采用外排方式，对人的健康与环境安全造成了极大的威胁。因此，三甘醇再生废气直接外排的方式逐渐被取代。
针对三甘醇脱水再生废气直接排放的缺点改进三甘醇脱水工艺流程，将再生废气冷凝后，再生气在脱水系统内循环，污水经过污水气提塔气提，从而解决再生废气的直接排放问题[11]。在改进工艺流程中，三甘醇流量可达1 000 m3/d，其贫TEG质量分数可达99.99%，进料湿气的温度可达60 ℃，压力可达15 MPa。三甘醇脱水改进工艺流程如图 3所示。塔顶设置冷凝器、鼓风机、污水气提塔和泵等设备。再生废气通过塔顶冷凝器进行冷凝，冷凝水和液态BTEX与再生废气在分离器中分离，再生废气作为气提气经鼓风机加压，并在另一常压吸收塔中与从甘醇吸收塔来的甘醇富液逆流接触后作为气提气回用。污水在处理前首先经过污水气提塔，通过鼓风机向塔内鼓入外输干气对其进行气提，从而减少尾气及排放水造成的环境污染。
方案一工艺流程具有以下特点：
(1) 在不增加更多附加设施的前提下，就能满足非常严格的排放标准(BTEX排放量≤25 t/a)。
(2) 操作费用低。
(3) 在相同操作条件下具有更低的水露点。
(4) 再生废气用作气提气，不仅可降低环境污染，还能减少三甘醇的损失。
(5) 污水在进污水处理装置前，首先经过污水气提塔，以降低污水中的BTEX含量。
DRIZO脱水工艺与典型三甘醇脱水工艺的区别在于它采用共沸再生三甘醇。通过向再生塔重沸器中注入BTEX溶液，不仅可实现对BTEX气相组分的回收，而且使得再生后三甘醇贫液质量分数达到99.99%或更高。DRIZO脱水工艺流程如图 4所示。与常规三甘醇脱水工艺不同，DRIZO脱水工艺在塔顶设置三相分离器，含BTEX的再生废气经塔顶冷凝器冷凝后进入三相分离器。再生气、水和BTEX溶液在三相分离器中分离[12]。通过将BTEX溶液循环到三甘醇再生系统中作为溶剂替代惰性气提气，可以实现对BTEX的回收利用，以减少三甘醇损失，降低对环境的污染[13]。
方案二工艺流程具有以下特点：
(1) 流程短，工艺成熟可靠，操作方便。
(2) BTEX溶液在三甘醇再生系统中循环，可有效降低三甘醇的损失量。
(3) 有效降低三甘醇循环量，减小重沸器的热负荷。
(4) BTEX气相组分回收率可达95%以上。
(5) BTEX溶液作为DRIZO工艺溶剂，不仅极大地降低了BTEX的排放，还可使成本大大降低。
通过HYSYS对三甘醇脱水改进工艺进行模拟，模拟流程如图 5所示。
从HYSYS模拟结果可以看出，含有BTEX的冷凝水通过污水气提塔后，气提塔塔底组分中H2O的摩尔分数为99.99%，TEG摩尔分数为0.005%，BTEX含量可以忽略不计；污水气提塔塔顶含BTEX外输干气进入燃烧炉进行燃烧。三甘醇脱水改进工艺不仅能有效降低外输干气的用量，还可使BTEX近乎达到零排放，同时可减少三甘醇损失，节约外输干气。
通过HYSYS对DRIZO脱水工艺流程进行模拟，共沸剂采用正庚烷，模拟流程见图 6。
从图 6可以看出，三甘醇吸收BTEX后与共沸剂接触，再生气冷却后进入三相分离器，BTEX进入共沸剂中循环使用而非直接排放到大气。再生气中BTEX组分摩尔分数为0.547%，可作为燃料气的补充或进灼烧炉，大大降低BTEX对环境的污染。
通过对上述三甘醇脱水工艺流程及两种改进流程进行模拟分析可以看出，DRIZO脱水工艺相对于原流程与方案一，其三甘醇贫液质量分数提高到99.83%，三甘醇再生温度仅需190 ℃，重沸器功率最小。在DRIZO脱水工艺流程中，BTEX作为共沸剂使用，显著降低了BTEX排放，使BTEX排放最小化，从而减少了对大气环境的污染。DRIZO脱水工艺还具有流程短、工艺成熟可靠、操作方便等特点。因此，经过对比论证，对于含有BTEX的天然气，方案一可实现BTEX零排放，方案二BTEX的排放满足环境要求。而方案二的能耗、产品气水露点等指标更优，故推荐采用DRIZO脱水工艺流程。改进前后的3种工艺流程对比见表 2。
针对气田处理厂三甘醇脱水工艺含BTEX再生废气直接外排污染环境等问题，通过HYSYS对三甘醇脱水及改进工艺进行模拟、分析，可得出以下结论：
(1) DRIZO脱水工艺具有流程短、工艺成熟可靠等特点，具有较高的推广应用价值。
(2) DRIZO脱水工艺可以提高三甘醇贫液质量分数，减小三甘醇循环量，降低再生温度，从而降低再沸器热负荷。
(3) 对于单套500×104 m3/d处理装置，再生废气用作气提气，可节约干气878.64 m3/d。
(4) BTEX作为共沸剂使用，不需要额外的气提气，使得BTEX得到回收利用，可降低对环境的污染。
(5) 对于再生废气经过冷凝后回收用作气提气的改进工艺，其BTEX可达到零排放。
2018, Vol. 47 Issue (2): 31-35，40
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