劉百春 文韻豪 艾國(guó)生 劉主宸 韓國(guó)強(qiáng)

（1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司；2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院）

1 現(xiàn)狀

2007 年4 月，英買(mǎi)力油氣處理裝置開(kāi)始投產(chǎn)運(yùn)行，主要對(duì)英買(mǎi)力氣田群的天然氣進(jìn)行處理，天然氣處理裝置設(shè)計(jì)處理規(guī)模為700×104m3/d，分為2套，目前天然氣處理量為571×104m3/d，為了滿(mǎn)足管輸指標(biāo)，需對(duì)天然氣進(jìn)行脫水，英買(mǎi)力處理廠采用了高效脫水的分子篩吸附，濕氣再生的工藝[1-4]。

天然氣處理系統(tǒng)耗能較大，處理工藝用能形式主要是熱能和電能，其中熱能由燃料氣轉(zhuǎn)化，主要用于導(dǎo)熱油加熱；電能主要用于泵、壓縮機(jī)、空冷器等[5-6]。國(guó)內(nèi)天然氣處理單位能耗水平與國(guó)外有一點(diǎn)差距，美國(guó)處理104m3天然氣能耗約為2 500 MJ[7]，吉拉克氣田集中處理站單位綜合能耗[8-9]為5 719 MJ/104m3，牙哈氣田油氣處理單位能耗為8 487 MJ/104m3。

天然氣處理過(guò)程中分子篩脫水單元和輕烴回收單元能耗分別為366 252 MJ/d 和304 785 MJ/d，分子篩脫水單元是天然氣處理系統(tǒng)主要的能耗單元，約占總能耗的54.58%。分子篩脫水單元電能日消耗量為449.4 kWh，燃料氣日消耗量為9 268.9 m3，消耗的燃料氣和電能折算后能耗比例分別為98.5%和1.5%。脫水單元中的分子篩再生器使用高溫導(dǎo)熱油供熱，再生氣溫度約為240 ℃，再生氣量大，能耗高，因此是天然氣處理中節(jié)能降耗的重要單元。為了提高處理廠經(jīng)濟(jì)效益，以降低天然氣處理工藝能耗為目標(biāo)，對(duì)天然氣分子篩單元進(jìn)行能耗分析，調(diào)整工藝參數(shù)，充分利用余熱[10]。

2 天然氣處理系統(tǒng)能流分析

以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研到得的組分和流量，通過(guò)仿真軟件HYSYS 模擬，得到天然氣處理工藝流程能流圖。從換熱網(wǎng)絡(luò)流程圖可以得到天然氣處理單元中換熱網(wǎng)絡(luò)比較簡(jiǎn)單，物流之間換熱較少，主要包括貧氣與富氣通過(guò)貧富氣換熱器進(jìn)行換熱、脫丁烷塔進(jìn)料與脫乙烷塔塔底出料通過(guò)脫丁烷塔進(jìn)料換熱器進(jìn)行換熱。

輕烴回收單元受到液化石油氣和穩(wěn)定輕烴質(zhì)量要求的限制，脫乙烷塔和脫丁烷塔的塔底溫度變化范圍不大，而重沸器負(fù)荷主要受到塔底溫度的影響，輕烴回收的能量消耗主要表現(xiàn)在重沸器負(fù)荷上[11]，因此輕烴回收不作為本文的主要能量改造分析。

3 分子篩工藝流程能耗分析

圖1 分子篩脫水單元流程

英買(mǎi)力油氣處理廠分子篩脫水單元流程圖如圖1 所示。英買(mǎi)力油氣處理廠中原料氣和閃蒸氣壓縮機(jī)組來(lái)氣通過(guò)原料氣分離器后后，大部分天然氣（22.5×104m3/h）經(jīng)過(guò)高效過(guò)濾器后去分子篩吸附塔進(jìn)行脫水處理，脫水后經(jīng)過(guò)粉塵過(guò)濾器去輕烴回收單元；小部分天然氣（1.02×104m3/h）去再生氣加熱器加熱至260 ℃，對(duì)分子篩床層熱吹，將分子篩吸附水解吸，熱吹后溫度變?yōu)?30 ℃，隨后去再生氣冷卻器冷卻至50 ℃進(jìn)入再生氣分水罐分離出水，與經(jīng)過(guò)高效過(guò)濾器的天然氣混合，進(jìn)入分子篩吸附塔脫水。

分子篩采用濕氣再生的方法，能脫除天然氣中大部分的水，使水露點(diǎn)低于-40 ℃。處理廠分子篩脫水單元包括2 個(gè)吸附塔，1 個(gè)再生塔，1 個(gè)冷卻塔，4 座塔器周期運(yùn)行。分子篩吸附和冷卻不會(huì)消耗能量，但是分子篩再生時(shí)，高溫導(dǎo)熱油（280 ℃）通過(guò)再生氣加熱器將40 ℃再生氣加熱至260 ℃，消耗了大量的熱能。熱吹后的再生氣溫度依然很高（230 ℃），通過(guò)空冷器冷卻至50 ℃也消耗了一定電能。分子篩脫水能耗見(jiàn)表1。

表1 分子篩脫水能耗統(tǒng)計(jì)

由表1 可知，雖然空冷器會(huì)消耗一部分電能，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及導(dǎo)熱油加熱再生氣的熱能，僅為總能耗的1.5%，因此，分子篩的節(jié)能降耗的改造主要是降低導(dǎo)熱油加熱的熱能消耗，減少導(dǎo)熱油的供應(yīng)量。分子篩再生氣熱吹后的溫度為230 ℃，仍然擁有著巨大的余熱資源，針對(duì)分子篩脫水單元再生氣余熱較大的情況，提出了以下的高溫再生氣余熱回收利用方案。

4 分子篩脫水工藝余熱利用方案

在目前的分子篩處理工藝上，增加1 臺(tái)再生氣預(yù)熱器，利用熱吹完成后的高溫再生氣（240 ℃）對(duì)即將加熱的低溫再生氣（35 ℃）進(jìn)行預(yù)熱至130 ℃，預(yù)熱后再將再生氣加熱至260 ℃；換熱后的高溫再生氣為140 ℃，再通過(guò)空冷器冷卻至40 ℃。

此方案能夠回收一部分的高溫再生氣的熱量，降低空冷器和導(dǎo)熱油的負(fù)荷，進(jìn)而降低能耗。分子篩脫水余熱利用方案工藝流程見(jiàn)圖2。分子篩再生氣余熱利用方案節(jié)能效果見(jiàn)表2，結(jié)果顯示分子篩余熱再利用方案的能量回收效率高，單套分子篩脫水裝置再生氣加熱器負(fù)荷從原來(lái)的1 383 kW 降低至836 kW，每天可節(jié)省2 990 m3燃料氣，年節(jié)省77.94萬(wàn)元，節(jié)能效果十分明顯，改造方案簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)。

圖2 分子篩脫水單元余熱利用方案工藝流程

表2 分子篩再生氣余熱利用方案節(jié)能效果

5 結(jié)論

分子篩余熱改造方案通過(guò)在再生氣加熱之前增加1 臺(tái)再生氣預(yù)熱器，可以回收大量余熱，降低處理能耗，減少冷卻器負(fù)荷。單套分子篩脫水裝置再生氣加熱器負(fù)荷從原來(lái)的1 383 kW 降低至836 kW，每天可節(jié)省2 990 m3燃料氣，年節(jié)省77.94 萬(wàn)元，并且可操作性強(qiáng)，節(jié)能效果明顯。