利用HYSYS计算摸型优化长庆油田站边气田甲醇回收

王勇 苟永平

（西安长庆科技工程有限责任公司）

长庆油田靖边气田在采气过程中，通常在井口节流降压，形成低温气体。为防止天然气在采出和集输中形成水合物堵塞管道，需要在井口注入甲醇或乙二醇作为防冻剂。这些防冻剂如果不回收，不仅增加生产成本，还对环境造成污染，特别对地下水造成污染。为降低运行成本和防止含醇污水污染环境，需对污水中的甲醇进行回收。由于含醇污水携带地层水、凝析油等成分，回收工艺变得较为复杂。由于靖边气田采用注醇工艺所注入的抑制剂是甲醇，因此，回收甲醇具有显著的经济效益和社会效益［1］。

1 靖边气田含甲醇污水特点

一是，随着总气量显著变化，总产水量也相应跟着变化。每生产 10×104m3天然气，约产出 1m3含甲醇污水。

二是，污水中甲醇含量随季节显著变化。夏季最低约为5%～10%，冬季最高约为20%～25%。

三是，靖边气田大约有30座集气站，并且每个集气站地层水质不同，甲醇污水差异较大。天然气产量每天都处在动态变化之中，各集气站甲醇污水量也相应变化，因此，净化厂含甲醇污水储罐中的水质也变化显著［2］。

2 污水性质及水质预处理研究

由于各气田污水中所含杂质类型和数量不同，使得气田污水的性质有很大差别。除密度、相对密度外，常用以下参数描述污水性质。

污水中的酸度：也称酸性，表示中和碱性物质的能力，表明水溶液中H+的过剩程度。水内通常溶有 CO2、H2S、有机酸（如醋酸）、矿物酸或酸性盐类的水解通常是污水酸度的来源。

含盐度：也称总矿化度，是指水溶液中溶解矿物盐类的总量，单位为mg/L。可用Cl-1浓度或NaCl浓度表示含盐度，并对水进行分类。淡水的含盐度小于2 000mg/L，微咸水含盐度为2 000～10 000mg/L，咸水含盐度大于10 000mg/L，海水的平均含盐度为35 000mg/L。含盐度大小影响气体在水中的溶解度和水的腐蚀性。

正是因为污水中含有气、液、固杂质，所以在集输生产、污水处理、回注过程中会产生腐蚀和结垢等问题。结垢后的污水内溶有许多矿物盐类，各种盐类在水中有一定的平衡溶解度，随压力、温度、水中其他离子和溶解气浓度等因素而变化，并具有很大的变化范围。因此，含醇污水总体特点是矿化度高，pH值偏低而呈酸性，给甲醇回收造成一定的难度［3］。

3 含甲醇污水处理工艺方案

3.1 方案分析

气田含甲醇污水宜集中处理，其原因是甲醇回收装置能耗及冷却水用量大，若分散在各集气站处理，不但要增加操作管理人员，而且配套系统多、投资大。回收甲醇后的剩余污水不再直接回注地层而去净化厂污水处理装置。目的是既减少气田开采中高含盐水的总排污量，又避免事故排放中甲醇及高含盐水对环境的危害［4-5］。

为适应气田污水甲醇含量的变化，一般采用精馏工艺，精馏塔采用“浮阀＋筛板”的复合结构。综合考虑投资及运行成本，回收的甲醇浓度应大于95%，剩余污水中甲醇含量小于0.1%为合格。

3.2 工艺流程

含甲醇污水用进料泵从储罐抽出，然后经过换热器与污水换热后进入加热器加热至 95℃进入精馏塔，蒸馏出污水中甲醇。甲醇蒸汽从精馏塔塔顶进入空冷器，冷却至40℃后进入回流罐，然后用回流泵抽出，一部分打入塔顶作回流，另一部分作为产品去储罐。塔底污水与原料换热后回注地层［6］。

3.3 回收甲醇HYSYS模拟计算

基础数据：污水处理量为150m3/d；污水甲醇含量 36%；温度为 20℃；压力为常压（120kPa）；要求产品的甲醇浓度不小于95%，污水含甲醇不大于0.1%。

罐区来的甲醇污水，温度15℃，压力0.11MPa，经过污水泵增压后压力为0.185MPa，然后经换热器换热，换热后物流温度为70℃，二次经换热器换热温度达到90℃进入甲醇精馏塔进行蒸馏，甲醇精馏塔压力控制在 0.105～0.15MPa，塔盘数控制在 45块，塔顶冷凝器的甲醇摩尔分数控制在96%。含甲醇的污水在此温度下进行闪蒸和精馏，经过充分闪蒸和精馏后塔顶出来的甲醇温度为66.37℃，压力为0.105MPa进入产品储罐。塔底污水温度为111.3℃，压力为 0.15MPa。污水从塔底出来后分成两部分，约30%的污水二次经换热器换热给原料甲醇污水提供热量，换热后温度为39.21℃去净化水罐；另外，约70%的污水经泵增压至0.2MPa，再经加热器加热至119.4℃，通过打循环进入甲醇精馏塔第五层塔盘。

该模拟流程设置一调节器，设定污水中含水率为99.99%，当污水中的含水率高于这个值时，通过调节器自动调节减少污水量；当含水率低于这个值时，通过调节器自动增加污水量，从而实现控制污水中的甲醇含量。以上所有参数均采用HYSYS软件计算模拟得出［7-8］详见图1。

图1 甲醇污水回收HYSYS计算模型

3.4 模拟后设备的优化

根据 HYSYS软件建立的含醇污水甲醇回收模型，利用该模型对现场甲醇回收工艺参数进行优化，以及对换热器等设备进行简化。模拟结果显示：当甲醇回收率控制在96%时，加热器的热负荷比优化前减少了20%；精馏塔塔底热负荷比优化前减少了30%；精馏塔操作压力可控制在 0.1～0.15MPa，比现场操作压力降低了 0.02MPa，基本能满足精馏塔在常压下运行。另外，塔顶的回流也提高了10%，含醇污水在塔内回流更加充分，甲醇回收率进一步提高，比优化前甲醇回收率提高了10%。同时，当换热器和加热器的热负荷降低时，设备的结构也得到进一步优化和简化。因此，模拟计算不仅提供了提高甲醇回收率和能耗的方法，还对换热器及重沸器的结构选型提供了理论依据［7-8］。模型优化前后装置工艺参数对照见表1。

表1 模型优化前后装置工艺参数对照

4 结论与建议

通过分析长庆油田靖边气田含醇污水特点，对污水性质及水质预处理进行了研究。针对气田所建甲醇污水处理装置，采用HYSYS软件进行了模拟计算，模拟结果表明：软件计算所确定的加热器负荷、精馏塔塔底热负荷为现场换热器及重沸器结构选型提供了理论依据，最终回收甲醇含量超过99%，达到了实际处理的甲醇浓度95%的要求；另外，模拟计算对现场参数调节、温度控制具有实时指导意义。通过HYSYS计算还得出，甲醇产品的回收浓度由甲醇污水性质来确定，污水中含醇类多，相应加热器负荷、精馏塔负荷大些，反之则小。因此，该模拟计算还可确定出不同装置需要的不同能耗，达到优化和简化装置规模的目的。

建议现场含甲醇污水储运设施及甲醇回收装置应达到全密闭运行、最大限度地降低甲醇对环境的污染，实现生态环境保护。

[1] 王遇冬.天然气处理原理与工艺[M].版.北京: 中国石化出版社,2011: 82-85.

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[6] 郭揆常.矿场油气集输与处理[M].北京: 中国石化出版社,2009: 110-120.

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