HYSYS在三甘醇脱水工艺中的模拟计算

喻 靖

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300110）

HYSYS在三甘醇脱水工艺中的模拟计算

喻 靖

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300110）

本文主要以某大型天然气外输油田的三甘醇脱水工艺为背景，通过HYSYS软件对整个三甘醇脱水系统进行模拟，探讨在天然气脱水后影响露点值的参数，以便对各项参数的设置及优化。

流程模拟；HYSYS计算；三甘醇脱水；露点；参数优化

天然气水合物是指在一定温度、压力条件下，由水分子和碳氢气体分子组成的一种类冰的、可燃的、非固定化学计量的笼形晶体化合物[1]。在湿天然气外输过程中，特别在高压、低温条件下极易生成水合物，从而堵塞管道，对天然气生产和外输造成影响。为了避免天然气中水合物的形成，国内常用三甘醇进行脱水。三甘醇脱水工艺具有压力损失小、流程控制简单、工艺成熟可靠、操作检修方便等优点[2]。该方法也是目前运用较广泛，技术较成熟的一种天然气脱水工艺。

1 三甘醇脱水工艺流程及生产现状

本文以某油田三甘醇脱水工艺为例，该油田天然气外输量可达190×104m3/d，处理量为120×104m3/d，三甘醇循环量1.3 m3/h，天然气进料温度30℃，富液含水4%左右，贫液含水1.2%左右；天然气的摩尔组分（见表 1）。

三甘醇脱水工艺流程（见图1）。该工艺原理为湿天然气（或饱和气）在通过一系列的滤水滤烃之后，进入脱水塔塔底，与从塔顶进入的三甘醇贫液在脱水塔中进行逆流接触，湿气中的部分饱和水就被三甘醇吸收而脱除。脱水后的干气从吸收塔的顶部出来，经贫液干气换热器换热调压后出塔外输。此时三甘醇富液则从吸收塔底部出来，进入再生系统；三甘醇富液通过一系列的降压、换热、闪蒸、加热等工艺流程进行提浓，最后提浓后的贫液再经过循环泵加压，进入脱水塔顶部，完成三甘醇的吸收、再生和循环的过程。

图1 三甘醇工艺流程图

表1 某油田外输天然气组分表

脱水后的天然气水露点是反映该工艺脱水效果的一项重要参数。按规范[3]要求脱水后天然气的水含量不超过112 mg/m3，在一般的生产过程中要求脱水后的水露点至少比环境温度低5℃。目前，该油田在生产过程中，产品天然气的水露点（6.5 MPa下折算）一直在-2℃～-5℃波动，在该露点下外输，存在一定堵管风险（特别是在冬季低温环境下）。生产过程中，三甘醇富液中常发现黑油、烃类，过多的杂质会影响甘醇的浓度，从而使得脱水效能降低。同时再沸器能效较低，三甘醇贫液中的水分离效果差，贫液浓度较高。而且受循环泵泵效和再沸器性能的约束，生产过程中无法达到理想的循环量。

2 HYSYS流程模拟计算

2.1 流程建立

HYSYS软件是面向油气生产、气体处理和炼油供液的模拟及设计、性能检测的软件，该软件分动态和稳态两大部分[4]，主要用于油田地面工程建设设计和石油石化炼油工程设计计算分析。本文以某油田三甘醇脱水系统为背景，通过HYSYS软件对其进行模拟。HYSYS模拟中，Peng-Robinson状态方程（即P-R方程）因具有较高精度、适用性广的特点，为使流程快速收敛，同时减少误差，本文选P-R状态方程[5]。

根据实际工艺流程建立的HYSYS模拟流程（见图2）。为了使得模拟具有代表性和参考性，本文所选参数均为易生成水合物的冬季低温环境下该油田三甘醇系统的实际数值。湿天然气进料压力6.6 MPa、进料温度30℃；处理量120×104m3/d；三甘醇循环量1.3 m3/h；贫甘醇浓度98.8%；富甘醇浓度96%。在过程模拟中脱水塔塔板数选取8块塔板，并将换热、闪蒸、冷凝回流与再沸的流程进行了简化，同时增加了一个组分分离器进行水露点的计算，部分计算结果（见表2）。

图2 HYSYS模拟流程图

2.2 模拟计算结果分析

在过程模拟中，仅在改变天然气进料温度的前提下，不同温度对露点的影响（见图3）。当天然气温度从15℃升高至38℃时，干气露点从-12.57℃升高至-10.01℃，可见天然气露点会随着温度的升高而升高，这是因为随着温度的升高，水蒸气的气相溶解度增加，从而减少了在三甘醇中的溶解度。因此降低进料天然气温度，可明显降低露点。但如果温度过低会增加三甘醇的黏度，同时还可能产生水合物。因此，天然气进料温度一般不能低于水合物形成温度，即28.53℃，因此天然气进料温度一般控制在30℃左右。

表2 过程模拟计算结果

图3 天然气进料温度对露点的影响

在模拟过程中，增加天然气含水量，三甘醇富液浓度呈线性降低，露点也随之升高。在模拟过程中，通过定义再沸器不同的温度，贫液的含水量有明显变化，贫液浓度会随着温度的升高而增加，露点则有明显下降。这是因为三甘醇浓度越高，其含水量越低，而水分在气液两相间传质的推动力增大，有利于气液传质，提高吸收速率[6]。在本例中，所模拟的贫液为理想化组分，即贫液只含三甘醇和水，而在实际生产过程中贫液含有部分烃类杂质，在其含水量一定的情况下，三甘醇浓度必然是比理想状态下低的（见图4、图5）。

图4 天然气进料温度对富液浓度及露点的影响

图5 再沸器温度对贫液浓度及露点的影响

除了以上几点，在其他条件不变的情况下，三甘醇循环量可直观的影响贫富液浓度，具体结果（见图6）。但若要保持再沸器温度，其能耗也会随之增加。

图6 三甘醇循环量对再沸器能耗及露点的影响

本文的过程模拟计算情况同现场实际生产情况基本相符，计算结果真实可靠。根据上述模拟可知，在生产过程中，天然气温度、含水量，三甘醇循环量及贫液浓度对天然气的脱水效果有着比较显著的影响。在现场实际生产过程中可尽量将天然气进料温度控制在30℃左右；并且尽量在湿气进塔前对其液烃与游离水进行分离，以降低进塔时的水含量，降低烃类对三甘醇的影响，变相提高贫液浓度；同时再沸器温度在大概180℃后时，对贫液浓度和露点的影响有减弱的情况，因此可根据现场实际情况，在露点允许的情况下，尽量降低再沸器温度；同时，尽管提高三甘醇循环量可有助露点的降低，但并不能盲目选择，更应综合再沸器能效、泵效、贫夜浓度来进行合理选择。

［1］巩艳，林宇，汝欣欣，等.天然气水合物储运天然气技术［J］.天然气与石油，2010，28（2）：4-7.

［2］李明，温冬云，吴艳，等.相国寺地下储气库采出气脱水方案的选择［J］.天然气与石油，2011，29（4）：32-36.

［3］SY/T 0602-2005.甘醇型天然气脱水装置规范［S］.2005.

［4］孙兰义，张骏驰，石宝明，金海刚.过程模拟实训-Aspen Hysys教程［M］.北京：中国石化出版社，2015.

［5］刘家洪，周平.浅析HYSYS软件在三甘醇脱水工艺设计中的应用［J］.天然气与石油，2000，18（1）：18-19.

［6］袁宗明，王勇，贺三，等.三甘醇脱水的计算机模拟分析［J］.天然气与石油，2012，30（3）：21-26.

TQ018

A

1673-5285（2017）10-0146-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.10.039

2017－09-22