1. D区块组分分析
D区块为中含二氧化碳,中含硫的甲烷气。天然气主成分分析表如表1所示。地面原油主成分分析表如表2所示。
Table 1. Principal component analysis of natural gas
表1. 天然气主成分分析表
Table 2. Principal component analysis of surface crude oil
表2. 地面原油主成分分析表
2. 天然气脱水设计
2.1. 天然气水露点预测
通过对天然气水露点进行模拟,模型建立如下图,计算得到天然气在输送压力为2 MPa时,水露点为19.37℃,远远高于管道最低输送温度,因此天然气需要在输往用户前进行脱水处理。
2.2. 脱水方法比选
管输天然气,必须达到GB17820-2012《天然气》外输天然气的要求,包括水露点等指标,因此管输之前大多天然气需要进行脱水处理。此外,在天然气加工过程中由于采用低温,也要求脱除天然气中的水 [1] 。
脱水前含水天然气的露点与脱水后干气的露点称为露点降,常用露点降表示天然气的脱水深度 [2] [3] 。脱水方法比 [4] [5] [6] [7] 选见表3。
该区块附近只有一条原油输送管线,若天然气在联合站净化处理后外输,则需要新修建一条天然气输送管线。管线建设投资巨大,而该区块原油伴生气产量低,因此输送经济效益低,建设管线输送天然气不合算。
该区块处于油田公路网范围内,交通便利,且天然气产量低,则联合站天然气处理方式可设计为:天然气经过预处理后外输方式采用管输。
因溶剂吸收法、低温冷凝法脱水露点达不到天然气进入低温液化设备的要求,故必须用固体吸附法进行脱水干燥,将露点降低至−100℃以下(含水量小于1 mg/L)。
本次脱水深度需要达到−18℃,可以用三甘醇脱水,但是考虑到后面还需要轻烃回收工艺,故此次需要深度脱水,因此选用分子筛脱水。
Table 3. Comparison of dehydration methods
表3. 脱水方法比选
2.3. 分子筛脱水流程
湿天然气自上而下通过干燥塔的顶部流入底部,水分子在干燥塔的顶层被吸收,干气穿过床层经过干燥塔底部到达干气出口。当干燥塔吸附剂的上层被水饱和后,湿气中的水就与低床层原来吸附的烃类进行置换。由于气流自上而下流动,传质区不断向下移动,同时水汽将先前吸附的气体置换掉,直至床层最终全部饱和为止。在干燥塔完全饱和之前,将塔加以切换使其从吸附周期转换到再生周期 [8] [9] 。
2.4. 工艺参数计算
2.4.1. 吸附周期
吸附周期的确定与天然气的处理量和吸附器的数量有关。短周期8小时,两个塔,优点是填装分子筛量少,投资少,塔减少;24小时周期,两个塔,填装分子筛量大,再生次数少,对分子筛寿命有利,减少了切换操作次数 [10] 。
设计采用:8小时周期。
2.4.2. 干燥塔直径
1) 空塔流速
根据《油田油气集输设计技术手册上册》式(3-2-7)以及(3-2-8)
(1)
(2)
式中:G——允许的气体质量流量,kg/(m2·s);
C——系数,C = 0.25~0.32;
ρb——分子筛的堆密度,kg/m3;
ρg——气体在操作条件下的密度,kg/m3;
Dp——分子筛的平均直径(球形)或当量直径(条形),m;
——气体的空塔流速,m/s。
2) 干燥塔直径
根据《油田油气集输设计技术手册上册》式(3-2-9)
(3)
式中:D——干燥塔直径,m;
Q——天然气的处理量,m3/s;
2.4.3. 分子筛的用量
根据《油田油气集输设计技术手册上册》式(3-2-10)
(4)
式中:m——吸附剂用量,m3;
wH——每小时脱出的水量,kg/h;
t——吸附周期,h;
Xs——吸附剂动态饱和吸附量,kg/kg (水/吸附剂);
ρb——分子筛的堆密度,kg/m3。
2.4.4. 吸附传质区长度
根据《油田油气集输设计技术手册上册》式(3-2-11)
(5)
式中:hz——吸附传质区长度,m;
Z——气体压缩因子。
2.4.5. 再生气用量
根据《油田油气集输设计技术手册上册》式(3-2-12)
(6)
式中:G——再生气用量,kg;
Q——再生加热所需要的热量,kJ;
Cp——再生气的定压比热容,kJ/(kg·℃);
Δt——再生气平均温降,℃;
吸附系统设计:吸附压力0.6 MPa,温度21℃。
再生系统设计:用贫干气加热,再生加热气进干燥塔温度260℃,再生气出干燥塔温度200℃,床层
平均再生温度为
。
操作周期T = 8 h。
经计算可得干燥塔的尺寸以及分子筛、再生气用量,如表4示。
Table 4. Process parameters for molecular sieve dehydration
表4. 分子筛脱水的工艺参数
3. 结论
本文形成结论主要包括以下几方面:
(1) 对天然气脱水方法进行优选,通过对低温冷凝法、三甘醇脱水、活性氧化铝、分子筛等方法的分离原理、吸附剂、特点以及适用情况进行对比,结合D区块实际情况,最终确定分子筛进行脱水;
(2) 通过对分子筛脱水的工艺参数进行详细的计算,确定了干燥塔直径、干燥塔髙径比、干燥塔壁厚以及吸附传质区长度等参数。