近年来，页岩气作为非常规能源，在我国能源开采中所占比重越来越大[1-3]。尽管页岩气开采前景广阔，并在开采技术上取得了成功经验，见到了初步的成果，但在页岩气开采方面仍然存在一些不容忽视的问题，主要体现在技术和节能环保两方面[4-8]。页岩气在开采过程中通常伴随着水和硫等杂质，在运输及储存的过程中易造成腐蚀，因此，需要对页岩气进行脱酸脱水工艺处理[9-11]。应用HYSYS7.2对三甘醇脱水工艺流程进行了模拟计算及参数对比分析，通过改变三甘醇贫液浓度、甘醇循环量，对比天然气的脱水量，发现当处理量固定的情况下，三甘醇贫液浓度和甘醇循环量可以优化，并且满足水露点的要求。研究结论可为进一步高效节能地开发页岩气提供理论依据。
1建立TEG脱水工艺流程图
根据某地区页岩气的产量及含水特点，在软件HYSYS7.2中建立如图1所示的流程。已知来气压力6154.3kPa，温度为38℃，处理量为417×104m3/d。
2数值计算与结果分析
2.1影响脱水效果的关键因素分析
对于三甘醇脱水工艺，影响脱水效果的关键参数是三甘醇贫液浓度、三甘醇循环量、吸收塔和再生塔的塔板数、再生塔温度、再生方式。在甘醇循环量和塔板数一定的情况下，三甘醇的浓度越高，天然气露点就降得越大。因此，降低出塔干气露点的主要途径是提高三甘醇贫液浓度。根据溶液吸收原理，循环量、浓度与塔板数的相互关系如下：当循环量和塔板数固定时，三甘醇的浓度越高，露点降得越大；当循环量和三甘醇浓度固定时，塔板数越多，露点降得越大；当塔板数和三甘醇浓度固定时，循环量越大，则露点降得越大，但是当循环量增大到一定程度后，露点降的速率明显减少，并且如果循环量过大，可能会增大重沸器的工作量，动力消耗过大。
2.2三甘醇循环量和汽提气循环量的优化
在HYSYS7.2中，改变三甘醇循环量和汽提气的循环量，观察干气水露点的变化，结果如图2和图3所示。从图2中可以看出，随着三甘醇循环量的增加，外输干气含水量减小，外输干气水露点降低；当三甘醇循环在2.235m3/h以上时，外输干气和水露点降低的速率明显减慢，为了达到优化节能的目的，此时应将三甘醇的循环量定为2.235m3/h。同理，汽提气流量增加时，三甘醇贫液浓度增加，干气水露点降低；当汽提气流量达到0.5076m3/h以上时，干气水露点和三甘醇贫液浓度趋于稳定状态，不再变化。因此，在处理量为417×104m3/d时，通过对比得到最佳的汽提气流量为0.5076m3/h。综上可以看出三甘醇贫液浓度为99.36%，三甘醇循环量为2.235m3/h时，其净化天然气平衡水露点计算值为-7.709℃。因此，本流程采用99.36%的贫甘醇，采用气提再生工艺，实际水露点控制在-5℃以下是完全可行的。
2.3吸收塔、再生塔和闪蒸分离器的参数优化
根据417×104m3/d三甘醇脱水工艺流程图，该工艺中设置有TEG吸收塔。TEG吸收塔采用泡罩塔。由于三甘醇溶液循环量很小，为有利于气-液传质，保证塔板液封，增加操作弹性，故采用泡罩塔。闪蒸分离器通常分为卧式和立式。当进料气为贫气时，由于气体中所含重烃较少，在闪蒸分离器中不存在液烃，通常选用两相（气体和三甘醇溶液）分离器。液体在闪蒸分离器中的停留时间为5~10min。当进料气为富气时，由于气体所含重烃较多，通常选用三相（气体、液烃和三甘醇溶液）分离器，此时，为防止重烃使三甘醇溶液乳化和起泡，应使溶液升温至约65℃，停留时间定为10~15min左右。为保证闪蒸分离后的富三甘醇有足够的压力流过过滤器及贫／富三甘醇换热器等设备，闪蒸分离器的操作压力在0.35~0.52MPa之间效果较好。
3能耗分析
现以重庆某页岩气区块三甘醇脱水实际情况为例，对比优化前后各参数如表1、表2所示。从表中可以看出，优化后重沸器热负荷和单位综合能耗明显降低。
4建议
页岩气在运输及储运过程中会产生较大量的水，如不及时处理，可能会生成水和物甚至引起管道设备的腐蚀，因此，研究页岩气的脱水工艺十分必要。在TEG法脱水过程中，当塔板数和三甘醇浓度固定时，循环量越大则露点降越大，但循环量升到一定程度后，露点降的增加值明显减少，而且循环量过大会导致重沸器超负荷，动力消耗过大。在实际生产中使用合理的优化参数，既可以提高效率，又达到节能环保效果。5结论1）通过软件HYSYS7.2的仿真模拟，得到了该地区日产量417×104m3的情况下的汽提气流量，三甘醇循环量；在有效降低水露点的前提下，减轻了加热炉的工作负担，并且优化了吸收塔、再生塔的相关参数，有效降低了设备的成本投入。2）模拟分析表明，通过优化，三甘醇再生重沸器的热负荷明显降低，使得整体的单位综合能耗降低，节能效果明显，在实际生产过程中值得推广使用。
作者：单孝森 单位：大庆油田工程有限公司
