陳慶虎 袁征

(1.中海石油(中國(guó))有限公司海南分公司; 2.中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司海南分公司 海南 海口 570312)

美國(guó)Inland Technologies 公司對(duì)汽車?yán)鋮s劑和飛機(jī)除冰液回收與再生處理，開啟了乙二醇回收重復(fù)使用技術(shù)。1998年，乙二醇回收與再生技術(shù)在深水油氣領(lǐng)域得到了深入研究，并于1999 年在墨西哥灣Shell Mensa 項(xiàng)目中進(jìn)行了工程化應(yīng)用的嘗試。2000 年，Aker Processing 公司在挪威Statoil Asgard B 油氣田，安裝了乙二醇回收與再生處理裝置（以下簡(jiǎn)稱MRU）。國(guó)外CCR Technologies Ltd使用真空蒸餾乙二醇和溶劑處理氣體的凈化技術(shù)，Cameron 使用預(yù)處理、MEG 再生、閃蒸分離、鹽收集、二價(jià)鹽脫除等閉路回收技術(shù)，Aker process System 使用了閃蒸分離技術(shù)。經(jīng)過國(guó)外公司不斷改進(jìn)，目前MRU 漸趨成熟，40 多臺(tái)在海洋工程中得到了廣泛應(yīng)用[1]。

當(dāng)前，典型的乙二醇再生與回收工藝有3種：（1）脫鹽工藝，僅脫除乙二醇富液的烴類和水，使富液再生為貧液，重新注入管道；（2）半脫鹽工藝，除去一部分鹽分減少乙二醇貧液中的鹽含量；（3）全脫鹽工藝，除去乙二醇溶液中所有的鹽量和不揮發(fā)雜質(zhì)[2]。目前，國(guó)內(nèi)西南石油大學(xué)開展離子交換法實(shí)現(xiàn)MEG 脫鹽方法研究，以及精餾塔高效脫鹽脫水模擬研究，推動(dòng)了國(guó)內(nèi)荔灣氣田群和陵水氣田群深水流動(dòng)保障技術(shù)研究[3-4]。

國(guó)內(nèi)海上油氣平臺(tái)在役的6 臺(tái)MRU，由Cameron等國(guó)外公司提供，在生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)鹽垢堆積、蠟結(jié)、冷卻器溫度失控、腐蝕內(nèi)漏、乙二醇用量大和回收率低、貧乙二醇雜質(zhì)含量大、接觸塔入口來液凝析油含量超大、低流量下乙二醇無法脫鹽脫水等典型失效現(xiàn)象。

1 工藝方案

筆者所在的陵水半潛式生產(chǎn)平臺(tái)研究項(xiàng)目，結(jié)合國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)研究，提出一種適合國(guó)內(nèi)深水油氣開發(fā)的乙二醇再生與回收工藝流程，具體如圖1 所示。該工藝流程大致劃分為3 個(gè)功能單元：（1）脫烴脫鹽單元，主工藝流程乙二醇混合來液→高效脫烴分離器→膜分離單元；（2）脫水單元，MEG再生塔→塔頂主冷凝器→塔頂二級(jí)冷凝器→塔頂回流罐→回流泵（塔頂采出泵）→聚結(jié)除油器→生產(chǎn)水罐；（3）脫鹽單元，MEG再生塔→塔釜含鹽MEG 循環(huán)泵→沉降罐→MEG 循環(huán)加熱器→沉降管→鹽水罐→鹽水循環(huán)泵→離心機(jī)→濾液罐。MEG 再生塔側(cè)線出口的MEG 貧液通過轉(zhuǎn)移泵輸送到側(cè)線貧MEG冷卻器，然后進(jìn)入MEG貧液罐。

圖1 乙二醇再生與回收工藝流程圖

該工藝流程按照《乙二醇潔凈度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》，依照目標(biāo)氣田來液溫度、入口壓力、來液含油、含水、乙二醇含量等物性、氣體組分、天然氣物性、生產(chǎn)水物性基礎(chǔ)參數(shù)，設(shè)定主要設(shè)備技術(shù)指標(biāo)，按照0.5 m3/h 系統(tǒng)處理能力，選定乙二醇再生與回收流程的接觸塔設(shè)備參數(shù)，流量0.275 m3/h、出口溫度94 ℃、出口壓力0.2 BarG、出口含水20 wt%、出口含鹽量27.79 g/L、出口鹽粒粒徑＜5 μm、出口含油＜2 000 mg/L。

2 關(guān)鍵工藝設(shè)備

2.1 膜分離裝置

針對(duì)MEG 貧液中攜帶的氣藏原生性顆粒狀懸浮物、重?zé)N以及鈣鎂二價(jià)鹽，在MEG 再生上游預(yù)制膜分離裝置，通過微米級(jí)過濾吸附與處理單元，分離出MEG 來液中的顆粒狀懸浮物、重?zé)N和鈣鎂離子，減小下游設(shè)備負(fù)荷，解決系統(tǒng)結(jié)垢、堵塞問題，避免懸浮物粗糙表面攜帶乙二醇從而降低乙二醇回收率[5]。

2.2 MEG再生塔

傳統(tǒng)MEG再生塔采用常規(guī)內(nèi)構(gòu)件構(gòu)建流體流道，實(shí)現(xiàn)含鹽MEG貧液在塔底聚集和輸出、MEG貧液在塔中部聚集和輸出、水分從塔頂揮發(fā)進(jìn)入冷卻流程。本項(xiàng)目在傳統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上加速流體速度形成超重力狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)快速脫水分離效果，消除半潛平臺(tái)特殊的運(yùn)動(dòng)特性對(duì)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性的影響，滿足海洋平臺(tái)對(duì)設(shè)備集約型的要求[6-7]。

2.3 鹽沉降罐

鹽沉降罐接收來自MEG再生塔的含鹽MEG貧液。貧液從鹽沉降罐頂部管道進(jìn)入，沿管道進(jìn)入中下部的罐體，隨著氯化鈉濃度增加出現(xiàn)鹽結(jié)晶顆粒向下沉降到鹽罐底部后排出；MEG貧液向上部流動(dòng)從沉降罐中上部流出，經(jīng)過離心機(jī)分離后，MEG液返回鹽罐，達(dá)到減少M(fèi)EG隨鹽顆粒排出的目的[8-9]。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 MRU小試試驗(yàn)

通過單塔減壓精餾脫鹽脫水研究、隔板塔減壓精餾脫鹽脫水研究、氯化鈉結(jié)晶與沉降研究、系統(tǒng)壓力與脫水鹽結(jié)晶關(guān)系研究、含水量與脫水鹽結(jié)晶關(guān)系研究、含鹽量與脫水鹽結(jié)晶關(guān)系研究、工藝系統(tǒng)溫度對(duì)氯化鈉、水與乙二醇分層影響研究、工藝溫度對(duì)鹽結(jié)晶粒徑影響研究、工藝溫度對(duì)氯化鈉晶體夾帶乙二醇含量影響研究等，確立了工藝流程關(guān)鍵參數(shù)。

再生塔出口貧乙二醇濃度與溫度關(guān)系，系統(tǒng)壓力20 kPa工況下，如圖2所示；系統(tǒng)壓力30 kPa工況下，如圖3所示。在MEG∶H2O∶NaCl質(zhì)量比為50∶47∶3，在塔頂壓力分別為20 kPa 和30 kPa，回流比0.5～1 的條件下，側(cè)線采出貧乙二醇濃度能達(dá)到90%以上，試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果相吻合。

圖2 溫度與乙二醇濃度曲線@20 kPa

圖3 溫度與乙二醇濃度曲線@30 kPa

不同含水量變化條件下，貧乙二醇產(chǎn)品濃度和塔頂乙二醇含量變化關(guān)系，見圖4；乙二醇回收率和鹽析出率關(guān)系，見圖5。

圖4 入口含水量與乙二醇脫水曲線

圖5 入口含水量與脫鹽效率曲線

在進(jìn)料組成中水含量為 30 wt%、40 wt%、50 wt%、60 wt%、70 wt%件下，側(cè)線采出均可達(dá)到90 wt%以上。塔頂乙二醇含量均低于150 mg/L，而且隨著含水量的增加，塔頂乙二醇含量有降低趨勢(shì)，乙二醇回收率均在99%以上，隨著水分增大，逐漸減弱。

3.2 中試試驗(yàn)

3.2.1 配液試驗(yàn)

按照原料質(zhì)量組成MEG∶H2O∶NaCl為47∶50∶3，二價(jià)鹽含量60 mg/L（Ca2+含量55 mg/L，Mg2+含量5 mg/L），凝析油含量1 000 mg/L，pH 值9.7，配制乙二醇富液。試驗(yàn)測(cè)得脫烴分離器出口凝析油含量23 mg/L，烴脫除率達(dá)到97.7%，Ca2+含量2.43 mg/L，Mg2+含量0.12 mg/L，Ca2+脫除率95.6%，Mg2+脫除率97.6%，膜分離裝置出口未檢測(cè)到凝析油殘留，如圖6所示。

圖6 脫鹽脫水塔運(yùn)行參數(shù)隨時(shí)間變化情況

再生塔乙二醇回收率與鹽脫除穩(wěn)定處理效果,見圖7和圖8，數(shù)據(jù)記錄見表1。

表1 脫鹽脫水單元配液試驗(yàn)分析數(shù)據(jù)

圖7 側(cè)采貧MEG及鈉離子含量與塔頂乙二醇含量變化

圖8 MEG回收率與鹽脫除率變化

3.2.2 苛刻工況下的配液試驗(yàn)按照原料質(zhì)量組成MEG∶H2O∶NaCl為47∶50∶3，Ca2+含量500 mg/L，Mg2+含量500 mg/L，F(xiàn)e3+含量500 mg/L，凝析油含量2 000 mg/L，pH 值9.8，配制乙二醇富液。脫烴分離器出口凝析油含量及凝析油脫除率出持續(xù)穩(wěn)定，見圖9?？量坦r下膜分離后Ca2+含量從500 mg/L降至10.3 mg/L 以下，脫除率達(dá)97%以上，Mg2+含量從500 mg/L 降至2.15 mg/L 以下，脫除率達(dá)99.57%以上，F(xiàn)e3+含量從500 mg/L 降至0.84 mg/L，脫除率達(dá)99.83%以上。膜分離裝置出口未檢測(cè)到凝析油殘留。

圖9 凝析油含量與凝析油脫除率變化

苛刻工況運(yùn)行下膜分離裝置純水通量污染試驗(yàn)顯示，在相同跨膜壓差、相同溫度下，膜分離裝置出現(xiàn)污物阻塞，其純水通量與初始通量相比下降16%。采用“水洗—堿洗—水洗—酸洗—水洗”方式清除油和鈣鎂鐵鹽沉淀物，膜純水通量可以恢復(fù)至初始通量的99%以上，參見圖10。

圖10 膜分離裝置清洗再生

3.2.3 平臺(tái)取液長(zhǎng)周期試驗(yàn)

采用陵水17-2平臺(tái)MEG富液連續(xù)運(yùn)行72 h，預(yù)處理單元脫烴、膜分離裝置脫除一價(jià)鹽、再生塔乙二醇回收效果見圖11、圖12和圖13。

圖11 高效脫烴分離器產(chǎn)液凝析油含量與凝析油脫除率長(zhǎng)周期變化

圖12 膜分離裝置運(yùn)行參數(shù)長(zhǎng)周期變化情況

圖13 MEG回收率與鹽脫除率長(zhǎng)周期隨時(shí)間變化情況

3.2.4 搖擺工況試驗(yàn)

深水MRU 需要滿足半潛式油氣生產(chǎn)平臺(tái)搖晃工況，或者固定導(dǎo)管架平臺(tái)臺(tái)風(fēng)工況。以再生塔為代表性的研究對(duì)象，采用外力搖動(dòng)脫鹽脫水塔（2.5°傾角、5 Hz），實(shí)際測(cè)得搖晃工況下塔器出口貧乙二醇含水量、回收率等指標(biāo)穩(wěn)定，再生塔水相液位變化與儀控輸出信號(hào)穩(wěn)定性[10-11]。

在小試試驗(yàn)、中試試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，提出一套以南海某深水氣田為目標(biāo)氣田的國(guó)內(nèi)首套MRU 工程化實(shí)施方案。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前0.5 m3/h 處理量的工藝流程經(jīng)過了小試試驗(yàn)和中試驗(yàn)證，測(cè)試數(shù)據(jù)表明能夠滿足設(shè)計(jì)規(guī)范和用戶生產(chǎn)實(shí)踐需求。膜分離技術(shù)用于乙二醇溶液分離顆粒工裝懸浮物、重?zé)N和二價(jià)鹽，再生塔超重力強(qiáng)化脫水技術(shù)，需要在后續(xù)示范應(yīng)用中跟蹤優(yōu)化，結(jié)合再生塔內(nèi)構(gòu)件微結(jié)構(gòu)優(yōu)化等，增強(qiáng)工藝分離效果。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)首個(gè)適用于我國(guó)南海深水目標(biāo)氣田的乙二醇再生與回收工藝流程，是國(guó)內(nèi)深水天然氣生產(chǎn)系統(tǒng)流動(dòng)保障性研究的發(fā)展，具備了工程化應(yīng)用的充分條件。