__天然气的脱水三甘醇

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1、 第七章 天然气的脱水内容提要第一节 概 述第二节 溶剂吸收法脱水 基本原理、设计计算第三节 固体吸附法脱水基本原理、设计计算1基本要求n了解天然气脱水的必要性、脱水方法和 脱水深度；n重点掌握溶剂吸收脱水和固体吸附脱水 的原理、工艺流程和工艺计算。2第一节 概 述 水的危害（为何要脱水？）：天然气中液相水存在时，在一定条件 下会形成水合物，堵塞管路、设备、影 响集输生产的正常进行。n 对于含有CO2、H2S等酸性气体的天 然气，由于液相水的存在，会造成设备 、管道的腐蚀。3天然气脱水深度要求n满足用户的要求；n管输天然气水露点在起点输送压力下 ， 宜比管外环境最低温度低510；n对天然气凝液

2、回收装置，水露点应低于最低制冷温度51041低温冷凝法 2溶剂吸收脱水法 3固体吸附脱水法 有时采用2、3两种方式相结合的两步脱 水法：第一步用溶剂吸附法使天然气达到 一定的露点降；第二步用固体吸附法来达 到深度脱水的目的。 天然气的脱水方法：5第二节 溶剂吸收法脱水一、甘醇脱水的基本原理和物理性质1、甘醇脱水的基本原理甘醇是直链的二元醇，其通用化学式是 CnH2n(OH)2。 6从分子结构看，每个甘醇分子中都有两个羟基（ ）。羟基在结构上与水相似，可以形成氢键 ，氢键的特点是能和电负性较大的原子相连，包 括同一分子或另一分子中电负性较大的原子，所 以甘醇与水能够完全互溶，并表现出很强的吸水

3、性。因此甘醇水溶液可将天然气中的水蒸气萃 取出来形成甘醇稀溶液，使天然气中水汽 量大幅度下降。72、甘醇的物理性质8一甘醇（乙二醇）、二甘醇、三甘醇、四甘醇分子量增大、粘度增大、脱水露点降变小 。9三甘醇（TEG）的优点是：(1) 沸点较高(285.5)，比二甘醇（244.8 ）约高40，可在较高的温度下再生，即使 在常压下再生贫液浓度也可达98.598.7% 以上，因而露点降比二甘醇多822左右 。(2) 蒸气压较低。27时，仅为二甘醇的20% ，因而损耗小。(3) 热力学性质稳定。理论热分解温度 (206.7)约比二甘醇（164.4 ）高40。10二、三甘醇吸收脱水的原理流程 7-5111

4、2图7-6所示为一典型 的板式吸收塔。脱水 吸收塔通常有612个 塔盘。13流程中各设备的作用是：入口分离器 除去自由水、液烃和盐 水，以避免由于溶液发泡而造成的溶 剂损失和塔效率的下降；雾液分离器 分离干气携带的吸 收 塔 是气流传质的场所，使气相 中的水分转入中；14泵 输送设备；贫液冷却器 冷却贫甘醇以达到需要的温 度；闪 蒸 器 使富液闪蒸除去进入富液中的 轻组分，减少再生塔的再生负荷；贫富液热交换器 使贫液温度下降，富液 温度升高，充分利用热能；流程中各设备的作用是：15流程中各设备的作用是：再 生塔 提浓富液的场所（精馏原理 ）；缓 冲 罐 缓冲、贮存、补充液体；过 滤 器 过滤溶

5、液，除去腐蚀产物及 其它杂质，减少溶液发泡的可能性。 16问题：影响三甘醇脱水关键因素是什么？三甘醇贫液浓度17提高三甘醇贫液浓度的方法 (1) 减压再生 可将三甘醇提浓至98.5%（质）以上。但 减压系统比较复杂，限制了该法的应用。(2) 气体汽提 典型流程见图7-7。 气体汽提是将甘醇溶液同热的汽提气接触 ，以降低溶液表面的水蒸气分压，使甘醇溶 液得以提浓到98.5%(质)以上。此法是现行 三甘醇脱水装置中应用较多的再生方法。187-719(3) 共沸再生 共沸再生流程见图7-8 。共沸剂与三甘醇溶液中的残留水形成低 沸点共沸物汽化，从再生塔顶流出，经 冷凝冷却后，进入共沸物分离器，分去

6、水后，共沸剂用泵再打回重沸器。共沸剂最常用的是异辛烷。可将甘醇溶 液提浓至99.99%(质)，干气露点可低达 -73。207-821三、三甘醇法脱水的工艺参数选取原则 影响脱水效果的因素包括：贫三甘醇的浓 度、三甘醇循环速率、处理量、操作压力 和温度以及影响平衡过程的其它因素。 221入口气体温度（1）在恒定压力条件下，当入口气体 温度升高时，入口气体的含水量增加 。也就是说，在较高的温度下，甘醇 不得不清除更多的水量才能符合要求 。（2）气体温度的升高，会导致所需的 吸收塔塔径的增加。这是由于温度升 高实际上增大了气流的速度所致。 23（3）最低的气体入口温度应高于水合 物形成的温度并应总是

7、高于10C。若 低于10C，甘醇会变稠。低于 1521C，甘醇会同气体中的液体烃 类形成稳定的乳化液，并在塔内导致 发泡。入口气温度超过48C将导致三甘醇的 损失增大。1入口气体温度24通常所设计的三甘醇装置的入口气体温 度都在2643C之间。 252塔内压力认为3.458.27MPa的脱水压力是最经 济的。为什么？263贫甘醇的温度多数设计要求贫甘醇温度较吸收塔的 出口气体温度高10C。为什么？ 274吸收塔的塔板数在甘醇循环率和贫甘醇浓度恒定情况下 ，塔板数越多，露点降越大。由于再沸器的热负荷与甘醇循环率有直 接的关系，故所用的塔板数愈多，节约 燃料也愈多。通常多数塔板都定为68 块。 2

8、85甘醇的浓度在给定了甘醇循环率和塔板数的情况 下，贫甘醇的浓度越高，露点降就越 大。297-9离开吸收塔 的气体的实 际露点，一 般较平衡露 点高 5.58.3C 。书中改错30对于露 点降， 增加贫 甘醇浓 度较增 加循环 率更有 效。 7-10316甘醇再（重）沸器温度 再沸器的温度可控制水在贫甘醇中的浓度， 温度越高，贫甘醇浓度也越大。通常把三甘 醇再沸器的温度限制为204C 一般比较流行的作法是，把再沸器的温度限 制在188199C之间，这样可将甘醇的降 解减至最小，从而有效地将甘醇浓度限制在 98.2%98.5%之间 32甘醇同汽提气的接触能降低离开再沸 器的贫甘醇中水的浓度。在常

9、温常压 下，常使用被水蒸气饱和的湿气作为 汽提气。 7汽提气 338甘醇循环率能够保证甘醇与气体接触较好的最小 循环率大约是脱除每1kg水需16.7L的 甘醇；保证最大的循环率为清除1kg水 需58.4L甘醇；而最常用的范围是吸收 1kg水需2560L 三甘醇溶液。 34三甘醇脱水装置的工艺计算 n一吸收塔的工艺计算 n吸收塔的工艺计算包括：确定吸收剂的 浓度、循环量、塔板数以及塔径等吸收塔 的尺寸。 35一吸收塔的工艺计算n1.进塔贫甘醇溶液浓度的确定n 根据图7-9可确定在一定操作温度下，欲 达到干气平衡露点所必须的贫三甘醇溶液的最低 浓度。n 出塔干气的真实水露点温度比平衡水露点 温度高

10、，n tr= te + t (7-1)一般可取 t = 8 11C367-9372、吸收剂贫三甘醇溶液用量的确定 n G脱出的水量，kg/d(或kg/h)；n V进入吸收塔的天然气量，Nm3/d(或Nm3/h)；n y进入吸收塔的天然气含水汽量，g重/Nm3n y离开吸收塔的干气含水汽量，g重/Nm3 382、吸收剂贫三甘醇溶液用量的确定（ 续）n则三甘醇贫液用量V为 式中 a由天然气中每吸收1公斤水所 需要的三甘醇溶液量，m3，一般a取为 0.0250.06m3。 393、吸收塔塔板数的确定n其中 L三甘醇溶液循环量，mol/hn V原料天然气流量，mol/hn K气相中水汽和三甘醇水溶液中

11、液相水之间 的平衡常数。A吸收因子 吸收因子的计算：（7-5） 403、吸收塔塔板数的确定（续） nKremser-Brown方程 式中 yN+1进吸收塔湿原料气中水的摩尔分数y1离开吸收塔干气中水的摩尔分数y0当离塔干气与进塔贫三甘醇溶液处于平衡时，干气中水的 摩尔分数N吸收塔理论塔板数A吸收因子 吸收因子A413、吸收塔塔板数的确定（续）n平衡常数n式中y气相中水的摩尔分数；n x与气相平衡的三甘醇溶液中 水的摩尔分数。 423、吸收塔塔板数的确定（续）式中 W0操作条件下与纯液相水呈平衡状态的 饱和水汽含量，kg水汽/百万Nm3天然气。r三甘醇水溶液水的活度系数。可由图 7-15查得。

12、（7-11 ） 43图7-16 克列姆塞尔吸收因子图443、吸收塔塔板数的确定（续）n塔板效率 Np实际板数。N理论板数。效率一般可取为2540% 454甘醇吸收塔的选型和塔径计算 n小直径三甘醇吸收塔可选用填料塔型； 直径较大时，则应选用板式塔。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，多采用园 泡罩塔板，也有采用浮阀塔板。 46泡罩塔塔径计算n式中 Ga气体的最大允许质量速度， kg/hm2（空塔气体质量流速Ga ）n l吸收塔中液相密度，kg/m3n g吸收塔中气相密度，kg/m3n C常数，可由表7-3或图7-18查得。 47泡罩塔塔径计算（续）48

13、49n设计气体质量流量 泡罩塔塔径计算（续）50n式中 G被处理气体的质量流量，kg/h，按下 式计算n G=0.05Q （7-18） n或 G=0.00173QMn（7-19） n其中 Q被处理气体的体积流量，基米3/天，n 天然气相对密度（空气相对密度为1.0 ）n Mn被处理气体的分子量 泡罩塔塔径计算（续）51二三甘醇再生系统的计算n1再生系统操作条件的确定 n(1)再生温度和压力n再生温度和压力 一般采用常压再生。n 常压下，三甘醇的热分解温度约为 206C。因而重沸器的温度不应高于此值 ，通常为191193C，最高不应超过 204。 521再生系统操作条件的确定n 在罐式重沸器中，

14、气液两相可认为 达到平衡，此汽一液两相平衡系统的温度 和压力关系如图7-19所示。已知重沸器压 力（甘醇蒸汽和水蒸汽分压之和）和要求 达到的三甘醇溶液浓度，则由图7-19可以 查出相应的重沸器温度，如有惰性气体存 在时，则应由重沸器压力中扣除惰性气体 分压后，再由图查出相应的温度。 53541再生系统操作条件的确定n（2）再生塔回流比n 由于三甘醇和水的沸点相差较大（ 三甘醇沸点为285.5C，水为100C）， 较易分离，一般采用回流比约为1:1。551再生系统操作条件的确定n（3)汽提气及其用量 利用汽提气进行再 生时，所用汽提气应不溶于水，且在 204C以前是稳定的气体。现场常用压力 为2

15、94588kPa（表压）的干天然气，或 者三甘醇富液的闪蒸气作为再生汽提气。561再生系统操作条件的确定n 随汽提气用量增加，再生贫三甘醇溶 液浓度增加。但是，汽提量增加到一定值 后，三甘醇溶液浓度增加缓慢。因此应适 当使用汽提量，并控制勿使汽提柱发生液 泛。可利用图7-21计算汽提气用量。57n图7-21 确定汽提气用量的计算图58图7-21a 常压和汽提再生查图方法BTK1AXK2（3）汽提气用量59常压和汽提再生查图步骤由顶部三甘醇贫液浓度浓度线上确定B 点，由B点作垂线直接与再沸器操作温度的等温 线交于K1，然后由K1作水平线K1X。由底部三甘醇富液浓度线确定A点，由 A点作垂线与K1X相交于K2点，由K2点即可读出 应注入再生系统的汽提量，如图7-21a）。60减压和汽提再生查图方法 61（1）如图所示，由所需要达到的贫三甘醇溶 液浓度，在顶部贫甘醇浓度线上确定B点，由B 点作垂线交与重沸器操作压力对应的等压线于K1 点，再由K1点作水平线交101.325kPa（ 760