1第七章 天然气脱水2项目一类二类三类高位发热量， MJ/m3＞31.4总硫（以硫计）， mg/m3≤100≤200≤460硫化氢， mg/m3≤6≤20≤460二氧化碳， y，%≤3.0—水露点，℃在天然气交接点的压力和温度条件下，天然气 的水露点应比最低环境温度低注：1、 天然气体积的标准参比条件是101.325 kPa，20℃ 2、 国家标准实施之前建立的天然气输送管道，在天然气交接点的压力和温 度条件下，天然气中应无游离水无游离水是指天然气经机械分离设备分不 出游离水表61 天然气的质量指标3第一节 天然气脱除酸性组分的方法天然气脱水就是脱除天然气中的水蒸气，使其露点或含水量达到一定的要求第一节 概 述1、低温冷凝法2、溶剂吸收脱水法3、固体吸附脱水法4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质5每个甘醇分子中都有两个羟基（ＯＨ）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这是甘醇与水能够完全互溶的根本原因6性 质质二 甘 醇三 甘 醇分子式O(CH2CH2OH)2HO(C2H4O)2H4OH分子量106.1150.2冰点，℃8.37.2闪闪点(开口)，℃143.3165.6沸点(760毫米汞柱)，℃245.0287.4相对对密度， 1.11841.1254折光指数 1.44721.4559与水的溶解度()完全互溶完全互溶绝对绝对 粘度()，mPa.S35.747.8汽化热热，J/g(760毫米汞柱)347.5416.2比热热，kJ/(kg.K)2.30652.198理论热论热 分解温度，℃164.4206.7实际实际 使用再生温度，℃148.9～162.8176.7～204.4表71 甘醇的物理性质7二、TEG吸收脱水的工艺流程8提高三甘醇贫液浓度的方法主要采用气体汽提法。
9三、含硫天然气脱水102、含硫天然气TEG脱水存在的主要问题（1）系统构成复杂，可能泄漏的点增多，运行管理要求高，运行成本较高；（2）各集气站均需要设置尾气焚烧炉对TEG闪蒸过程中的含硫气进行焚烧后排放，环境污染较大；（3）TEG存在一定的降解，TEG更换较频繁，运行成本高；（4）湿气及富液对设备的腐蚀严重；（5）需从天然气净化厂建一条高压净化气管道至各集气站，且汽提气还需增压后才能返回原料气中，流程复杂；（6）废弃的TEG处理困难11四、工艺操作条件影响三甘醇脱水装置操作的主要因素是吸收塔的操作条件、三甘醇贫液浓度和三甘醇循环量而三甘醇贫液浓度又是最关键的因素1、吸收温度甘醇溶液的吸收温度一般为10~54℃，但最好在27~38℃吸收 温度低于21℃时，甘醇溶液粘度过大，起泡增多，因而使塔板效 率降低，甘醇损失增加，如低于10℃，脱水效果就明显下降吸 收温度高于43℃，进料气中含水量太高，而且甘醇溶液的脱水能 力也会下降122、塔内压力通常认为3.45~8.27MPa的脱水压力是最经济3、吸收塔的塔板数25%的塔板效率相邻邻塔板的间间隔一般为为610mm 4、贫甘醇的温度贫贫甘醇温度较较吸收塔的出口气体温度高3~8℃。
135、甘醇的浓度图7.7 吸收塔温度、进塔TEG贫液质量分数 和出塔干气平衡露点关系离开吸收塔的气体的实际实际 露点，一般较较平衡露点高 5~8℃ 146、甘醇重（再）沸器温度把重沸器的温度限制在177~199℃之间间， 7、重沸器的压力重沸器的压力一般接近于常压8、汽提气使用被水蒸气饱和的湿气作为汽提气图7.8气提气量对TEG质量分数的影响159、甘醇比循环量三甘醇的比循环环量一般为为12.5~33L/kg水 10、精馏柱温度精馏馏柱顶顶的温度可通过调节过调节 柱顶顶回流量使其保持在99℃左右，柱顶顶温度低于93℃时时，由于水蒸气冷凝量过过多，会在柱内产产生液泛，甚至将液体从塔顶顶吹出；柱顶顶温度超过过104℃时时，甘醇就可能显显著地被蒸发发而损损失 16部位温度或温度范围围，℃进进料气27~38甘醇溶液进进吸收塔高于气体3~8甘醇溶液进闪进闪 蒸分离器38~93（宜选选65）甘醇溶液进过滤进过滤 器38~93（宜选选65）甘醇溶液进进精馏馏柱93~149（宜选选149）精馏馏柱顶顶部99（有气提时为时为 88）重沸器177~204（宜选选193）三甘醇溶液进泵进泵＜93（宜选选82）表72 甘醇脱水装置操作温度推荐值• 循环量和塔板数固定时，三甘醇浓度愈高则露点降愈大；• 循环量和三甘醇浓度固定时，塔板数愈多则露点降愈大，但一般都不超过10块实际塔板；循环量、浓度与塔板数的相互关系n 塔板数和三甘醇浓度固定时，循环量愈大则露点降愈大，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，故最高不应超过33L/kg水。
18五、TEG吸收脱水主要设备设备 的设计计设计计 算1、吸收塔直径计算2、吸收塔塔板数的确定193、闪蒸分离器停留时间，min两相分离器为5~10min；三相分离器为20~30min；4、再生塔精馏柱的直径：205、重沸器（1）重沸器热负荷（2）重沸器的尺寸重沸器火管表面平均热通量的正常范围是18kW/m2~25 kW/m2，最高不超过31 kW/m221第三节 固体吸附法脱水一、吸附操作原理tB—吸附过程的转效点单一可吸 附物质（水汽 ）的气体混合 物在固定床上 的基本吸附过 程C0—进料气的浓度CB—转效点浓度图1 吸附转效曲线图1（b）中阴影部分为吸附传质段，其长度用 hz表示；在吸附传质段上部的吸附剂床层已被吸附 物所饱和，称为饱和吸附段，其长度用hs表示；在吸附传质下部的吸附剂则尚未吸附物质，称为未吸 附段，其长度用hb表示；当AA线到达床层出口端时，达到了吸附的转效点，出口气流中吸附物浓度迅 速上升，床层必须进行再生23二、吸附剂剂主要有活性氧化铝、硅胶、分子筛等类类 型物理性质质硅 胶活 性 氧 化 铝铝分 子 筛筛 青岛细岛细孔0.3型R型H型H151型F1型～ 表面积积，m2/g700750～830550～650740～770350210700～900 孔体积积，cm3/g0.43～0.450.31～0.340.50～0.540.27 孔直径， 20～3021～2321～2327～284～5 平均孔隙度，%50～65655155～60 真密度，g/L2.1～2.23.1～3.33.3/ 堆积积密度，g/L670720780720830～880800～880660～690 假密度，g/L1.01.21.61.1 比热热，J/(g，℃)0.9211.0471.0471.0050.837～ 1.047 导热导热系数， kJ/(m2.h.℃)0.5190.510() 0.754()2.135(已 脱水) 再生温度，℃120～230150～230180～450180～310150～310 水含量(再生后)， %4.5～76.06.5变变化 静态态吸附容量（相对对 湿度60%）， %重量3533.322～2514～1622颗颗 粒 形 状粒 状粒 状球 状球 状球 状颗颗 粒圆圆 柱 状241、活性氧化铝组组成% 商品牌号Al2O3Na2OSiO2Fe2O3灼烧损烧损 失F1 H151 KA20192 90 93.60.90 1.40 0.300.10 1.1 0.020.08 0.1 0.026.5 6.0 6.02、硅胶组成 含量SiO2Fe2O3Al2O3TiO2Na2OCaOZrO2其它%99.710.030.100.090.020.010.010.03SiO2.nH2O253、分子筛Me—某些碱金属或碱土金属离子，如Na+、K+、Ca2+等；分子直径为为2.7～3.1分子筛作为吸附剂的显著优点是：（1）具有很好的选择吸附性（2）具有高效吸附特性(3)在较高温下只有分子筛才是有效的脱水剂。
26型 号孔直径Å吸附质质分子排除的分子应应用范围围4A4直径4Å的分子，包括3Å分子筛筛能吸附的分子及乙醇、H2S、CO2、SO2、C2H4、C2H6及C3H6直径4Å的分子，如丙烷烷等饱饱和烃烃脱水，泠冻冻系统统干燥剂剂5A5直径5Å的分子，包括以上各分子及 nC4H9OH、nC4H10、C3H8至C22H46直径5Å的分子，如异构化合物及4碳环环化合物从支链烃链烃 及环烷烃环烷烃 中分离正构烃烃、脱水10X8直径8Å的分子包括以上各分子及异构烷烃烷烃 ，烯烃烯烃 及笨二正丁基胺及更大分子芳烃烃分离13X10直径10Å的分子包括以上各分子及二正丙基胺(C4H9)3N及更大分子同时时脱水、CO2、H2S及硫醇表76 各种分子筛性能表27三、吸附法脱水1、吸附法脱水工艺流程282、酸性天然气分子筛脱水图7.12 酸性天然气分子筛脱水工艺流程示意图294、分子筛吸附器设计计算（1）吸附周期确定短周期8小时24小时周期应作全面的技术经济分析来确定吸附周期3、分子筛筛吸附器设计计设计计 算2）吸附器直径（2）吸附器直径计计算（3）吸附剂剂用量计计算式中：m—吸附剂剂用量，m3；wH—每小时时脱出的水量，kg/h；τ — 吸附周期，h；xS—吸附剂动态饱剂动态饱 和吸附量，kg（水）/ kg（吸附剂剂）； g—分子筛筛的堆密度，kg/m3。
3、分子筛筛吸附器设计计设计计 算（4）吸附传质区长度式中： hZ—吸附传质区长度，m；A—系数，分子筛=0.6；q—床层截面积的水负荷，kg/m2.h；vg—空塔线速，m/min；—进吸附器气体相对湿度，以%表示3、分子筛筛吸附器设计计设计计 算（5）转转效点计计算式中： B—到达转效点时间，h；x—选用的分子筛有效吸附容量，%；hT—整个床层长度，m；3、分子筛筛吸附器设计计设计计 算（6）气体通过过床层层的压压力降式中： P—压压降，kPa；L—床层层高度，m；—气体粘度，mPa.s；vg—气体流速，m/min；g—气体操作状态态密度，kg/m3分 子 筛筛BC 球形4.1550.00135 圆圆柱条形5.3570.00188 球形11.2780.00207 圆圆柱条形17.6600.003193、分子筛筛吸附器设计计设计计 算（7）再生气用量计计算再生气进进吸附器温度一般为为260℃左右当再生气出吸附器温度升到180～200℃，并恒温约约2小时时后，可认为认为再生完毕毕 1）再生加热热所需的热热量式中： Q1—加热分子筛的热量，kJ；Q2—加热吸附器本身(钢材)的热量，kJ；Q3—脱附吸附水的热量，kJ；Q4—加热铺垫的瓷球的热量，kJ；35图8 再生过程的温度变化曲线1.再生气进床层的温度变化曲线 2.再生气出床层的温度变化曲线 3.原料湿气温度（环境温度）吸附剂的再生过程可划分为A、B、C、D四个阶段:在A阶段，烃类全部被脱附，水的脱附集中在阶段B，阶段C主要清除重烃等不易脱附的物质，增加再生后吸附剂的湿容 量，阶段D则冷却床层至吸附温度。
T2≈110℃， T3≈127℃，TB≈116℃，T4≈175～260℃再生气体温度和流量控制了每一阶段的时间 3、分子筛筛吸附器设计计设计计 算式中： G—再生气用量， kg；Q—再生加热热所需的热热量，kJ；cp—再生气用定压压比热热，kJ/(kg.℃)；—再生气平均温降，℃；t2—再生加热结束时气体出口温度，℃；t3—再生气进吸附器时的温度，℃吸附后床层温度是t1，热再生气进出口平均温度为t22）再生加热热所需的气量计计算3、分子筛筛吸附器设计计设计计 算3）冷却吸附器计计算冷却吸附塔需移去的热量Q ，总共需冷却气量（G ） ：吸附后床层温度是t 1，热再生气进出口平均温度为t 2，冷却气初温为（再生气的初温）ta3、分子筛筛吸附器设计计设计计 算4）加热热炉热负热负 荷：一般取再生气出加热热炉的温度比再生气进吸附器时的温度t3高10～15℃，加热热炉。