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1、天然气脱水一、天然气脱水的必要性：水的析出将降低输气量，增加动力消耗；水的存在将加速H2S或CO2对管线和设备的腐蚀；导致生成水合物，使管线和设备堵塞。 天然气脱水深度1. 满足用户的要求；2. 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57；3. 对天然气凝液回收装置，水露点应低于最低制冷温度57。二、天然气脱水方法1. 低温法脱水；2. 溶剂吸收法脱水；3. 固体吸附法脱水；4. 应用膜分离技术脱水。三、溶剂吸收法脱水甘醇脱水1、甘醇脱水的基本原理甘醇是直链的二元醇，二甘醇(DEG)和三甘醇(TEG)的分子结构如下：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
2、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性。甘醇能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。2、甘醇的物理性质 常用甘醇脱水剂的物理性质如表2-1所示。在天然气开发初期，脱水采用二甘醇，由于其再生温度的限制，其贫液浓度一般为95左右，露点降仅约2530。50年代以后，由于三甘醇的贫液浓浓度可达 9899，露点降大，逐渐用三甘醇（TEG）代替二甘醇作为吸收剂。表2-1 常用甘醇的物理性质三甘醇吸收剂的特点1. 沸点较高(287.4)，贫液浓度可达9899%以上，露
3、点降为3347。2. 蒸气压较低。27时，仅为二甘醇的20%，携带损失小。3. 热力学性质稳定。理论热分解温度(206.7)约比二甘醇高40。4. 脱水操作费用比二甘醇法低。3、三甘醇脱水流程和设备三甘醇脱水工艺流程如图2-1所示。脱水装置主要包括两大部分：n 天然气在吸收塔的脱水系统；n 富TEG溶液的再生系统（提浓）。4、主要设备如图2-1所示， 三甘醇脱水工艺中主要设备有原料气分离器、吸收塔、闪蒸罐、过滤器、贫/富液换热器、再生塔和重沸器等。1）原料气分离器其功能是分离出原料气在脱硫段夹带的胺液，管线腐蚀产物、水、油等。常用卧式或立式的重力分离器，内装金属网除沫器。 2）吸收塔吸收塔可采
4、用填料塔或板式塔，塔顶应设置除沫器。虽泡罩塔型的效率略低于浮阀型，但三甘醇溶液比较粘稠，塔内的液/气比较低，故采用泡罩塔盘更为适宜，实际塔板数为410块。塔径小于300mm时应采用填料塔，常用的填料有瓷质鞍型填料和不锈钢环。3）闪蒸罐三甘醇装置中有一定量的烃类气体会溶解在三甘醇溶液中，烃类的溶解量与压力有关，压力愈高，则溶解量愈大（图2-2），闪蒸罐的功能是将溶解在三甘醇溶液中的烃类闪蒸出来，防止溶液发泡。图2-2 天然气在甘醇溶液中的溶解度（指101.325kPa，20的气体体积） 4）过滤器过滤器的功能是除去三甘醇溶液中的固体粒子和溶解性杂质。常用的有固体过滤器和活性炭过滤器两种。5）贫/
5、富换热器贫/富换热器是用来进控制闪蒸罐和过滤器的富液温度，回收贫液的热量，使富液升温到148左右再进再生塔，以减轻重沸器的热负荷。最常用的是管壳式换热器。6）再生塔 主要由再生塔和重沸器组成再生系统，其功能是蒸出富三甘醇中的水，使之提浓。由于三甘醇和水的沸点相差甚大，且不生成共沸物，较易分离，故再生塔只需23块理论塔板即可，其中1块即为重沸器。5、影响三甘醇脱水效果的参数三甘醇脱水是基于吸收原理而实现的。影响脱水效果的主要参数有：n 进气温度；n 吸收塔的操作压力和塔板数；n 三甘醇贫液浓度和温度；n 三甘醇循环量。 1）进气温度 一般入塔气体的质量流量大于塔内三甘醇溶液的质量流量，可以认为吸
6、收塔的操作温度大致与进气温度相当，而且吸收塔内各点的温度差不会超过2。进气温度对脱水效果的影响表现在以下方面： 进气温度较高将增加装置的脱水负荷和增大甘醇的气化损失量。 在三甘醇浓度不变时，出塔气体平衡露点随进气温度的下降而降低。 因低温下，三甘醇变得非常粘稠导致塔效率降低、压降增大和携带损失。 进塔的天然气温度应维持在1548。2）吸收塔的操作压力和塔板数 实践证明，吸收塔的操作压力低于20MPa时，出塔干气露点温度基本上与吸收塔操作压力无关。 维持较高压力，气体含水量较少，并能减少塔径，但增大了塔的壁厚。通常认为2.510MPa的脱水压力是较经济的。在甘醇循环率和贫甘醇浓度恒定情况下，塔板
7、数越多，露点降越大。通常多数塔板都定为68块。在各级塔板上，甘醇并没有都达到平衡状态。通常用25%的塔板效率作设计。在泡罩式塔内，相邻塔板的间隔一般为610mm。3）三甘醇浓度和温度气体露点随三甘醇浓度增加有显著的下降。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。三甘醇与气流中水蒸汽的平衡条件受温度影响，温度高气流中水汽含量高，同时增加了甘醇损失，但甘醇温度低使烃类在塔中冷凝而引起甘醇发泡。多数设计要求三甘醇的温度略高于气流温度10（API推荐1030），且三甘醇进塔温度宜低于60 。4 ）三甘醇循环量 甘醇的浓度主要影响干气的露点，甘醇循环率仅控制着总的被清除的水量。能够保证甘醇与
8、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，而最常用的范围是吸收1kg水需2560L 三甘醇溶液。循环量、浓度与塔板数的相互关系 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；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。6、三甘醇富液再生方法 目前三甘醇富液的再生方法有三种： n 减压再生n 气体汽提n 共沸蒸馏再生1）减压再生 减压再生是降低再生塔的操作压力
9、，以提高甘醇溶液的浓度。此法可将三甘醇提浓至98.2%（质）或更高。但减压系统比较复杂，限制了减压再生的应用。2）气体汽提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99.995%(质)，干气露点可降至-73.3。此法是现行三甘醇脱水装置中应用较多的再生方法。其典型流程见图2-7所示。a. 汽提气进入方式 由再沸器分布管进入再生系统 由缓冲罐直接进入再生系统； 由再沸器预热后经贫液汽提柱进入。由再沸器预热后经贫液汽提柱进入系统的汽提效果更佳，可以减少汽提气用量。b. 汽提效果比较 贫液汽提柱是个填料塔，由图2-8说明，汽提气经汽提柱中进入再沸器的汽提效
10、果比汽提气直接进入再沸器时好。在再沸器温度为204时，同样对每升三甘醇使用0.04m3汽提气，前者可使三甘醇提浓到99.95%，而后者仅为99.6%。图2-8 汽提气量对三甘醇浓度的影响c. 汽提气使用的气源 汽提气应使用不溶于水且比较稳定的气体，工业装置常用脱水后的干天然气或来自闪蒸罐的闪蒸气，压力为0.30.6MPa。3）共沸蒸馏再生 共沸蒸馏再生是70年代初由美国杜邦公司提出的，该法采用的共沸剂是不溶于水和三甘醇，与水能形成低沸点共沸物，并具有无毒，蒸发损失小等性质，如异辛烷、甲苯。共沸蒸馏再生流程见图2-9。异辛烷用量对三甘醇溶液再生的影响见表2-2。 图2-9 三甘醇溶液共沸蒸馏再生
11、示意图共沸蒸馏再生的特点 可将甘醇溶液提浓至99.99%(质)，干气露点达-73； 共沸剂可循环使用，损失量很小，无大气污染问题； 系统仅提供共沸剂汽化所需的热量、共沸剂分离器及循环泵。7、工艺参数对再生效果的影响 影响三甘醇溶液再生的参数主要有：n 再沸器的压力和温度；n 再生塔顶部温度；n 汽提气的流量。1）再沸器的压力再沸器的压力较高时，增加脱水难度和能耗。再沸器的压力较低时，富甘醇/水的混合物的沸腾温度会降低，在同样的再沸器温度下，可得到比较高的贫甘醇浓度，但一般不在负压状态工作。再沸器的压力一般保持常压。2）再沸器的温度再沸器的温度可控制水在贫甘醇中的浓度。温度越高，贫甘醇浓度越大。
12、通常再沸器的温度限制在204（TEG热分解温度）以下，一般再沸器的温度在188199间，甘醇浓度在98.298.5之间。3）再生塔顶温度 较高的蒸馏柱顶温度会增加甘醇的蒸发损失。若温度太低，有更多的水冷凝，增加了再沸器的热负荷。蒸馏柱顶的建议温度近似为107。当温度超过121时，甘醇就显著地蒸发损失。 为了能控制汽提蒸馏柱温度，一般在多数回流盘管上都设有旁通。4）汽提气的流量甘醇同汽提气接触能降低离开再沸器的贫甘醇浓度。一般都希望使贫甘醇浓度在98.298.5以上时才用汽提气。使用时注意控制用量，不致使汽提柱发生液泛而冲塔。8、降低三甘醇损耗量的措施三甘醇的价格较贵，应尽可能降低其损失量。对正
13、常运行的脱水装置，三甘醇损耗量宜小于15mg/m3天然气（二甘醇：小于22mg/m3 ），超过此范围就应检查三甘醇大量损失的原因。 三甘醇损耗的原因 溶液污染而引起发泡 再沸器温度过高； 原料气和贫三甘醇溶液入塔温度过高。降低三甘醇损耗量的措施： 1）选择合理的操作参数各种操作参数中温度对TEG损失量影响甚大。吸收塔的温度应保持在2050，超过50后TEG的蒸发损失量达大；重沸器的温度不应超过204，超过204后不仅蒸发损失量大，而且会导致TEG降解变质。2）改善分离效果天然气中夹带有各种固相或液相杂质、如地层水、表面活性物质、重烃、岩屑、金属腐蚀产物等等。这此杂质进入TEG溶液，增加发泡倾向和堵塞管线，影响换热设备的传热效果。因此，原料气分离器必须安装，而且应设计合理。3）保持溶液清洁 保持TEG溶液清洁是平衡操作的重要前提。保持溶液清洁的主要措施是两条： n 设置过滤器，n 用减压蒸馏的方法提纯TEG溶液。4）安装除沫网 在吸收塔和再生塔顶安装除沫网可以减少因雾沫夹带而造成的TEG损失。吸收塔顶一般安装两层除沫网，其间距少为150200mm，材质为不锈钢。5）加注消泡剂当TEG溶液被污染而发泡时，塔顶大量雾沫夹带，单靠除沫网和分离器难以回收大量的TEG，势必增加TEG的损失量，此时可以加注消泡剂。可采用的消泡剂种类甚多，必须通过实验确定其品种和用量，常用的消泡剂是磷酸三辛酯。
