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天然氣三甘醇脫水工藝技術(shù)介紹

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本文主要介紹天然氣三甘醇脫水工藝技術(shù)的特點(diǎn)，以及相關(guān)工藝參數(shù)的選取。

天然氣；三甘醇；脫水；工藝技術(shù)

1 概述

自地下儲(chǔ)集層采出的天然氣及脫硫后的天然氣通常含有水蒸氣，同時(shí)含有H2S和CO2等酸性氣體，酸性氣體會(huì)腐蝕管線和設(shè)備，水蒸氣則在天然氣的壓力和溫度改變時(shí)容易形成水化物，不符合天然氣集輸和深加工的要求，因此必須脫除天然氣中的水蒸氣、H2S和CO2。在天然氣集輸過程中，為了保證不形成水化物，通常使用三甘醇吸收脫水工藝。

天然氣三甘醇脫水系統(tǒng)中的主要工藝設(shè)備有三甘醇吸收塔、三甘醇加熱爐、三甘醇再生塔、三甘醇循環(huán)泵、貧富甘醇換熱器、冷卻器、閃蒸罐等。

2 三甘醇脫水工藝的特點(diǎn)

2.1 三甘醇的溶解特性

三甘醇學(xué)名三乙二醇，其親水性、熱穩(wěn)定性較好，且黏度及在液烴中的溶解度較低，以上特性使它成為最為廣泛使用的天然氣脫水溶劑。

2.2 一般工藝流程

常見的三甘醇脫水裝置主要分為吸收和再生兩部分。貧三甘醇和天然氣在吸收塔內(nèi)逆流接觸，脫出天然氣中水氣，從而降低天然氣的水露點(diǎn)，在再生塔內(nèi)，吸收了天然氣中水分的富甘醇，常壓下將水蒸發(fā)后濃縮為貧甘醇，再通過甘醇循環(huán)泵送入吸收塔循環(huán)利用。由于夾帶和蒸發(fā)損耗，需要定期補(bǔ)充新鮮的三甘醇溶液。

2.2.1 原料氣分離器

其功能是分離掉原料天然氣中夾帶的固體液體，常用臥式或者立式的重力分離器，內(nèi)裝金屬網(wǎng)除沫器。如原料器中夾帶有很多的細(xì)小固體粒子，應(yīng)考慮用過濾式或者水洗式旋風(fēng)分離器。

2.2.2 三甘醇-氣體吸收塔

可以采用填料塔或者板式塔，塔頂應(yīng)設(shè)置除沫器。在板式塔中雖然泡罩塔的效率略低于浮閥塔，但是由于三甘醇溶液比較粘稠，而塔內(nèi)的液氣比較低，故采用泡罩塔盤更為適宜。

2.2.3 閃蒸罐

閃蒸罐的功能是閃蒸出溶解在三甘醇溶液中的烴類，以防止溶液發(fā)泡。

2.2.4 過濾器

過濾器的功能是除去三甘醇溶液中的固體粒子和溶解性雜質(zhì)。常用的有固體過濾器和活性炭過濾器兩種。

2.2.5 貧富三甘醇溶液換熱器

用來控制進(jìn)閃蒸罐和過濾器的富液溫度，并回收貧液的熱量，使富液升溫后進(jìn)再生塔，以減輕重沸器的熱負(fù)荷，常用管殼式換熱器。

2.2.6 再生塔和重沸器

主要由再生塔和重沸器組成的溶液再生系統(tǒng)，其功能是蒸出富三甘醇溶液中的水分使之被提濃。由于三甘醇與水的沸點(diǎn)相差非常大，而且不產(chǎn)生共沸物，故再生塔只須2～3快理論塔板即可，也可選用填料塔。為了實(shí)現(xiàn)較好的分離效果，重沸器一般將富甘醇加熱至177～204℃。再生后的貧甘醇在重力作用下流出重沸器，通過貧富甘醇換熱器進(jìn)人甘醇循環(huán)泵提升到吸收塔。

3 三甘醇脫水的工藝參數(shù)選取

三甘醇脫水是基于吸收原理而實(shí)現(xiàn)的，影響脫水的效果因素包括：貧三甘醇的濃度，三甘醇的循環(huán)量，處理量，操作壓力和溫度等，所以工藝參數(shù)的選取對于脫水效果至關(guān)重要。

3.1 入口氣體溫度

在恒定壓力條件下，入口氣體溫度升高會(huì)增加含水量，也就是說，在較高的溫度下，三甘醇則需脫除更多的水量才能符合要求。且氣體溫度的升高會(huì)導(dǎo)致所需的吸收塔塔徑增加。

入口氣體溫度高于48℃，會(huì)增加三甘醇的損耗；入口氣的溫度低于15℃，三甘醇就會(huì)同氣體中的液烴類形成穩(wěn)定的乳化液，并在塔內(nèi)導(dǎo)致發(fā)泡。所以吸收塔進(jìn)口的天然氣溫度宜保持在15～48℃，否則需相應(yīng)考慮加熱或冷卻措施。

3.2 吸收塔內(nèi)壓力

只要保持壓力低于20.68MPa（表壓），吸收塔壓力對三甘醇的吸收過程產(chǎn)生的影響較小，在恒定的溫度下，入口的氣體含水量隨壓力的增加而減少。這樣氣體在較高的壓力下脫水，被脫除的水就少。另外在高壓下所需塔徑就相對較小。

但低壓下，只需較薄的壁厚就可以維持相應(yīng)的壓力，從而減少設(shè)備的投資，因此工作壓力和塔的價(jià)格之間存在著一個(gè)經(jīng)濟(jì)上的權(quán)衡。通常認(rèn)為3.45～8.27MPa的脫水壓力是最經(jīng)濟(jì)的。

3.3 貧甘醇的溫度

進(jìn)入塔頂?shù)呢毟蚀嫉臏囟葘怏w的露點(diǎn)降有較大的影響，溫度低能使甘醇循環(huán)率減到最小，貧甘醇的溫度若太高會(huì)使較多的甘醇損失到塔頂?shù)呐懦龈蓺庵?。同時(shí)，應(yīng)保持貧甘醇的溫度略高于吸收塔的溫度，否則烴類會(huì)在塔內(nèi)冷凝引發(fā)甘醇發(fā)泡。多數(shù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)入吸收塔頂層塔板的貧甘醇溫度較吸收塔氣流溫度高6～16℃，且貧甘醇進(jìn)塔溫度不能高于60℃。

3.4 三甘醇的循環(huán)量

三甘醇的循環(huán)量一般與吸收塔進(jìn)口處甘醇的濃度、塔板數(shù)或填料高度及要求的露點(diǎn)降有關(guān)。一般來講，吸收1kg的水所需三甘醇的循環(huán)量為0.02～0.03m3。

3.5 三甘醇的損耗量

正常操作下，三甘醇的損耗很小，一般小于15mg/m3（天然氣）。

3.6 三甘醇在重沸器內(nèi)的溫度

重沸器的溫度直接影響再生后貧甘醇的濃度，一般來講溫度越高，貧甘醇濃度也越大。但三甘醇再沸器的溫度不能高于204℃（三甘醇熱分解溫度）；一般比較流行的做法是，把再沸器的溫度限制在188～199℃之間，這樣可將甘醇的降解量減至最小，從而有效的將甘醇濃度控制在98.2～98.5%之間。

3.7 再生塔溫度

較高的再生塔頂溫度會(huì)增加甘醇的損失，這主要由于過度的蒸發(fā)。再生塔頂?shù)慕ㄗh溫度為107℃，當(dāng)溫度超過121℃時(shí)，甘醇就可能顯著地被蒸發(fā)而損失。若再生塔頂?shù)臏囟冗^低，冷凝水就會(huì)增多，從而增加重沸器的熱負(fù)荷。

4 結(jié)論

綜合可以看出，天然氣三甘醇脫水工藝已經(jīng)相當(dāng)成熟，該裝置主要包括吸收和三甘醇再生兩部分，其中三甘醇-氣體吸收塔、再生塔和重沸器是設(shè)計(jì)過程中的重點(diǎn)。另外，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中工藝參數(shù)的選取及設(shè)備的選型則需要根據(jù)項(xiàng)目本身的特點(diǎn)及上述的一些相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)值做出選擇，當(dāng)然相關(guān)項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)也很重要。

[1]《甘醇型天然氣脫水裝置規(guī)范》（SY0602-2005T）.

[2]《天然氣脫水設(shè)計(jì)規(guī)范》（SYT0076-2008）.

[3]郝 蘊(yùn)．三甘醇脫水工藝探討 EJ3．海上油氣（工程），2001，13（3）：22～29

[4]楊思明．天然氣脫水方法[J]．中國海上油氣（工程），1999，11（6）：6～12．

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