天然氣吸收法脫水匯編

1、v 水的危害 在天然氣管道輸送過程中，天然氣中的水分在低溫下冷凝成液體，會減少管道截面積，增加輸送過程阻力和能耗。 在天然氣加工過程中，天然氣中的水分會在操作條件下（高壓、低溫）和烴類或二氧化碳生成固體水合物，堵塞管道及設(shè)備，影響生產(chǎn)的正常進行。 天然氣中的水會加速硫化物（H2S、COS等）對設(shè)備的腐蝕。v 常用脫水方法 冷凍、加壓法；液體吸收法；固體吸附法。目前普遍采用吸收法和吸附法脫水。前 言 天然氣的絕對含水量 每標準立方米天然氣的實際含水量, g-H2O/Nm3, 用e表示。 天然氣的飽和含水量 在一定條件(T、P）下，天然氣與液態(tài)水達到平衡時氣體的絕對含水量， g-H2O/Nm3 ，

2、用es表示。 天然氣的相對濕度 天然氣中實際含水量與飽和含水量之比，稱為天然氣的相對濕度，用表示。100see 天然氣的水露點 在一定壓力下，與天然氣飽和含水量相對應的溫度，稱為天然氣的水露點?；蛟谝欢▔毫ο?，天然氣中水蒸汽開始冷凝的溫度。v 名詞解釋v 壓力、溫度對天然氣飽和含水的影響sowsowwssowwowweppepNmgppyeeppypppppp,T , ; , ,T:)/( 4 .221000181000/4 .2218 : , mol :,30一定時當一定時由上式可知為飽和含水量含量天然氣中水的烴氣體分壓和蒸汽壓水在該溫度條件下的飽天然氣的壓力則類完全不互溶在工程上，假設(shè)水與

3、烴烴烴n冷卻脫水法n吸收法n吸附法第一節(jié) 天然氣脫水的方法一、冷卻脫水法一、冷卻脫水法 冷卻脫水法可分為直接冷卻法、加壓冷卻法、膨脹制冷法三種方法。 1. 1. 直接冷卻法直接冷卻法 由于天然氣的含水量隨著溫度的降低而減少，所以直接冷卻降低天然氣溫度可以減少天然氣的含水量，但此法效率太低，難以達到氣體露點要求，只能作為輔助手段。 2. 2. 加壓冷卻法加壓冷卻法 因為天然氣含水量隨壓力的升高而減少，所以，增加天然氣壓力可以降低天然氣的含水量，加壓與冷卻聯(lián)合，可提高天然氣的脫水效率。但天然氣加工中的加壓、冷卻并不是以脫水為目的，而是工藝需要。 當井口氣的壓力較高時，可以利用氣體高壓膨脹獲得的低溫

4、使天然氣冷卻脫水，當膨脹后的氣體溫度較低時，開始用注入乙二醇或二甘醇抑制劑的方法，以抑制水合物的形成。 3. 3. 膨脹制冷冷卻法膨脹制冷冷卻法 膨脹制冷法即可以從井口高壓流物中脫除較多的水，又能比常溫分離法分離更多的的烴類，故一些高壓凝析氣井口經(jīng)常使用。 1.常用脫水吸收劑 天然氣吸收脫水就是利用對天然氣中的水蒸汽具有很強親和能力的吸收劑與天然氣逆流接觸來脫除天然氣中的水份。常用的脫水劑是甘醇類化合物和氯化鈣水溶液。目前廣泛采用的甘醇類化合物是二甘醇和三甘醇。 2.甘醇法脫水的優(yōu)缺點 甘醇法脫水與固體吸附劑法脫水是目前普遍采用的兩種天然氣脫水方法。對于甘醇法脫水來講，由于三甘醇脫水露點降大、

5、成本低和運行可靠，在各種甘醇化合物中其經(jīng)濟效益最好，因而在國外廣為采用。在我國，由于二甘醇及三甘醇的產(chǎn)量及價格等因素，二甘醇和三甘醇均有采用。甘醇法脫水與吸附法脫水相比，其優(yōu)點是：二、吸收法二、吸收法 壓降較小。甘醇法脫水的壓降為3570kPa，而固體吸附劑法脫水的壓降為70200kPa。 甘醇法脫水為連續(xù)操作，而固體吸附劑法為間歇操作。 采用甘醇法脫水時補充甘醇比較容易，而采用固體吸附劑法脫水時從吸附塔（干燥器器)中更換固體吸附劑費時較長。 甘醇脫水裝置的甘醇富液再生時，脫除1kg水分所需的熱量較少。 有些雜質(zhì)會使固體吸附劑堵塞，但對甘醇脫水裝置操作影響甚小。 甘醇脫水裝置可將天然氣中的水含

6、量降低到8mgm3。如果有貧液汽提柱,利用汽提氣進行再生，天然氣中的水含量甚至可降低降低到4mg/m3。 投資較低。據(jù)報道，建設(shè)一座處理能力為28x104m3d天然氣的固體吸附劑脫水裝置，比三甘醇脫水裝置投資高50。 天然氣的露點要求低于-32時，需要采用汽提法進行再生。 甘醇受污染或分解后具有腐蝕性。 吸收法脫水主要用于使天然氣露點符合管輸要求的場合，一般建在集中處理站、輸氣首站內(nèi)或天然氣凈化脫硫裝置的下游。 三、吸附法脫水三、吸附法脫水 吸附法是利用某些多孔性固體吸附劑對天然氣中的水蒸汽的特殊吸附力來吸附脫除天然氣中的水份。 固體吸附劑脫水裝置的投資和操作費用比甘醇脫水裝置要高，故般是在甘

7、醇法脫水滿足不了天然氣露點要求時才采用吸附法脫水。甘醇法脫水與吸附法脫水相比，其缺點是： 脫水后的干氣露點可低至-100，相當于水含量為0.8mgm3。對進料氣壓力、溫度及流量的變化不敏感。 無嚴重的腐蝕及起泡。 吸附法的缺點是： 需要兩個或兩個以上吸附器切換操作，故其投資及操作費用較高。 壓降較大。 天然氣中的重烴、H2S和CO2等可使固體吸附劑污染。 固體吸附劑顆粒在使用中易產(chǎn)生機械性破損。 再生時消耗的熱量較多，在小流量操作時更為顯著，吸附法的優(yōu)點是： 天然氣脫水的目的是為了符合管道輸送要求，但又不宜采用甘醇法脫水的場合。例如，在海上平臺由于波浪起伏會影響吸收塔內(nèi)甘醇溶液的正常流動，或天

8、然氣是酸氣等。 高壓(超臨界狀態(tài))含二氧化碳較多天然氣脫水。因為此時二氧化碳在三甘醇溶液中溶解度很大。 用于冷凍溫度低于-34時的天然氣加工時的脫水。 同時脫水和烴類以符合水露點和烴露點的要求。 從貧氣中回收天然氣液，此時往往需要采用制冷的方法時。 吸附法脫水主要用于天然氣凝液回收、天然氣液化裝置中的天然氣深度脫水，防止天然氣在低溫系統(tǒng)中產(chǎn)生水合物堵塞設(shè)備和管道。在下列情況之一時，可優(yōu)先選擇吸附法：n甘醇的一般物理性質(zhì)n甘醇脫水工藝流程n甘醇脫水工藝主要設(shè)備n甘醇脫水工藝參數(shù)第二節(jié) 甘醇脫水工藝及設(shè)備 二甘醇（DEG）、三甘醇（TEG）均為乙二醇的縮合物，反應式為： 二甘醇 三甘醇 二甘醇：

9、沸點：245.0； 分解溫度：164.4 三甘醇： 沸點：287.4； 分解溫度：206.7 因為三甘醇沸點高，蒸汽壓低，吸收脫水過程蒸發(fā)損失少，且分解溫度高，所以脫水過程廣泛應用的是三甘醇CH2CH2OHOHCH2CH2OHOHCH2CH2OHOCH2CH2OH+H2OCH2CH2OHOHCH2CH2OHOCH2CH2H2O3()OCH2CH2OH+2一、甘醇的一般性質(zhì)一、甘醇的一般性質(zhì)二、甘醇脫水的工藝流程二、甘醇脫水的工藝流程 三、主要設(shè)備三、主要設(shè)備 1. 高壓吸收系統(tǒng)主要設(shè)備 （1）吸收塔 可以是板式塔或填料塔。板式塔適用于粘性液體或低液氣比的場合；由于甘醇易起泡，所以板式塔的板間距

10、應當加大，應大于0.45m,最好0.60.75m；塔頂設(shè)有捕霧器，減少干氣在氣相中的損失。 （2）進口氣滌器 除掉進塔氣體中的液體或固體雜質(zhì)。這些雜質(zhì)對三甘醇脫水的影響是： 游離水增加了甘醇溶液循環(huán)量、重沸器熱負荷及燃料用量；溶于甘醇溶液中的液烴或油(芳香烴或瀝育膠質(zhì))可降低甘醇溶液的脫水能力，并使甘醇溶液起泡。 井下化學劑諸如緩蝕劑、酸化及壓裂液等均可使甘醇溶液起泡，并具有腐蝕性。如果沉積在重沸器火管表面上，也可使火管表面產(chǎn)生熱斑。 固體雜質(zhì)諸如泥沙及鐵銹或FeS等腐蝕產(chǎn)物,他們可促使甘醇溶液起泡，使閥門及泵受到侵蝕并可堵塞塔板或填料。 由此可見，進口氣滌器是甘醇脫水裝置的一個十分重要的設(shè)備

11、。很多處理量較大的甘醇脫水裝置都在吸收塔之前設(shè)有氣滌器甚至還有過濾分離器。 攜帶的鹽水隨天然氣一起采出的地層水)中溶解有很多鹽類。鹽水溶于甘醇后可使碳鋼，尤其可使不銹鋼產(chǎn)生腐蝕。鹽沉積在重沸器火管表面上，還可使火管表面產(chǎn)生熱斑（或局部過熱）甚至燒穿。 （1）閃蒸分離器 低壓下分出富甘醇中所吸收的重烴類氣體，以防重烴使甘醇乳化及減少再生系統(tǒng)精餾柱頂?shù)臍怏w和甘醇損失量。為使閃蒸氣不經(jīng)壓縮即可用作燃料氣，并保證閃蒸分離后的富甘醇有足夠的壓力流過過濾器及貧富甘醇換熱器等設(shè)備，閃蒸分離器的壓力最好在0.350.52MPa。 （2）再生精餾塔 由吸收塔來的富甘醇在再生塔精餾柱和重沸器內(nèi)進行再生。再生塔可用

12、板式塔或填料塔。精餾柱頂部設(shè)有冷卻盤管，可使部分水蒸氣冷凝，成為精餾柱頂?shù)幕亓?，從而使柱頂溫度得到控制并可減少甘醇損失量。無汽提氣時，塔頂溫度控制在99；有汽提氣時，塔頂溫度控制在88。當回流量約為水蒸氣排放量的30時，由柱頂排放的水蒸氣中甘醇損失量非常小。2. 再生系統(tǒng)主要設(shè)備 （3）重釜器 重沸器的作用是用來提供熱量將富甘醇加熱至一定溫度，使富甘醇中所吸收的水分汽化并從精榴柱頂排放。除此以外，重沸器還要提供回流熱負荷以及補充散熱損失。 甘醇脫水裝置是通過重釜器溫度來控制再生深度和貧甘醇濃度。重釜器溫度和貧三甘醇濃度的關(guān)系見右圖。 由右圖可知，釜溫越高，貧甘醇濃度越高；若要求貧甘醇濃度更高，

13、可采用汽提法、負壓法或共沸法。四、工藝參數(shù)的選擇四、工藝參數(shù)的選擇 影響脫水效果的主要因素有：甘醇貧液的濃度；甘醇吸收劑循環(huán)量；吸收操作的溫度和壓力；吸收塔和再生塔的塔板數(shù)等。 1.1.溫度、壓力條件溫度、壓力條件 根據(jù)吸收過程原理，溫度越低越有利于吸收。但溫度過低（21）甘醇溶液粘度過大，起泡增多，使塔板效率下降；吸收溫度過高，進料器中水含量太高，同時也不利于吸收，使甘醇溶液的脫水能力下降。一般吸收操作溫度為2738。壓力對吸收過程影響較少，故對壓力無特殊要求。 貧甘醇溶液的進塔溫度應比塔內(nèi)氣體溫度高3 8。如果貧甘醇溫度比氣體低，就會使氣體中的一部分重烴冷凝，促使甘醇溶液氣泡。反之，如果貧

14、甘醇溫度高于氣體溫度8 ，三甘醇損失和出塔干氣的露點就會不必要地增加很多。 根據(jù)吸收平衡的原理，甘醇貧液的濃度越高，干天然氣中的水含量越低，即天然氣的露點溫度越低。圖45為甘醇貧液的濃度與干氣平衡露點關(guān)系圖。 為提高甘醇貧液的濃度，再生塔的操作應采取下列措施： 在甘醇分解溫度以下，應盡量提高再生塔重沸器溫度。對于三甘醇，重沸器溫度一般為177204。 用汽提氣直接通入重沸器中，貧三甘醇濃度可達99.6； 如果加貧液汽提柱，汽提氣從貧液汽提柱下方通入，貧三甘醇濃度可達99.9。 2.2.甘醇貧液的濃度甘醇貧液的濃度 右圖為當吸收塔為2.5塊理論板時，三甘醇循環(huán)量與露點降的關(guān)系。由圖可知： 貧液濃

15、度越高，同一循環(huán)量下露點降越大。 當循環(huán)量達到一定值后，再增加循環(huán)量時，露點降變化很小。 貧液濃度低時，提前達到循環(huán)量影響不大的區(qū)間。3. 三甘醇循環(huán)量n吸收塔的工藝計算n閃蒸分離器的工藝計算n再生精餾塔的工藝計算n換熱設(shè)備的工藝計算n工藝計算示例(自學)第三節(jié) 甘醇脫水工藝計算一、吸收塔的工藝計算一、吸收塔的工藝計算 吸收塔的工藝計算主要包括： 塔板（填料）型式及塔板數(shù)；三甘醇溶液循環(huán)量；塔徑 1. 1. 吸收塔脫水量（負荷）的計算吸收塔脫水量（負荷）的計算 。進料氣量，干氣含水量，進料氣水含量，吸收塔的脫水量，式中dmqWmWhkgqqWWqiWiW/10 ;mkg/10 ;kg/10 ;

16、/ 24)( 33330330 由要求的干氣的含水量，查圖27得到干氣露點，將此露點值減少36，查圖45得到貧三甘醇的濃度。 2. 2. 進塔的貧三甘醇濃度進塔的貧三甘醇濃度 3. 3. 天然氣的實際露點降天然氣的實際露點降 當貧甘醇溶液的濃度確定以后，吸收塔的實際露點降還和吸收塔的理論板數(shù)及甘醇循環(huán)量都有關(guān)系，在滿足露點降的前題下，選擇合適的塔板數(shù)和甘醇循環(huán)量，使產(chǎn)品總耗能最低。 4. 4. 吸收塔的直徑吸收塔的直徑 見下表。經(jīng)驗常數(shù)，度，氣體在操作條件下的密度，甘醇在操作條件下的密允許空塔氣速，式中 K / ;/ ;/ / )( 335 . 0mkgmkgsmvKvgLgggLg板間距，m

17、mK值4500.03665600.04576000.0488先由以下公式求出允許空塔速度，再根據(jù)進料氣體流量求出塔徑。二、閃蒸分離器的計算二、閃蒸分離器的計算。吸收塔的脫水量，水；水所需甘醇溶液量，即每吸收甘醇循環(huán)量，。對三相分離器，。對兩相分離器，停留時間，甘醇溶液循環(huán)量，；積，閃蒸分離器的沉降體式中據(jù)停留時間來確定，即閃蒸分離器的尺寸可根hkgqkgmLttmimthmqmqLqtqVWGLWGLL/ /1kg min3020 min;105 ;/ V 60/ 333三、再生塔精餾柱三、再生塔精餾柱 再生精餾柱的理論板數(shù)一般為3塊，即重釜器、填料段、回流冷凝器各一塊。填料柱塔徑可根據(jù)精餾柱

18、的氣液負荷及填料的流體力學性質(zhì)確定，也可由以下經(jīng)驗公式估算：mmqDL D 7 .247 精餾柱直徑，式中四、重四、重 釜釜 器器 1. 重釜器熱負荷 重釜器熱負荷可根據(jù)脫水量由下式經(jīng)驗公式估算 水。甘醇循環(huán)量，水；荷，水所需要的重釜器熱負脫出式中kgLkgkJkgQLQGRGRL/ / 1 88.2742171 2. 重釜器的尺寸 當重釜器按45.8kW/m2的熱流密度計算蒸汽發(fā)生面積時，其工藝尺寸可按以下原則確定： 長徑比5（推薦值）；最小直徑457mm；最小長度1067mm。 3. 汽提氣的用量 汽提氣的用量可由圖46來確定。根據(jù)要求的貧甘醇純度，由圖查得汽提氣的需要量。 采用汽提氣可高

19、甘醇純度，但也增加了操作費用，因而只有在必要時才使用，且其用量不應大于0.022m3/L三甘醇。五、換五、換 熱熱 設(shè)設(shè) 備備 甘醇脫水裝置的換熱換設(shè)備包括：精餾柱頂部的回流冷凝器、貧富甘醇換熱器及氣體貧甘醇換熱器。它們的尺寸確定原則如下。 1. 回流冷凝器回流冷凝器 回流冷凝器熱負荷可取甘醇溶液吸收的水在重釜器內(nèi)全部汽化所需熱負荷的2530。 2. 貧富甘醇換熱器貧富甘醇換熱器 貧甘醇及富甘醇進口溫度通常是已知的。在確定富甘醇出口溫度時，一般按貧甘醇進口溫度與富甘醇出口溫度差在3350為原則，但注意富甘醇的出口溫度不能高于149。 貧甘醇進吸收塔前應先用干氣或空氣將其冷卻到僅比出塔干氣高6左

20、右。如果溫度過高，會使頂層塔板上甘醇溫度增加，導致出塔干氣水含量增加。用出塔干氣冷卻貧甘醇，這樣可防止貧甘醇被冷卻至低于出塔干氣溫度。 貧甘醇出換熱器的溫度應比進料氣進吸收塔的溫度高36。計算熱負荷時應加上5 10的富裕量，以考慮污垢熱阻和甘醇循環(huán)量波動的影響。3. 氣體貧甘醇換熱器氣體貧甘醇換熱器n甘醇污染的原因及對策n甘醇質(zhì)量的最佳值 第四節(jié) 甘醇質(zhì)量對脫水操作的影響一、甘醇污染的原因及對策清潔一、甘醇污染的原因及對策清潔 防止或減緩甘醇損失過大和設(shè)備腐蝕的關(guān)鍵是保持甘醇潔凈。實際上，甘醇在使用過程中將會受到各種污染。產(chǎn)生這些污染的原因和解決辦法如下： 1. 氧氣串入系統(tǒng) 甘醇易氧化變質(zhì)，生成腐蝕性有機酸。故應防止氧氣串入系統(tǒng)，亦可向脫水系統(tǒng)中注入抗氧化劑，其量為12g/L甘醇。 2. 高溫降解 富甘醇在再生時如果溫度過高會降解(熱降解)變質(zhì)。因此，當采用三甘醇脫水時，重沸器溫度應低丁204，火管傳熱表面的熱流密度則應小于25kwm2。同時，還應定期對火管傳熱表面上由于油污和鹽址類沉積引起的熱斑進行檢查并及時清掃。