第四章 吸收法脫水

第四章吸收法脫水第1頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三水的危害①在天然氣管道輸送過(guò)程中，天然氣中的水分在低溫下冷凝成液體，會(huì)減少管道截面積，增加輸送過(guò)程阻力和能耗。②在天然氣加工過(guò)程中，天然氣中的水分會(huì)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(jìn)行。③天然氣中的水會(huì)加速硫化物（H2S、COS等）對(duì)設(shè)備的腐蝕。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。前言第2頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三①天然氣的絕對(duì)含水量每標(biāo)準(zhǔn)立方米天然氣的實(shí)際含水量,g-H2O/Nm3,用e表示。②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(dá)到平衡時(shí)氣體的絕對(duì)含水量，g-H2O/Nm3，用es表示。③天然氣的相對(duì)濕度天然氣中實(shí)際含水量與飽和含水量之比，稱為天然氣的相對(duì)濕度，用φ表示。④天然氣的水露點(diǎn)在一定壓力下，與天然氣飽和含水量相對(duì)應(yīng)的溫度，稱為天然氣的水露點(diǎn)。或在一定壓力下，天然氣中水蒸汽開(kāi)始冷凝的溫度。名詞解釋第3頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三壓力、溫度對(duì)天然氣飽和含水的影響第4頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三冷卻脫水法吸收法吸附法第一節(jié)天然氣脫水的方法第5頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、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.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(dá)到氣體露點(diǎn)要求，只能作為輔助手段。

2.加壓冷卻法因?yàn)樘烊粴夂侩S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。第6頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

當(dāng)井口氣的壓力較高時(shí)，可以利用氣體高壓膨脹獲得的低溫使天然氣冷卻脫水，當(dāng)膨脹后的氣體溫度較低時(shí)，開(kāi)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.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。第7頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1.常用脫水吸收劑天然氣吸收脫水就是利用對(duì)天然氣中的水蒸汽具有很強(qiáng)親和能力的吸收劑與天然氣逆流接觸來(lái)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(diǎn)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(duì)于甘醇法脫水來(lái)講，由于三甘醇脫水露點(diǎn)降大、成本低和運(yùn)行可靠，在各種甘醇化合物中其經(jīng)濟(jì)效益最好，因而在國(guó)外廣為采用。在我國(guó)，由于二甘醇及三甘醇的產(chǎn)量及價(jià)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(diǎn)是：二、吸收法第8頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三②壓降較小。甘醇法脫水的壓降為35～70kPa，而固體吸附劑法脫水的壓降為70～200kPa。③甘醇法脫水為連續(xù)操作，而固體吸附劑法為間歇操作。④采用甘醇法脫水時(shí)補(bǔ)充甘醇比較容易，而采用固體吸附劑法脫水時(shí)從吸附塔（干燥器器)中更換固體吸附劑費(fèi)時(shí)較長(zhǎng)。⑤甘醇脫水裝置的甘醇富液再生時(shí)，脫除1kg水分所需的熱量較少。⑥有些雜質(zhì)會(huì)使固體吸附劑堵塞，但對(duì)甘醇脫水裝置操作影響甚小。⑦甘醇脫水裝置可將天然氣中的水含量降低到8mg／m3。如果有貧液汽提柱,利用汽提氣進(jìn)行再生，天然氣中的水含量甚至可降低降低到4mg/m3。①投資較低。據(jù)報(bào)道，建設(shè)一座處理能力為28x104m3／d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％。第9頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三①天然氣的露點(diǎn)要求低于-32℃時(shí)，需要采用汽提法進(jìn)行再生。②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(diǎn)符合管輸要求的場(chǎng)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、吸附法脫水吸附法是利用某些多孔性固體吸附劑對(duì)天然氣中的水蒸汽的特殊吸附力來(lái)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(fèi)用比甘醇脫水裝置要高，故—般是在甘醇法脫水滿足不了天然氣露點(diǎn)要求時(shí)才采用吸附法脫水。甘醇法脫水與吸附法脫水相比，其缺點(diǎn)是：第10頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三①脫水后的干氣露點(diǎn)可低至-100℃，相當(dāng)于水含量為0.8mg／m3。②對(duì)進(jìn)料氣壓力、溫度及流量的變化不敏感。③無(wú)嚴(yán)重的腐蝕及起泡。吸附法的缺點(diǎn)是：①需要兩個(gè)或兩個(gè)以上吸附器切換操作，故其投資及操作費(fèi)用較高。②壓降較大。③天然氣中的重?zé)N、H2S和CO2等可使固體吸附劑污染。④固體吸附劑顆粒在使用中易產(chǎn)生機(jī)械性破損。⑤再生時(shí)消耗的熱量較多，在小流量操作時(shí)更為顯著，吸附法的優(yōu)點(diǎn)是：第11頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三①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(chǎng)合。例如，在海上平臺(tái)由于波浪起伏會(huì)影響吸收塔內(nèi)甘醇溶液的正常流動(dòng)，或天然氣是酸氣等。②高壓(超臨界狀態(tài))含二氧化碳較多天然氣脫水。因?yàn)榇藭r(shí)二氧化碳在三甘醇溶液中溶解度很大。③用于冷凍溫度低于-34℃時(shí)的天然氣加工時(shí)的脫水。④同時(shí)脫水和烴類以符合水露點(diǎn)和烴露點(diǎn)的要求。⑤從貧氣中回收天然氣液，此時(shí)往往需要采用制冷的方法時(shí)。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(shí)，可優(yōu)先選擇吸附法：第12頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三甘醇的一般物理性質(zhì)甘醇脫水工藝流程甘醇脫水工藝主要設(shè)備甘醇脫水工藝參數(shù)第二節(jié)甘醇脫水工藝及設(shè)備第13頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二甘醇（DEG）、三甘醇（TEG）均為乙二醇的縮合物，反應(yīng)式為：

二甘醇三甘醇

二甘醇：沸點(diǎn)：245.0℃；分解溫度：164.4℃三甘醇：沸點(diǎn)：287.4℃；分解溫度：206.7℃因?yàn)槿蚀挤悬c(diǎn)高，蒸汽壓低，吸收脫水過(guò)程蒸發(fā)損失少，且分解溫度高，所以脫水過(guò)程廣泛應(yīng)用的是三甘醇一、甘醇的一般性質(zhì)第14頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、甘醇脫水的工藝流程

第15頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第16頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、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(chǎng)合；由于甘醇易起泡，所以板式塔的板間距應(yīng)當(dāng)加大，應(yīng)大于0.45m,最好0.6～0.75m；塔頂設(shè)有捕霧器，減少干氣在氣相中的損失。（2）進(jìn)口氣滌器除掉進(jìn)塔氣體中的液體或固體雜質(zhì)。這些雜質(zhì)對(duì)三甘醇脫水的影響是：①游離水增加了甘醇溶液循環(huán)量、重沸器熱負(fù)荷及燃料用量；②溶于甘醇溶液中的液烴或油(芳香烴或?yàn)r育膠質(zhì))可降低甘醇溶液的脫水能力，并使甘醇溶液起泡。第17頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三④井下化學(xué)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。⑤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(jiàn)，進(jìn)口氣滌器是甘醇脫水裝置的一個(gè)十分重要的設(shè)備。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(guò)濾分離器。③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(guò)熱）甚至燒穿。第18頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（1）閃蒸分離器低壓下分出富甘醇中所吸收的重?zé)N類氣體，以防重?zé)N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(guò)過(guò)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0.35—0.52MPa。（2）再生精餾塔由吸收塔來(lái)的富甘醇在再生塔精餾柱和重沸器內(nèi)進(jìn)行再生。再生塔可用板式塔或填料塔。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)幕亓鳎瑥亩怪敎囟鹊玫娇刂疲⒖蓽p少甘醇損失量。無(wú)汽提氣時(shí)，塔頂溫度控制在99℃；有汽提氣時(shí)，塔頂溫度控制在88℃。當(dāng)回流量約為水蒸氣排放量的30％時(shí)，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)備第19頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（3）重釜器重沸器的作用是用來(lái)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(fù)荷以及補(bǔ)充散熱損失。甘醇脫水裝置是通過(guò)重釜器溫度來(lái)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(jiàn)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，可采用汽提法、負(fù)壓法或共沸法。第20頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三四、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.溫度、壓力條件根據(jù)吸收過(guò)程原理，溫度越低越有利于吸收。但溫度過(guò)低（＜21℃）甘醇溶液粘度過(guò)大，起泡增多，使塔板效率下降；吸收溫度過(guò)高，進(jìn)料器中水含量太高，同時(shí)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27～38℃。壓力對(duì)吸收過(guò)程影響較少，故對(duì)壓力無(wú)特殊要求。貧甘醇溶液的進(jìn)塔溫度應(yīng)比塔內(nèi)氣體溫度高3～8℃。如果貧甘醇溫度比氣體低，就會(huì)使氣體中的一部分重?zé)N冷凝，促使甘醇溶液氣泡。反之，如果貧甘醇溫度高于氣體溫度8℃，三甘醇損失和出塔干氣的露點(diǎn)就會(huì)不必要地增加很多。第21頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三根據(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(diǎn)溫度越低。圖4－5為甘醇貧液的濃度與干氣平衡露點(diǎn)關(guān)系圖。為提高甘醇貧液的濃度，再生塔的操作應(yīng)采取下列措施：①在甘醇分解溫度以下，應(yīng)盡量提高再生塔重沸器溫度。對(duì)于三甘醇，重沸器溫度一般為177～204℃。②用汽提氣直接通入重沸器中，貧三甘醇濃度可達(dá)99.6％；③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(dá)99.9％。

2.甘醇貧液的濃度第22頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第23頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三右圖為當(dāng)吸收塔為2.5塊理論板時(shí)，三甘醇循環(huán)量與露點(diǎn)降的關(guān)系。由圖可知：①貧液濃度越高，同一循環(huán)量下露點(diǎn)降越大。②當(dāng)循環(huán)量達(dá)到一定值后，再增加循環(huán)量時(shí)，露點(diǎn)降變化很小。③貧液濃度低時(shí)，提前達(dá)到循環(huán)量影響不大的區(qū)間。3.三甘醇循環(huán)量第24頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三吸收塔的工藝計(jì)算閃蒸分離器的工藝計(jì)算再生精餾塔的工藝計(jì)算換熱設(shè)備的工藝計(jì)算工藝計(jì)算示例(自學(xué))第三節(jié)甘醇脫水工藝計(jì)算第25頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、吸收塔的工藝計(jì)算吸收塔的工藝計(jì)算主要包括：①塔板（填料）型式及塔板數(shù)；②三甘醇溶液循環(huán)量；③塔徑

1.吸收塔脫水量（負(fù)荷）的計(jì)算第26頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三由要求的干氣的含水量，查圖2－7得到干氣露點(diǎn)，將此露點(diǎn)值減少3～6℃，查圖4－5得到貧三甘醇的濃度。2.進(jìn)塔的貧三甘醇濃度3.天然氣的實(shí)際露點(diǎn)降當(dāng)貧甘醇溶液的濃度確定以后，吸收塔的實(shí)際露點(diǎn)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(diǎn)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。第27頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

4.吸收塔的直徑

板間距，mmK值4500.03665600.04576000.0488先由以下公式求出允許空塔速度，再根據(jù)進(jìn)料氣體流量求出塔徑。第28頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、閃蒸分離器的計(jì)算第29頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、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)精餾柱的氣液負(fù)荷及填料的流體力學(xué)性質(zhì)確定，也可由以下經(jīng)驗(yàn)公式估算：第30頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三四、重釜器1.重釜器熱負(fù)荷重釜器熱負(fù)荷可根據(jù)脫水量由下式經(jīng)驗(yàn)公式估算2.重釜器的尺寸當(dāng)重釜器按45.8kW/m2的熱流密度計(jì)算蒸汽發(fā)生面積時(shí)，其工藝尺寸可按以下原則確定：長(zhǎng)徑比＝5（推薦值）；最小直徑＝457mm；最小長(zhǎng)度＝1067mm。第31頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.汽提氣的用量汽提氣的用量可由圖4－6來(lái)確定。根據(jù)要求的貧甘醇純度，由圖查得汽提氣的需要量。采用汽提氣可高甘醇純度，但也增加了操作費(fèi)用，因而只有在必要時(shí)才使用，且其用量不應(yīng)大于0.022m3/L三甘醇。第32頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三五、換熱設(shè)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熱負(fù)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(fù)荷的25％～30％。

2.貧／富甘醇換熱器貧甘醇及富甘醇進(jìn)口溫度通常是已知的。在確定富甘醇出口溫度時(shí)，一般按貧甘醇進(jìn)口溫度與富甘醇出口溫度差在33～50℃為原則，但注意富甘醇的出口溫度不能高于149℃。第33頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三貧甘醇進(jìn)吸收塔前應(yīng)先用干氣或空氣將其冷卻到僅比出塔干氣高6℃左右。如果溫度過(guò)高，會(huì)使頂層塔板上甘醇溫度增加，導(dǎo)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(yīng)比進(jìn)料氣進(jìn)吸收塔的溫度高3～6℃。計(jì)算熱負(fù)荷時(shí)應(yīng)加上5％～10％的富裕量，以考慮污垢熱阻和甘醇循環(huán)量波動(dòng)的影響。3.氣體／貧甘醇換熱器第34頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三甘醇污染的原因及對(duì)策甘醇質(zhì)量的最佳值第四節(jié)甘醇質(zhì)量對(duì)脫水操作的影響第35頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、甘醇污染的原因及對(duì)策清潔防止或減緩甘醇損失過(guò)大和設(shè)備腐蝕的關(guān)鍵是保持甘醇潔凈。實(shí)際上，甘醇在使用過(guò)程中將會(huì)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(jī)酸。故應(yīng)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1～2g/L甘醇。2.高溫降解富甘醇在再生時(shí)如果溫度過(guò)高會(huì)降解(熱降解)變質(zhì)。因此，當(dāng)采用三甘醇脫水時(shí)，重沸器溫度應(yīng)低丁204℃，火管傳熱表面的熱流密度則應(yīng)小于25kw／m2。同時(shí)，還應(yīng)定期對(duì)火管傳熱表面上由于油污和鹽址類沉積引起的熱斑進(jìn)行檢查并及時(shí)清掃。第36頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三當(dāng)進(jìn)料氣中含有硫化氫和二氧化碳時(shí)，會(huì)使甘醇溶液呈酸性并具有嚴(yán)重的腐蝕性。可通過(guò)加入硼砂、三乙醇胺等堿性化合物中和。4.鹽污染鹽沉積在重沸