三甘醇脫水工藝簡述

摘 要：天然氣從開采到成為商品天然氣需要經(jīng)過一系列的加工處理，以除去天然氣中含有的水，硫等雜質(zhì)。天然氣中水的存在會(huì)對天然氣品質(zhì)產(chǎn)生極大危害，因此天然氣脫水工藝成為了天然氣加工中極為重要的一部分。天然氣脫水工藝已有悠久的歷史，目前普遍采用的為甘醇吸收法脫水，其中應(yīng)用最廣泛的脫水工藝為三甘醇脫水工藝。

關(guān)鍵詞：天然氣 三甘醇 脫水工藝

天然氣中水分的存在對天然氣的品質(zhì)影響極大。天然氣含水會(huì)導(dǎo)致其燃燒不充分；天然氣中的游離水會(huì)和天然氣本身所夾帶的H2S和CO2形成酸腐蝕管路設(shè)備；天然氣中的游離水在一定條件下會(huì)和天然氣中的小分子結(jié)合形成天然氣水合物，水合物在管道中形成會(huì)造成管道堵塞，使天然氣輸氣量下降，增大管線的壓差，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成管道事故。由此可見水分在天然氣中的存在是危害極大的事，因此，需要脫除天然氣中部分的水分，以滿足管輸和用戶的需要。較為常用的天然氣脫水方法有溶劑吸收法、低溫法、固體吸收法等。近年來興起的一些新興的天然氣脫水方法有膜分離法、超音速脫水法等。

目前，最常用的方法仍是溶劑吸收法脫水，其吸收原理是采用一種親水的溶劑與天然氣充分接觸，使水傳遞到溶劑中從而達(dá)到脫水的目的。利用甘醇進(jìn)行吸收脫水，投資少，壓降小，可連續(xù)操作，且補(bǔ)充甘醇容易，再生脫水需要的熱量少，脫水效果好。迄今為止，在天然氣脫水工業(yè)中已經(jīng)有四種甘醇被成功應(yīng)用，分別是乙二醇（EG）、二甘醇（DEG）、三甘醇（TEG）和四甘醇（TREG）。其中三甘醇脫水具有再生容易，貧液質(zhì)量分?jǐn)?shù)高（可達(dá)98%—99%），露點(diǎn)降大，運(yùn)行成本低等特點(diǎn)，因此得到了廣泛應(yīng)用。

一、無硫甘醇脫水工藝流程

該流程用于處理井口無硫天然氣或來自醇氨法脫硫裝置的凈化氣。TEG脫水裝置主要由吸收塔和再生塔兩部分組成，吸收塔內(nèi)進(jìn)行的是含水天然氣與三甘醇貧液的逆流吸收，再生塔內(nèi)進(jìn)行的是三甘醇富液解吸轉(zhuǎn)化再生為天然氣貧液的過程。

工藝流程簡述：含水天然氣自吸收塔底部進(jìn)入，與來自塔頂?shù)娜蚀钾氁哼M(jìn)行逆流吸收，脫除水分，脫水后的天然氣自吸收塔塔頂排出，吸收后的三甘醇富液自吸收塔塔底排出，經(jīng)冷凝器升溫后進(jìn)入閃蒸罐蒸出烴類氣體，再經(jīng)過濾器濾掉部分雜質(zhì)后經(jīng)過貧/富液換熱器再次升溫后通過緩沖罐，再進(jìn)入再生塔內(nèi)完成解吸。解吸后的三甘醇貧液經(jīng)貧/富液換熱器冷卻后通過甘醇泵輸送至吸收塔頂部循環(huán)使用。

二、含硫天然氣的甘醇脫水工藝

對于含硫天然氣，為了防止集輸過程中管線發(fā)生腐蝕，需將含硫天然氣先脫水再輸送。當(dāng)甘醇脫水裝置作用于含硫天然氣時(shí)，H2S在TEG中的溶解會(huì)導(dǎo)致溶液pH值下降使溶液變質(zhì)。對于含H2S的天然氣，若其含量不高，再生的含H2S的氣體可灼燒排放。對于H2S含量較高的天然氣，需采用含硫天然氣甘醇脫水裝置，在再生塔前設(shè)置富液汽提塔，解吸出H2S并返回吸收塔，與甲烷等烴類一起輸送。富液汽提塔一般采用不含硫的天然氣或惰性氣汽提，可從富液中除去98%以上的酸氣。若使用含硫天然氣作為汽提氣，汽提H2S的效果會(huì)變差，因此TEG法不適用于處理高含硫天然氣。

裝置中主要設(shè)備：

1.入口分離器

入口分離器用于分離天然氣中烴類所夾帶的固體或液態(tài)水等雜質(zhì)。

2.吸收塔

吸收塔是氣液相傳質(zhì)場所。氣相中的水分進(jìn)入甘醇貧液中，可采用填料塔，塔頂設(shè)置捕霧器。因?yàn)楦蚀济撍b置通常氣液比很高，甘醇循環(huán)量小，且甘醇粘度較高，在低氣量時(shí)采用泡罩塔板不會(huì)發(fā)生漏液，因此實(shí)際過程中通常采用泡罩塔板。塔頂捕霧器保證氣相中盡可能少夾帶甘醇，為保證液滴的捕霧空間，從捕霧器到第一塊塔板應(yīng)有足夠的空間距離。

3.閃蒸罐

在甘醇吸收水分的過程中，較重的烴類會(huì)部分地溶解于甘醇溶液中，閃蒸罐的作用是在較低壓力下除去甘醇富液中的烴類氣體，減少再生塔的負(fù)荷。原料天然氣較貧時(shí)可選用二相分離器，溶液停留時(shí)間為5-10分鐘。原料天然氣較富時(shí)可采用三相分離器，停留時(shí)間為20-30分鐘。

4.過濾器

過濾器用于除去腐蝕產(chǎn)物及其他雜質(zhì)，減小溶液發(fā)泡的可能性。過濾器設(shè)置在閃蒸罐后，此時(shí)溶液溫度較高，粘度較低，利于過濾。常用的過濾器有固體過濾器和活性炭過濾器。固體過濾器以纖維制品、紙張或玻璃纖維為濾料，可除去5μm以上的粒子；固體過濾器的容量應(yīng)滿足處理全部循環(huán)溶液的需要?；钚蕴窟^濾器主要除去溶解性雜質(zhì)，如高沸點(diǎn)的烴類、表面活性劑、壓縮機(jī)潤滑油以及甘醇降解產(chǎn)物等。循環(huán)溶液可全部進(jìn)入活性炭過濾器處理，也可部分處理。溶液在過濾器中的停留時(shí)間為15—20分鐘。

5.循環(huán)泵

循環(huán)泵用于使甘醇貧液增壓后進(jìn)入吸收塔。常用的循環(huán)泵有三種驅(qū)動(dòng)方式：高壓氣體驅(qū)動(dòng)、高壓液體驅(qū)動(dòng)、電驅(qū)動(dòng)。通常設(shè)置兩臺泵，每臺泵的能力都要能滿足全部甘醇循環(huán)需要，一臺正常工作，另一臺備用。

6.貧/富液換熱器

貧/富液換熱器用來控制閃蒸罐和過濾器的富液溫度，回收貧液熱量，使富液升溫至148℃進(jìn)塔，減輕重沸器的熱負(fù)荷。常用管殼式換熱器。對小型裝置可不單獨(dú)安裝換熱器，在緩沖罐中用換熱盤管來代替，以此簡化流程，節(jié)省投資，但換熱效果較差。

7.再生塔

再生塔主要由精餾柱、重沸器和帶有熱盤管的緩沖罐組成，作用是蒸出甘醇富液中的水分以再生甘醇，循環(huán)使用。精餾柱安裝在重沸器的上部，柱內(nèi)填料通常在1.2—2.4米，也可采用塔板。精餾柱頂部設(shè)有冷卻盤管作回流冷凝器，使部分水蒸氣冷凝提供柱頂回流，控制柱頂溫度。重沸器主要提供熱量將甘醇加熱至一定溫度，使其吸收的水汽化。重沸器一般采用釜式，可用燃料氣直接加熱，也可用水蒸氣或?qū)嵊图訜峄蛘唠娂訜岬绕渌绞郊訜?。通常用的是帶可移?dòng)火箱的明火加熱管的直燃式重沸器，形狀為U型管。緩沖罐的主要作用是容納從吸收塔中出來的全部甘醇。正常運(yùn)行時(shí)緩沖罐應(yīng)半滿，同時(shí)應(yīng)設(shè)置氣封以防止甘醇與空氣接觸。

結(jié)語

天然氣脫水是處理井口采出氣必不可少的工藝步驟，在實(shí)際的操作過程中，應(yīng)該根據(jù)含有不同類型雜質(zhì)或者雜質(zhì)含量不一樣的天然氣采用最適合的脫水工藝或者脫水溶劑，在設(shè)計(jì)和操作的過程中應(yīng)遵循能量盡可能回收利用，盡可能降低設(shè)備和操作成本的原則，根據(jù)實(shí)際情況選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)和操作方案。

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作者簡介：王繪舟（1995.06-），男，四川省資陽市，本科，西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院2014級，研究方向：化學(xué)工程與工藝。