吸收法脫水專業(yè)知識講座

水危害①在天然氣管道輸送過程中，天然氣中水分在低溫下冷凝成液體，會降低管道截面積，增加輸送過程阻力和能耗。②在天然氣加工過程中，天然氣中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)正常進行。③天然氣中水會加速硫化物（H2S、COS等）對設(shè)備腐蝕。慣用脫水方法冷凍、加壓法；液體吸收法；固體吸附法。當前普遍采取吸收法和吸附法脫水。前言吸收法脫水專業(yè)知識講座第1頁①天然氣絕對含水量每標準立方米天然氣實際含水量,g-H2O/Nm3,用e表示。②天然氣飽和含水量在一定條件(T、P）下，天然氣與液態(tài)水到達平衡時氣體絕對含水量，g-H2O/Nm3，用es表示。③天然氣相對濕度天然氣中實際含水量與飽和含水量之比，稱為天然氣相對濕度，用φ表示。④天然氣水露點在一定壓力下，與天然氣飽和含水量相對應(yīng)溫度，稱為天然氣水露點。或在一定壓力下，天然氣中水蒸汽開始冷凝溫度。名詞解釋吸收法脫水專業(yè)知識講座第2頁壓力、溫度對天然氣飽和含水影響吸收法脫水專業(yè)知識講座第3頁冷卻脫水法吸收法吸附法第一節(jié)天然氣脫水方法吸收法脫水專業(yè)知識講座第4頁一、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.直接冷卻法因為天然氣含水量伴隨溫度降低而降低，所以直接冷卻降低天然氣溫度能夠降低天然氣含水量，但此法效率太低，難以到達氣體露點要求，只能作為輔助伎倆。

2.加壓冷卻法因為天然氣含水量隨壓力升高而降低，所以，增加天然氣壓力能夠降低天然氣含水量，加壓與冷卻聯(lián)合，可提升天然氣脫水效率。但天然氣加工中加壓、冷卻并不是以脫水為目標，而是工藝需要。吸收法脫水專業(yè)知識講座第5頁

當井口氣壓力較高時，能夠利用氣體高壓膨脹取得低溫使天然氣冷卻脫水，當膨脹后氣體溫度較低時，開始用注入乙二醇或二甘醇抑制劑方法，以抑制水合物形成。

3.膨脹制冷冷卻法膨脹制冷法即能夠從井口高壓流物中脫除較多水，又能比常溫分離法分離更多烴類，故一些高壓凝析氣井口經(jīng)常使用。吸收法脫水專業(yè)知識講座第6頁1.慣用脫水吸收劑天然氣吸收脫水就是利用對天然氣中水蒸汽含有很強親和能力吸收劑與天然氣逆流接觸來脫除天然氣中水份。慣用脫水劑是甘醇類化合物和氯化鈣水溶液。當前廣泛采取甘醇類化合物是二甘醇和三甘醇。2.甘醇法脫水優(yōu)缺點甘醇法脫水與固體吸附劑法脫水是當前普遍采取兩種天然氣脫水方法。對于甘醇法脫水來講，因為三甘醇脫水露點降大、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，因而在國外廣為采取。在我國，因為二甘醇及三甘醇產(chǎn)量及價格等原因，二甘醇和三甘醇都有采取。甘醇法脫水與吸附法脫水相比，其優(yōu)點是：二、吸收法吸收法脫水專業(yè)知識講座第7頁②壓降較小。甘醇法脫水壓降為35～70kPa，而固體吸附劑法脫水壓降為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采取甘醇法脫水時補充甘醇比較輕易，而采取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。⑤甘醇脫水裝置甘醇富液再生時，脫除1kg水分所需熱量較少。⑥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。⑦甘醇脫水裝置可將天然氣中水含量降低到8mg／m3。假如有貧液汽提柱,利用汽提氣進行再生，天然氣中水含量甚至可降低降低到4mg/m3。①投資較低。據(jù)報道，建設(shè)一座處理能力為28x104m3／d天然氣固體吸附劑脫水裝置，比三甘醇脫水裝置投資高50％。吸收法脫水專業(yè)知識講座第8頁①天然氣露點要求低于-32℃時，需要采取汽提法進行再生。②甘醇受污染或分解后含有腐蝕性。吸收法脫水主要用于使天然氣露點符合管輸要求場所，普通建在集中處理站、輸氣首站內(nèi)或天然氣凈化脫硫裝置下游。三、吸附法脫水吸附法是利用一些多孔性固體吸附劑對天然氣中水蒸汽特殊吸附力來吸附脫除天然氣中水份。固體吸附劑脫水裝置投資和操作費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要求時才采取吸附法脫水。甘醇法脫水與吸附法脫水相比，其缺點是：吸收法脫水專業(yè)知識講座第9頁①脫水后干氣露點可低至-100℃，相當于水含量為0.8mg／m3。②對進料氣壓力、溫度及流量改變不敏感。③無嚴重腐蝕及起泡。吸附法缺點是：①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。②壓降較大。③天然氣中重烴、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)生機械性破損。⑤再生時消耗熱量較多，在小流量操作時更為顯著，吸附法優(yōu)點是：吸收法脫水專業(yè)知識講座第10頁①天然氣脫水目標是為了符合管道輸送要求，但又不宜采取甘醇法脫水場所。比如，在海上平臺因為波浪起伏會影響吸收塔內(nèi)甘醇溶液正常流動，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。因為此時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℃時天然氣加工時脫水。④同時脫水和烴類以符合水露點和烴露點要求。⑤從貧氣中回收天然氣液，此時往往需要采取制冷方法時。吸附法脫水主要用于天然氣凝液回收、天然氣液化裝置中天然氣深度脫水，預(yù)防天然氣在低溫系統(tǒng)中產(chǎn)生水合物堵塞設(shè)備和管道。在以下情況之一時，可優(yōu)先選擇吸附法：吸收法脫水專業(yè)知識講座第11頁甘醇普通物理性質(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)備吸收法脫水專業(yè)知識講座第12頁二甘醇（DEG）、三甘醇（TEG）均為乙二醇縮合物，反應(yīng)式為：

二甘醇三甘醇

二甘醇：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(yīng)用是三甘醇一、甘醇普通性質(zhì)吸收法脫水專業(yè)知識講座第13頁二、甘醇脫水工藝流程

吸收法脫水專業(yè)知識講座第14頁吸收法脫水專業(yè)知識講座第15頁三、主要設(shè)備1.高壓吸收系統(tǒng)主要設(shè)備（1）吸收塔能夠是板式塔或填料塔。板式塔適合用于粘性液體或低液氣比場所；因為甘醇易起泡，所以板式塔板間距應(yīng)該加大，應(yīng)大于0.45m,最好0.6～0.75m；塔頂設(shè)有捕霧器，降低干氣在氣相中損失。（2）進口氣滌器除掉進塔氣體中液體或固體雜質(zhì)。這些雜質(zhì)對三甘醇脫水影響是：①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；②溶于甘醇溶液中液烴或油(芳香烴或瀝育膠質(zhì))可降低甘醇溶液脫水能力，并使甘醇溶液起泡。吸收法脫水專業(yè)知識講座第16頁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，并含有腐蝕性。假如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，進口氣滌器是甘醇脫水裝置一個十分主要設(shè)備。很多處理量較大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。③攜帶鹽水〔隨天然氣一起采出地層水)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。吸收法脫水專業(yè)知識講座第17頁（1）閃蒸分離器低壓下分出富甘醇中所吸收重烴類氣體，以防重烴使甘醇乳化及降低再生系統(tǒng)精餾柱頂氣體和甘醇損失量。為使閃蒸氣不經(jīng)壓縮即可用作燃料氣，并確保閃蒸分離后富甘醇有足夠壓力流過過濾器及貧／富甘醇換熱器等設(shè)備，閃蒸分離器壓力最好在0.35—0.52MPa。（2）再生精餾塔由吸收塔來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，成為精餾柱頂回流，從而使柱頂溫度得到控制．并可降低甘醇損失量。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30％時，由柱頂排放水蒸氣中甘醇損失量非常小。2.再生系統(tǒng)主要設(shè)備吸收法脫水專業(yè)知識講座第18頁（3）重釜器重沸器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。甘醇脫水裝置是經(jīng)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，可采取汽提法、負壓法或共沸法。吸收法脫水專業(yè)知識講座第19頁四、工藝參數(shù)選擇

影響脫水效果主要原因有：甘醇貧液濃度；甘醇吸收劑循環(huán)量；吸收操作溫度和壓力；吸收塔和再生塔塔板數(shù)等。

1.溫度、壓力條件依據(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，使甘醇溶液脫水能力下降。普通吸收操作溫度為27～38℃。壓力對吸收過程影響較少，故對壓力無特殊要求。貧甘醇溶液進塔溫度應(yīng)比塔內(nèi)氣體溫度高3～8℃。假如貧甘醇溫度比氣體低，就會使氣體中一部分重烴冷凝，促使甘醇溶液氣泡。反之，假如貧甘醇溫度高于氣體溫度8℃，三甘醇損失和出塔干氣露點就會無須要地增加很多。吸收法脫水專業(yè)知識講座第20頁依據(jù)吸收平衡原理，甘醇貧液濃度越高，干天然氣中水含量越低，即天然氣露點溫度越低。圖4－5為甘醇貧液濃度與干氣平衡露點關(guān)系圖。為提升甘醇貧液濃度，再生塔操作應(yīng)采取以下辦法：①在甘醇分解溫度以下，應(yīng)盡可能提升再生塔重沸器溫度。對于三甘醇，重沸器溫度普通為177～204℃。②用汽提氣直接通入重沸器中，貧三甘醇濃度可達99.6％；③假如加貧液汽提柱，汽提氣從貧液汽提柱下方通入，貧三甘醇濃度可達99.9％。

2.甘醇貧液濃度吸收法脫水專業(yè)知識講座第21頁吸收法脫水專業(yè)知識講座第22頁右圖為當吸收塔為2.5塊理論板時，三甘醇循環(huán)量與露點降關(guān)系。由圖可知：①貧液濃度越高，同一循環(huán)量下露點降越大。②當循環(huán)量到達一定值后，再增加循環(huán)量時，露點降改變很小。③貧液濃度低時，提前到達循環(huán)量影響不大區(qū)間。3.三甘醇循環(huán)量吸收法脫水專業(yè)知識講座第23頁吸收塔工藝計算閃蒸分離器工藝計算再生精餾塔工藝計算換熱設(shè)備工藝計算工藝計算示例(自學(xué))第三節(jié)甘醇脫水工藝計算吸收法脫水專業(yè)知識講座第24頁一、吸收塔工藝計算吸收塔工藝計算主要包含：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（負荷）計算吸收法脫水專業(yè)知識講座第25頁由要求干氣含水量，查圖2－7得到干氣露點，將此露點值降低3～6℃，查圖4－5得到貧三甘醇濃度。2.進塔貧三甘醇濃度3.天然氣實際露點降當貧甘醇溶液濃度確定以后，吸收塔實際露點降還和吸收塔理論板數(shù)及甘醇循環(huán)量都相關(guān)系，在滿足露點降前題下，選擇適當塔板數(shù)和甘醇循環(huán)量，使產(chǎn)品總耗能最低。吸收法脫水專業(yè)知識講座第26頁

4.吸收塔直徑

板間距，mmK值4500.03665600.04576000.0488先由以下公式求出允許空塔速度，再依據(jù)進料氣體流量求出塔徑。吸收法脫水專業(yè)知識講座第27頁二、閃蒸分離器計算吸收法脫水專業(yè)知識講座第28頁三、再生塔精餾柱再生精餾柱理論板數(shù)普通為3塊，即重釜器、填料段、回流冷凝器各一塊。填料柱塔徑可依據(jù)精餾柱氣液負荷及填料流體力學(xué)性質(zhì)確定，也可由以下經(jīng)驗公式估算：吸收法脫水專業(yè)知識講座第29頁四、重釜器1.重釜器熱負荷重釜器熱負荷可依據(jù)脫水量由下式經(jīng)驗公式估算2.重釜器尺寸當重釜器按45.8kW/m2熱流密度計算蒸汽發(fā)生面積時，其工藝尺寸可按以下標準確定：長徑比＝5（推薦值）；最小直徑＝457mm；最小長度＝1067mm。吸收法脫水專業(yè)知識講座第30頁3.汽提氣用量汽提氣用量可由圖4－6來確定。依據(jù)要求貧甘醇純度，由圖查得汽提氣需要量。采取汽提氣可高甘醇純度，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(yīng)大于0.022m3/L三甘醇。吸收法脫水專業(yè)知識講座第31頁五、換熱設(shè)備甘醇脫水裝置換熱換設(shè)備包含：精餾柱頂部回流冷凝器、貧／富甘醇換熱器及氣體／貧甘醇換熱器。它們尺寸確定標準以下。

1.回流冷凝器回流冷凝器熱負荷可取甘醇溶液吸收水在重釜器內(nèi)全部汽化所需熱負荷25％～30％。

2.貧／富甘醇換熱器貧甘醇及富甘醇進口溫度通常是已知。在確定富甘醇出口溫度時，普通按貧甘醇進口溫度與富甘醇出口溫度差在33～50℃為標準，但注意富甘醇出口溫度不能高于149℃。吸收法脫水專業(yè)知識講座第32頁貧甘醇進吸收塔前應(yīng)先用干氣或空氣將其冷卻到僅比出塔干氣高6℃左右。假如溫度過高，會使頂層塔板上甘醇溫度增加，造成出塔干氣水含量增加。用出塔干氣冷卻貧甘醇，這么可預(yù)防貧甘醇被冷卻至低于出塔干氣溫度。

貧甘醇出換熱器溫度應(yīng)比進料氣進吸收塔溫度高3～6℃。計算熱負荷時應(yīng)加上5％～10％富裕量，以考慮污垢熱阻和甘醇循環(huán)量波動影響。3.氣體／貧甘醇換熱器吸收法脫水專業(yè)知識講座第33頁甘醇污染原因及對策甘醇質(zhì)量最正確值第四節(jié)甘醇質(zhì)量對脫水操作影響吸收法脫水專業(yè)知識講座第34頁一、甘醇污染原因及對策清潔預(yù)防或減緩甘醇損失過大和設(shè)備腐蝕關(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)生這些污染原因和處理方法以下：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(yīng)預(yù)防氧氣串入系統(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