天然气脱水流程与原理

CQUST天然气脱水重庆科技学院石油与天然气工程学院制作CQUST天然气脱水•脱水的目的：•降低输送负荷•减小设备及管道腐蚀•防止水合物的生成•防止液泛•达到商品气质要求第一节概述CQUST第一节概述一、直接冷却法：•原理：通过降低天然气的温度，利用水与轻烃凝结为液体的温差，使水得以冷凝，从而达到脱水的目的。•缺点：需要制冷设施对天然气进行制冷。天然气脱硫、脱水器CQUST第一节概述二、溶剂吸收脱水法•原理：天然气与某种吸水能力强的化学溶剂相接触，利用化学溶剂对水的吸收能力，吸收天然气中的水分，同时不与水发生化学反应，最终达到脱水的目的。•优点：吸收剂能通过一定的方法进行再生，使其能重复使用。三、固体吸附脱水法•原理：天然气与亲水性强的多孔物质相接触，利用多孔物质宏大的比表面积吸附天然气中的水分，达到脱水的目的。•优点：吸附剂能再生，可重复使用。•特点：适用于深度脱水。CQUST第二节直接冷却法脱水根据防止形成水合物的方法分为：•常温分离流程•低温分离流程常温分离流程低温分离流程一、常温集输工艺流程CQUST第二节直接冷却法脱水常温分离流程适用于：硫化氢含量低、凝析油不多的天然气。一、常温集输工艺流程常温分离集输工艺流程图（一）CQUST第二节直接冷却法脱水一、常温集输工艺流程常温分离集输工艺流程图（二）CQUST第二节直接冷却法脱水低温分离的集气流程适用范围：•天然气压力高、产量大；•天然气中含有较高硫化氢、二氧化碳和凝析油和汽液水；•为了增加液烃回收量，降低天然气露点。二、低温集输工艺流程CQUST第二节直接冷却法脱水二、低温集输工艺流程低温集输工艺流程图（一）CQUST第二节直接冷却法脱水二、低温集输工艺流程低温集输工艺流程图（二）CQUST第三节吸收法脱水一、吸收剂吸收容量：对水有高的吸附能力；选择性：具有较高的选择性吸附能力；饱和蒸汽压：越小越好，可减小循环量，节约热、电、吸收塔直径等；沸点：应在443K～473K范围内；粘度：影响热量传递和输送的重要因素，粘度小将节约热能和电能；热化学稳定性：热化学性质稳定性，便于再生，要求一般使用6～18年。其他：密度小；有足够的强度；价格便宜。对吸收剂的要求：CQUST第三节吸收法脱水常用吸收剂：甘醇类化合物：二甘醇、三甘醇等氯化钙水溶液CQUST第三节吸收法脱水常用脱水吸收剂比较脱水吸收剂优点缺点适用范围CaCl2水溶液①投资与操作费用低，不燃烧②在更换新鲜CaCl2前可无人值守①吸收水容量小,且不能重复使用②露点降较小,且不稳定③更换CaCl2时劳动强度大,且有废CaCl2水溶液处理问题边远地区小流量、露点降要求较小的天然气脱水二甘醇(DEG)水溶液①浓溶液不会“凝固”②天然气中含有H2S、CO2O2时，在一般温度下是稳定的③吸水容量大①蒸气压较TEG高，蒸发损失大②理论热分解温度较TEG低，仅为164.4℃，故再生后的DEG水溶液浓度较小③露点较TEG溶液得到的小④投资及操作费用较TEG高集中处理站内大流量、露点降要求较大的天然气脱水三甘醇(TEG)水溶液①投资与操作费用低，不燃烧②在更换新鲜CaCl2前可无人值守①投资及操作费用较CaCl2水溶液法高②当有液烃存在时再生过程易起泡，有时需要加入消泡剂集中处理站内大流量、露点降要求较大的天然气脱水CQUST第三节吸收法脱水结构：CH2—CH2—OHCH2—O—CH2—CH2—OHOCH2—CH2—OHCH2—O—CH2—CH2—OH二甘醇三甘醇二、甘醇脱水基本原理及物化性质CQUST第三节吸收法脱水甘醇脱水剂一甘醇二甘醇三甘醇四甘醇分子式CH2CH2(OH)2CH2CH2OHOCH2CH2OHCH2CH2OHCH2CH2OHC2H4OC2H4OHOC2H4OC2H4OH相对分子质量62.1106.1150.2194.2冰点，℃-11.5-8.3-7.2-5.6蒸气压(25℃),Pa161.331.331.33沸点,℃197.3244.8285.5314密度(60℃)1.0851.0881.0921.092(103.3kPa,24℃)1.0851.11841.12541.128溶解度20℃全溶全溶全溶全溶理论热分解温度℃165164.4206.7237.8实际使用再生温度℃129148.9-162.8176.7-196.12.4.4-233.9闪点,℃115.6143.3165.6粘度(20℃),Pa.s35.7×10-347.8×10-3(60℃),Pa.s5.08×10-37.6×10-39.6×10-310.2×10-3比热容kJ/(kg.k)2.432.312.202.18表面张力(25℃),N/m24.74.44.54.5折光指数((25℃)1.431.4461.4541.457常用甘醇脱水剂的物理性质CQUST第三节吸收法脱水三甘醇质量的最佳值参数pH值①氯化物烃类②铁粒子②水③固体悬浮物③/(mg/L)起泡倾向颜色及外观富甘醇7.0-8.56000.3153.5-7.5200泡沫高度，高度10-20mL;破裂时间，5s洁净，浅色到黄色贫甘醇7.0-8.56000.3151.5200①富甘醇由于有酸性气体溶解，其pH值较低。②由于过滤器效果不同，贫、富甘醇中烃类、铁粒子及固体悬浮物含量会有区别。烃含量为质量分数。③贫、富甘醇的水含量（质量分数）相差在2%～6%CQUST湿天然气自吸收塔底部进入，自下而上与从顶部进入的三甘醇贫液相接触后，干气从顶部流出；贫三甘醇自塔顶进入，与吸收塔内湿天然气充分接触后成为富液。富液从塔底部流出，经过滤器、换热器与贫三甘醇换热后进入再生塔，富液再生后成为贫液经与富液换冷后加压循环注入吸收塔中。第三节吸收法脱水三、甘醇脱水工艺流程甘醇脱水工艺流程示意图CQUST第三节吸收法脱水甘醇脱水原理流程CQUST第三节吸收法脱水三甘醇脱水及再生系统图CQUST第三节吸收法脱水常压再生：通过加热的方式再生，再生后三甘醇浓度可达98.5%。减压再生：通过降低装置压力的方法实现三甘醇的再生，再生后三甘醇浓度可达98.2%。气体汽提：这是一种辅助的再生方法，通过往三甘醇装置注入N2、CO2、闪蒸气等气体，降低水蒸汽气相分压，再生后三甘醇浓度可达99.995%，此工艺具有成本低，操作方便等优点。共沸再生：这是一种辅助的方法，将共沸剂注入到三甘醇再生装置中，与水生成低沸点的共沸物，而挥发出装置，从而实现三甘醇再生的目的，再生后三甘醇浓度可达99.99%。对共沸剂要求：不溶于水和三甘醇；与水形成低沸点共沸物，无毒，蒸发损失小（异辛烷）等特点。三、三甘醇再生方式及流程CQUST第三节吸收法脱水汽提气工艺流程示意图CQUST第三节吸收法脱水解吸溶剂(DRIZO)工艺流程图CQUST第三节吸收法脱水四、吸收塔设备及结构介绍分类•板式塔：塔内装有一定数量的塔盘，气体以鼓泡或喷射的形式穿过塔盘上的液层使两相密切接触，进行传质。•填料塔：塔内装填一定层段数和一定高度的填料层，液体沿填料表面呈膜状向下流动，作为连续相的气体自下而上流动，与液体逆流传质。CQUST天然气脱水│吸收法脱水陶瓷散堆填料填料塔结构CQUST第三节吸收法脱水拉西环三丫环阶梯环鲍尔环各型陶瓷填料结构异鞍环CQUST第三节吸收法脱水金属鲍尔环填料菊花短环填压延孔环金属填料结构CQUST第三节吸收法脱水逐级接触式塔板分类：泡罩塔板浮阀塔板筛孔塔板CQUST第三节吸收法脱水泡罩塔板的单个泡罩泡罩塔板结构CQUST第三节吸收法脱水泡罩结构泡罩工作原理CQUST第三节吸收法脱水浮阀塔矩形浮阀中心式浮阀塔盘圆形浮阀折流式浮阀塔板CQUST第三节吸收法脱水塔径Ｄ．mm塔板间距Ｈτ,mm600-700300350450------------------------800-1000-------350①450500600--------1200-1400-------350①450500600800①1600-3000--------------450①5006008003200-4200-----------------------------600800浮阀塔的塔板间距①不推荐采用CQUST第三节吸收法脱水折流式筛塔板结构液体入口→气体入口→气体出口→←液体出口降液管道→←堰板CQUST第三节吸收法脱水板式塔与填料塔的比较：操作范围：板式塔操作范围大于填料塔；清洗：板式塔较填料易于清洗；设计：板式塔较填料塔易于设计；造价：填料塔的造价低于板式塔；填料塔可用于起泡物系；易腐蚀物系；热敏性物系压降：填料塔压降低于板式塔。CQUST天然气脱水│吸收法脱水吸收塔流程干气→富液去重沸器→←贫液←天然气与贫液热交换器←贫液天然气→来自入口洗涤器的湿气→捕雾器→CQUST第三节吸收法脱水五、三甘醇法脱水工艺参数的选取如入口温度高：1.天然气含水量高；2.天然气的体积增加导致吸收塔塔径的增大；3.超过48℃将导致三甘醇损失增大；4.高于天然气水合物形成的温度；5.高于10℃（10℃以下甘醇会变稠）；6.高于15-21℃（若低于此温度，醇会与液烃形成稳定的乳化液）。入口温度：结论：入口气体温度在27～38℃之间。CQUST第三节吸收法脱水塔内压力1.含水量随压力的增加而减少。2.气体流速随压力的增加而降低，可减小吸收塔塔径。3.壁厚随压力的增加而增大。结论：压力选择为3.45～8.27MPa。CQUST第三节吸收法脱水吸收塔塔板数1.在甘醇循环率和贫甘醇浓度恒定的条件下，塔板数增加，露点降增大。2.吸收相同水分，塔板数的增加，甘醇循环率可相应减少，节约热能和电能。结论：吸收塔塔板数一般定为6～8块。CQUST第三节吸收法脱水贫甘醇温度1.较低的甘醇温度有利于吸收水分。2.甘醇温度过低可导致烃类冷凝并使甘醇发泡。3.甘醇温度过高会导致甘醇损失。结论：甘醇温度较出口气体温度高3～8℃。CQUST第三节吸收法脱水甘醇浓度浓度增加，气体露点降增加。增加贫甘醇浓度比增加循环率更有效。甘醇循环率在塔板数和贫甘醇浓度确定之后，气体露点降为甘醇循环率的函数。结论：吸收1kg的水需25-60L三甘醇溶液。CQUST天然气脱水│吸收法脱水CQUST天然气脱水│吸收法脱水CQUST第三节吸收法脱水甘醇重沸器温度重沸器内温度越高，贫甘醇浓度越大。结论：重沸器内温度限制在204℃，可达到甘醇浓度98.7%。重沸器内压力压力高于大气压时，明显降低贫甘醇的浓度及脱水效率。压力低于大气压，贫醇浓度增加；但一般不采用真空再生。CQUST第三节吸收法脱水汽提塔温度较高温度会增加甘醇的损失（一般选为107.2℃）。较低温度将导致过多的水冷凝，增加再沸器的热负荷。CQUST第三节吸收法脱水三甘醇脱水装置操作温度推荐值设备或部位原料气进吸收塔贫甘醇进吸收塔富甘醇进闪蒸罐富甘醇进过滤器富甘醇进精馏柱精馏柱顶部重沸器贫甘醇进泵温度／℃27～38高于气体３～827～93（宜选65)38～93（宜选65)93～149（宜选149)99（有汽提气时为88)177～204（宜选193)93（宜选82)CQUST第三节吸收法脱水CQUST天然气脱水│吸收法脱水气提气用量与再生甘醇浓度的关系甘醇脱水装置再生塔的工艺参数的确定CQUST第三节吸收法脱水常压、无汽提气再生减压、无汽提气再生常压、有汽提气再生减压、有汽提气再生六、图解法确定再生塔的操作条件：CQUST天然气脱水│吸收法脱水CQUST第三节吸收法脱水七、降低TEG损失量的措施TEG正常消耗量：8-16kg/百万方导致甘醇大量消耗的原因：溶液污染引起发泡重沸器温度过高原料气与TEG入塔温度过高CQUST第三节吸收法脱水降低TEG损失量的措施选择合理的操作参数（温度）改善分离效果（地层水、表面活性物质、重烃、岩屑、金属腐蚀产物引发发泡）保持溶液清洁（过滤和减压蒸馏）安装除沫网加注消泡剂CQUST第三节吸收法脱水八、含硫天然气脱水H2S在溶液中的溶解(降低PH值,导致TEG变质)：以不含