天然气脱水第三章.ppt

一、热力学抑制剂法
水合物热力学抑制剂是目前广泛采用的—种防止水合物形成的化学剂。 作用机理：改变水溶液或水合物的化学位，使水合物的形成温度更低或压力更 高。 目前普遍采用的热力学抑制剂有：甲醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇等。 （一）使用条件及注意事项 对热力学抑制剂的基本要求是：①尽可能大地降低水合物的形成温度；②不与 天然气的组分反应；③不增加天然气及其燃烧产物的毒性；④完全溶于水，并易于 再生；⑤来源充足，价格便宜；⑥冰点低。 实际上，很难找到同时满足以上六项 条件的抑制剂，但①～④ 是必要的。目前常用的抑制剂只是在上述某些主要方面 满足要求。
表 3-2 甲醇和乙二醇对水合物形成温度降 (t) 的影响①
质量分数/%
5
10
MeOH
2.1
4.5
温度降/℃
EG
1.0
2.2
注①由 Hammerschmidt 公式计算求得。
15
20
25
30
35
7.2
10.1
13.5
17.4
21.8
3.5
4.9
6.6
8.5
10.6
2.甘醇类
甘醇类抑制剂特点: ⑴无毒; ⑵沸点高(二甘醇:244.8 ℃,三甘醇:288 ℃) 在气相中的蒸发损失少； ⑶可回收循环使。适用于气量大而又不宜采用脱水方法的场合； 使用甘醇类作抑制剂时应注意以下事项： ①为保证抑制效果，甘醇类必须以非常细小的液滴(例如呈雾状)注入到气流中。 ②通常用于操作温度不是很低的场合中，才能在经济上有明显的优点。例如，在 一些采用浅冷分离的天然气液回收装置中。 ③如果管道或设备的操作温度低于0℃，最好保持甘醇类抑制剂在水溶液中的质量 分数在60％～70％之间（见图3－1），以防止甘醇变成粘稠的糊状体使气液两相流动 和分离困难。
第三章 天然气脱水
天然气脱水是指从天然气中脱除饱和水蒸气或从天然气凝液（NGL）中脱除 溶解水的过程。脱水的目的是：
① 防止在处理和储运过程中出现水合物和液态水； ② 符合天然气产品的水含量（或水露点）质量指标； ③ 防止腐蚀。因此，在天然气露点控制（或脱油脱水）、天然气凝液回收、 液化天然气及压缩天然气生产等过程中均需进行脱水。 天然气及其凝液的脱水方法有吸收法、吸附法、低温法、膜分离法、气体汽 提法和蒸馏法等。 本章着重介绍天然气脱水常用的吸收法、吸附法和低温法。此外，防止天然 气水合物形成的方法也在本章中一并介绍。
互溶
互溶
互溶
性状②
无色、易挥发、易 无色、无臭、无毒 同 EG
燃、有中等毒性 粘稠液体
三甘醇(TEG) C6H14O4 150.2 285.5 0.05 1.119 1.092 -7 37.3 8.77 2.22 177 207 互溶 同 EG
1.甲醇 一般来说,甲醇适用于气量小、季节性间歇或临时设施采用的场合。如按 水溶液中相同质量浓度抑制剂引起的水合物形成温度降来比较，甲醇的抑制 效果最好，其次为乙二醇，再次为二甘醇，见表3-2。
表 3-1 常见有机化合物抑制剂主要理化性质
性质
甲醇（MeOH） 乙二醇(EG)
二甘醇(DEG)
分子式 相对分子质量
CH3OH 32.04
C2H6O2 62.1
C4H10O3 106.1
常压沸点/℃
64.5
197.3
244.8
蒸气压（25℃ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ/Pa
12.3(20℃）
12.24
0.27
相对密度
25℃
0.790
1.110
1.113
60℃
1.085
1.088
凝点/℃
-97.8
-13
-8
粘 （25℃）/mPa s
0.52
16.5
28.2
度 （60℃）/mPa s
4.68
6.99
比热容（25℃）/J/(g K) 2.52
2.43
2.3
闪点（开口）/℃
12
116
124
理论分解温度/℃
165
164
与水溶解度（20℃）②
3. 甲醇与甘醇类抑制剂的性能比较
①甲醇抑制剂投资费用低，但气相损失大，故操作费用高；甘醇类抑制剂投资 费用高，但操作费用低；
②甲醇的抑制效果最好，其次为乙二醇，再次为二甘醇； ③为防止甲醇气相损失，甲醇适于低温操作；甘醇类抑制剂适合较高温度操作， 低温可能导致其粘度太大。 ④当操作温度低于-40℃时，甲醇更适合，因为甘醇的粘度大，与液烃分离困 难；操作温度高于-40℃且连续注入的情况下，首选二甘醇。 ⑤甲醇具有中等程度的毒性，可通过呼吸道、食道及皮肤侵入人体，人体中毒 量为5～10mL,致死剂量为30mL；而甘醇类抑制剂无毒。
第一节 防止天然气水合物形成的方法
防止天然气水合物形成的方法有三种： ①在天然气压力和水含量一定的条件下，将含水的天然气加热，使其加热后的 水含量处于不饱和状态。目前在气井井场采用加热器即为此法一例。 ②利用吸收法或吸附法脱水，使天然气露点降低到设备或管道运行温度以下； ③向气流中加入化学剂。目前常用的化学剂是热力学抑制剂，但自20世纪90年 代以来研制开发的动力学抑制剂和防聚剂也日益受到人们的重视与应用。 天然气脱水是防止水合物形成的最好方法，但出自实际情况和经济上考虑，一 般应在处理厂（站）内集中进行。否则，则应考虑加热或加入化学剂的方法。 关于脱水法将在下面各节中介绍，本节主要讨论加入化学剂法。
（二）注入抑制剂的低温分离法工艺流程
（三）水合物抑制剂用量的确定 注入气流中的抑制剂用量，不仅要满足防止在水溶液相中形成水合物的量， 还必须考虑气相中与水溶液相呈平衡的抑制剂含量，以及抑制剂在液烃中的溶解 量。 1.抑制剂的气相损失量 由于甲醇沸点低，故其蒸发量很大。甲醇在气相中的蒸发损失可由图3-2估 计。该图可外推至4.7MPa压力以上,但在较高压力下由图3-2估计的气相损失偏低。 甘醇蒸发损失甚小，其量可以忽略不计。
2.水溶液中最低抑制剂的浓度 （1）Hammerschmidt(1939)提出的半经验公式：
Cm
K
M t M t
其中 t t1 t2
Cm— 抑制剂在水溶液中必须达到的最低浓度(质量分数) ； Δt—根据工艺要求而确定的天然气水合物形成温度降，℃； M—抑制剂相对分子质量，甲醇为32，乙二醇为62，二甘醇为106； K—常数，甲醇为1297，甘醇类为2222; t 1 —未加抑制剂时，天然气在管道或设备中最高操作压力下形成水合 物的温度； t 2—即要求加入抑制剂后天然气不会形成水合物的最低温度，