天然气三甘醇脱水一体化集成装置工艺运行参数优化

天然气三甘醇脱水一体化集成装置工艺

运行参数优化

前言

三甘醇溶剂吸收法进行天然气脱水，是天然气工业中应用较为广泛的脱水方法。通过对脱水工艺流程各参数优化，制定定量和变量进行分析、模拟，在满足外输天然气气质要求的前提下，优选出最佳运行参数，达到降本增效、绿色运行的目的。

1、三甘醇脱水系统工艺流程

在天然气进入三甘醇脱水装置脱水前，游离水经前端分离器分离，基本完成分离，三甘醇脱水的主要目的是将天然气中的饱和水脱除，使得天然气达到外输水露点要求。

1.1三甘醇脱水流程

含饱和水的湿天然气从三甘醇吸收塔下部进入，与从塔顶下来的三甘醇贫液逆流接触，以脱除天然气中的饱和水，脱水后的净化气经塔顶丝网除雾除去大于5μm的三甘醇液滴后由塔顶部出塔。干天然气出塔后，经过套管式气液换热器与进塔前的热贫甘醇换热，降低贫三甘醇进塔温度。

1.2三甘醇再生部分

贫三甘醇由塔上部进入吸收塔，由上而下与由下而上的湿天然气充分接触，吸收天然气饱和水，形成三甘醇富液。三甘醇富液从吸收塔下部流出，经三甘醇循环泵进入精馏柱换热盘管，加热至35～60℃后进入闪蒸罐，闪蒸分离出溶解在富液中的烃气体。

三甘醇从闪蒸罐下部流出，依次进入滤布过滤器和活性炭过滤器。通过滤布

过滤器除去富甘醇中5μm以上的固体杂质；通过活性炭过滤器吸附掉富液中的

部分重烃及三甘醇再生时的降解物质。

经过滤后的三甘醇富液进入贫富液换热器，与三甘醇贫液换热升温至

130℃～160℃后进入精馏柱。在精馏柱中，通过精馏段、塔顶回流及塔底重沸的

综合作用，使三甘醇富液中的水份及很小部分烃类分离出塔。塔底重沸温度为190℃～204℃，三甘醇重量百分比浓度可达98.5%～99.0%。重沸器中的三甘醇贫

液经贫液汽提柱，溢流至重沸器下部三甘醇缓冲罐，在贫液汽提柱中可由引入汽

提柱下部的热干气对贫液进行汽提，经过汽提后的贫甘醇重量百分比浓度可达

99.8%。三甘醇贫液经过缓冲罐外壁的冷却，温度降至170℃左右出缓冲罐，进入

贫富液换热器，与三甘醇富液换热，温度降至55～65℃左右进三甘醇循环泵，由

三甘醇循环泵增压后进套管换热器与外输气换热至25～45℃进入吸收塔循环利用。

图1 三甘醇脱水流程

2、三甘醇脱水参数优化

利用目前普遍应用的石油化工模拟软件——HYSYS 软件，进行三甘醇脱水工

艺流程模拟，通过设置定量和变量，优选三甘醇脱水橇运行的最佳参数。

2.1三甘醇脱水流程HYSYS 软件模拟工况参数设定

根据三甘醇脱水橇运行条件，及本次模拟参数选择，设定三甘醇脱水橇工况

参数：进口湿气压4.97Mpa、进口湿气温度28.63℃、进口湿气摩尔流量

2100kgmol/h、循环泵贫液进口温度62.11℃、循环泵循环量0.575m3/h、重沸器

温度194.5℃、精馏柱温度80.81℃、汽提气流量0.1536m3/h、闪蒸罐压力

0.4Mpa。

图2 三甘醇脱水工艺流程模拟图

2.2三甘醇脱水模拟优化

分析影响三甘醇脱水橇脱水效果和能耗的因素有：脱水橇湿天然气进塔温度、三甘醇浓度、贫液温度、汽提量气量、操作压力、重沸器温度及三甘醇循环量等，本次主要针对涉及连锁反应的三甘醇浓度、汽提量气量、重沸器温度及三甘醇循

环量4个因素进行分析。

2.2.1三甘醇浓度对脱水效果的影响

结论为三甘醇浓度越高，脱水效果越好。

图3 三甘醇质量浓度和水露点关系图

2.2.2汽提量对脱水效果的影响

为得到更高浓度的三甘醇，有必要采取气体汽提脱吸；汽提脱吸是吸收的逆过程，是将甘醇溶液同热的汽提气逆流接触。经过汽提，甘醇溶液可以提浓到99.95%。

根据已确定的三甘醇脱水橇工况参数，将汽提量作为变量进行模拟分析；通过模拟图可以看出汽提气流量优选为0.3koml/h。

图4 汽提气量和水露点关系图

2.2.3重沸器温度

重沸器温度一般设置在195℃～198℃，温度高于204℃时，三甘醇溶液的分解速率明显增加，甚至导致溶液变质。

随着再沸器温度的升高，贫三甘醇质量分数逐渐增大，但增幅缓慢降低；将重沸器温度优化为185 ℃，剩余的三甘醇提浓由汽提气完成。

图5 重沸器温度与贫液质量浓度关系图

2.2.4三甘醇循环量

根据已确定的三甘醇脱水橇工况参数，将三甘醇循环量作为变量进行模拟分析；通过模拟图可以看出三甘醇循环量优选为2.01kmol/h。

图6 三甘醇循环量和水露点关系图

3、结论

优化后的参数为循环泵循环量2.01kmol/h、重沸器温度185℃、汽提气流量0.3koml/h、闪蒸罐压力0.4Mpa，其他参数为工况参数。经过优化后，外输天然气水露点仍达标，三甘醇再生重沸器的加热负荷明显降低，脱水橇运行单位综合能耗下降。

参考文献

[1]李泽,等. HYSYS模拟三甘醇脱水工艺[J].云南化工,2017,(6):106-108.

[2]董江勇,等. 三甘醇脱水工艺模拟及脱水效果影响因素[J].环球市场,2019,(6):398.

[3]张良,等. 三甘醇脱水装置影响因素定量分析[J].内蒙古石油化工,2010,(8):224-27.

[4]蒋洪.天然气三甘醇脱水装置节能分析[J].石油与天然气化工,2010,(2):122-127.

[5]张翼, 崔国彪, 刘宗涛,等. 三甘醇脱水效果的影响因素分析[J]. 广州化工, 2013, 41(20):3.