浅谈天然气的三甘醇脱水工艺

浅谈天然气的三甘醇脱水工艺
作者：张旭
来源：《科学与财富》2010年第08期
[摘要] 天然气脱水的必要性和各种常用方法,三甘醇脱水的一般工艺流程、主要设备的特点,以及主要设备的性能要求和重要的控制参数。

[关键词] 天然气脱水三甘醇
1、天然气脱水的必要性及常用方法
自地层采出的天然气中一般含有饱和水蒸气,在一定的压力和低于露点温度的条件下,天然气中会有液相水析出,液相水对处理装置和输气管道的危害如下:
1)冷凝水局部积累会限制管道中天然气的流通率,增加管道的压降,降低输气量,严重时会冻堵管道,导致输气管道中断。

2)天然气中的水分也是造成设备、仪表和管道腐蚀破坏的主要因素。

3)水的存在可能会造成在气温较低时形成水化物冻堵,使微量水成为冰粒而破坏或击穿高速旋转的机械设备壳体。

4)为了保证天然气的热值,商品天然气标准对供给终端用户的天然气的水露点也有明确的要求。

为使天然气在管道输送和加工过程中符合一定的质量要求,必须对天然气进行处理,使其露点达到一定的要求。

天然气脱水的方法有很多种,按其原理可分为溶剂吸收法、固体干燥剂吸收法、低温分离法、化学反应法和膜分离法等,近些年又发展了天然气超音速脱水、涡流管脱水等新工艺,其中最常用的是溶剂吸收法和固体干燥剂法。

用溶剂吸收法脱水时,常使用甘醇类化合物,即甲醇、乙二醇、二甘醇和三甘醇。

天然气脱水方法应根据油气田开发方案、油气集输工艺、天然气压力及组成、气源状况、地区条件、用户要求、脱水深度等进行技术、经济综合比较后确定,统一规划,合理布局。

甘醇吸收脱水法宜用于脱水后天然气水露点不低于-15℃的场合,根据脱水深度的要求进行经济综合比较选择合适的甘醇吸收剂。

2、工艺流程
1)三甘醇溶液的特性
三甘醇(TEG)又名为三乙二醇醚,具有稳定性好、粘度低、在液烃中的溶解度较低、蒸发和被气体携带损失小等特点,据此三甘醇被广泛应用于天然气脱水溶剂。

2)一般工艺流程
湿天然气进吸收塔之前,首先要进行分离,除去游离水和固体杂质,随后再进入吸收塔的底部,由下向上与贫甘醇溶液逆向接触,使气体中的水蒸气被三甘醇溶液所吸收。

从吸收塔顶部出来
的干气流经气体/三甘醇换热器,以冷却自再生装置来的贫甘醇溶液,随后干气进入管道外输。

经气体/三甘醇换热器冷却的贫甘醇溶液进入吸收塔的顶部,吸收了湿天然气中水分的富甘醇溶液从吸收塔底部流出进入甘醇再生塔。

在再生塔顶部预热后,再经富甘醇预换热器换热后
进闪蒸分离器进行闪蒸分离,闪蒸气可作为工程用的燃料气或进行放空,凝析液再做进一步处理,富甘醇溶液依次经过颗粒过滤器和活性炭过滤器,除去5μm以上的液体/固体杂质等,再经过贫/富甘醇换热器换热,然后进入再生塔的精馏柱中。

在这里,富甘醇流入重沸器中,与重沸器中气化上升的三甘醇蒸气和水蒸气接触,进行热交换。

重沸器为常压操作,在这里用加热方法将富甘醇溶液中的水蒸气进行气化,经精馏柱顶部排出,再生好的甘醇经甘醇缓冲罐流出,与经贫富甘醇换热器和富甘醇预换热器冷却,经甘醇循环泵加压后去气体/三甘醇换热器冷却后进入甘醇吸收塔循环使用。

3、主要设备
1)入口分离器
湿天然气进吸收塔前首先进行分离,分离出天然气中的液态水、烃及固体杂质以及流程上
游采气、集气过程中加入气流内的各种化学剂等。

这些杂质将使塔内甘醇容易发泡、堵塞塔板;使甘醇损失量增多,并且带有腐蚀性;使重沸器的热负荷增加,管表面积局部过热和结焦等。

如果来气较清洁,且含液量较少,入口分离器宜与吸收塔一体,且直径与吸收塔相同。

分离器至吸收塔的升气管管口高度应超过甘醇在停工或操作不正常时出现最高液位,并应有防止甘醇
溢流分离器的措施。

分离器中液相停留时间宜为10min～20min。

2)吸收塔
吸收塔是三甘醇脱水装置中最主要的设备,通常由底部的涤气段、中部吸收段和顶部气/甘醇冷却盘管与捕雾器三部分组成。

吸收塔宜采用板式塔和填料塔,若采用板式塔常采用泡罩塔,虽然泡罩塔效率(约25%)比浮阀塔板(约33%)低,但在气体流量较小时塔板上液体能保持一定液位,不向下滴漏,气体流量为设计流量的16%~20%时仍能有效工作,操作弹性比浮阀塔大。

塔径小于0.35m时,常采用规整填料,在相同气体处理量下,规整填料塔的塔径小,塔高也比板式塔低。

采用规整填料塔代替泡罩塔作为三甘醇吸收塔,在某些方面显现出较为优越的特性。

气体的露点降、甘醇贫液浓度和循环量、吸收塔塔板数之间存在内在联系。

在甘醇贫液浓度和循环量保持不变时,塔板数越多,脱水效果越好,气体露点降越大。

当脱水效果不变时,塔板数越多,可减少所需要的甘醇循环量和再生塔重沸器的热负荷。

由于实际操作过程中,甘醇溶液和气体达不到理想的平衡状态,常取塔板效率为25%,即1块理论平衡塔板相当于4块实际塔板。

推荐吸收塔的操作压力为3.4~8.3MPa,操作温度为27~38℃。

实践证明,当塔的操作温度在10~50℃之间,操作压力小于17MPa时,吸收塔流出的干气露点与塔的操作压力无关。

在一定气体处理量下,塔压增大,塔内气体流速减小,可减少塔径,相应塔的壁厚增大;原料气温度越低,气体中饱和水的含量越少,达到预定的露点需脱出的水量越少,在较低温度下气体与甘醇接触后可得到较低的气体平衡露点,脱水效果越好。

但是实际操作中,由于各种原因,出塔干气的露点温度将比达到平衡状态下的露点温度高8~11℃。

在一定气体处理量下,原料气温度越低,所需的塔径越小。

3)闪蒸分离器
在吸收塔内,甘醇吸收天然气中水分的同时还吸收了少量的天然气,尤其包括芳香烃在内的重烃,而此类重烃在甘醇中的溶解度跟压力有关,压力越高,溶解度越大。

闪蒸分离器的作用就是在较低压力下分离出富三甘醇溶液中吸收的这种烃类气体,减少甘醇损失,防止甘醇溶液发泡。

闪蒸出的气体作为燃料气或进入放空系统。

当原料气为贫气时,气体中的重烃较少,闪蒸分离器可设为两相分离器,液相停留时间为5~10min;当原料气为富气时,闪蒸分离器应设为三相分离器,将液烃分出,以免造成甘醇溶液乳化和发泡,应使甘醇溶液升温至65℃左右,液相停留时间为
20min。

4)过滤器
甘醇溶液中固体杂质较多时,造成甘醇泵磨损,甘醇溶液发泡,污染吸收塔和再生塔、重沸器火管产生局部过热等。

过滤器是必须设置的设备,颗粒过滤器应除去5μm以上的固体杂质,使甘醇中固体杂质的质量分数低于0.01%。

5)甘醇循环泵
由于吸收塔的操作压力较高,而再生塔的操作压力较低,此时必须将贫甘醇增压后送入吸收塔。

甘醇循环泵是必须的设备,而且还要有一台备用泵。

6)再生塔
由吸收塔来的富甘醇经闪蒸后进入再生塔精馏柱和重沸器内进行再生,精馏柱顶部设有冷却盘管,可使部分水蒸气冷凝,成为精馏柱顶的回流,从而使精馏柱顶部温度得到控制,并可减少三甘醇损失。

7)重沸器
三甘醇脱水装置的再生系统主要由再生塔和重沸器组成,其中重沸器的作用是用来提供热量将富三甘醇加热至一定温度,使富甘醇中所吸收的水分汽化并从精馏柱顶排放,同时提供回流热负荷及补充散热损失,再生塔的作用是使三甘醇溶液在此得到提浓。

参考文献
[1] 天然气脱水设计规范SY/T 0076-2008
[2] 油气集输与矿场加工中国石油大学出版社
[3] 油田油气集输设计技术手册石油工业出版社■。