天然气脱水

天然气脱水技术综述
摘要：目前，国内天然气行业正进入高速发展阶段，天然气的高效开发和利用已经成为未来能源发展的新课题。

水分在天然气的存在是非常不利的事，因此，需要脱水的要求更为严格。

所以未来天然气高效脱水将是一个重要的研究方向。

本文阐述了现阶段天然气的脱水方法：低温法、吸收法、吸附法等。

关键词：天然气；脱水技术；低温法，吸收法；吸附法
引言：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。

本文对低温法、吸收法和吸附法脱水技术进行了概括分析。

1.低温法脱油脱水工艺及应用
将天然气冷却至烃露点以下某一低温，将天然气中的重烃与气体分离出来的方法，也称冷凝分离法。

1.1膨胀制冷法
将高压气体膨胀制冷获得低温，使气体中部分水蒸气和较重烃类冷凝析出，从而控制了其水、烃露点。

这种方法也称为低温分离（LTS 或LTX）法，大多用于高压凝析气井井口有多余压力可供利用的场合。

如图采用乙二醇作抑制剂的低温分离（LTS或LTX）法工艺流程图。

此法多用来同时控制天然气的水、烃露点。

1.2冷剂制冷法
通过冷剂循环制冷来降低天然气的温度，使气体中部分水蒸气和较重烃类冷凝析出，从而控制了其水、烃露点。

天然气需要进行露点控制却又无压差可利用时，可采用冷剂制冷法。

榆林天然气处理厂脱油脱水装置采用的工艺流程如图示：
低温分离器的分离温度需要在运行中根据干气的实际露点符合
要求的前提下尽量降低获得更低温度所需的能耗。

1.3影响低温法控制天然气露点的主要因素
①.处理、组分分析和工艺计算误差以及组成变化和运行波动等造成的偏差。

天然气取样、样品处理、组分分析和工艺计算误差，以及组成变化和运行波动等因素均会造成偏差，尤其是天然气中含有少量碳原子数较多的重烃时，这些因素造成的偏差就更大。

②.离器对气流中微米级和亚微米级雾状液滴的分离效率不能达到100%。

气流中所携带的雾状水滴或液烃雾滴都会使天然气水露点或烃露点升高。

③.凝析气或湿天然气脱除部分重烃后仍具有反凝析现象，其烃露点在某一范围内随压力降低反而增加。

天然气的水露点随压力降低而降低，其它组分对其影响不大。

但是，天然气的烃露点与压力关系比较复杂，先是在反凝析区内的高压下随压力降低而升高，达到最高值（临界凝析温度）后又随压力降低而降低。

2.吸收法脱水
根据吸收原理，采用一种亲水液体与天然气逆流接触，从而吸收气体中的水蒸气而达到脱水的目的。

2.1甘醇脱水工艺及应用
由于三甘醇脱水露点降大、成本低、运行可靠以及经济效益好，故广泛采用。

现以三甘醇为例，对吸收法脱水工艺和设备进行介绍。

2.1.1三甘醇脱水工艺流程
如图示：
2.1.2主要设备
（1）吸收塔可以是板式塔或填料塔。

板式塔适用于粘性液体或
低液气比的场合，总塔板效率一般为25%～30%；由于甘醇易起泡，所以板式塔的板间距应当加大，应大于0.45m,最好0.6～0.75m；塔顶设有捕雾器用于除去≥5μm 的甘醇液滴，使干气中携带的甘醇量小于0.016g/m3。

捕雾器到干气出口的间距不宜小于吸收塔内径的0.35倍，顶层塔板到捕雾器的间距则不应小于塔板间距的1.5倍。

（2）进口气涤器除掉进塔气体中的液体或固体杂质。

这些杂质
对三甘醇脱水的影响是：
①游离水增加了甘醇溶液循环量、重沸器热负荷及燃料用量；
②溶于甘醇溶液中的液烃或油(芳香烃或沥青胶质)可降低甘醇溶液的脱水能力，并使甘醇溶液起泡。

③携带的盐水〔随天然气一起采出的地层水)中溶解有很多盐类。

盐水溶于甘醇后可使碳钢，尤其可使不锈钢产生腐蚀。

盐沉积在重沸器火管表面上，还可使火管表面产生热斑（或局部过热）甚至烧穿。

④井下化学剂诸如缓蚀剂、酸化及压裂液等均可使甘醇溶液起泡，并具有腐蚀性。

如果沉积在重沸器火管表面上，也可使火管表面产生热斑。

⑤固体杂质诸如泥沙及铁锈或FeS等腐蚀产物,他们可促使甘醇
溶液起泡，使阀门及泵受到侵蚀．并可堵塞塔板或填料。

由此可见，进口气涤器是甘醇脱水装置的一个十分重要的设备。

很多处理量较大的甘醇脱水装置都在吸收塔之前设有气涤器甚至还
有过滤分离器。

（3）闪蒸分离器低压下分出富甘醇中所吸收的重烃类气体，以防重烃使甘醇乳化及减少再生系统精馏柱顶的气体和甘醇损失量。

为使闪蒸气不经压缩即可用作燃料气，并保证闪蒸分离后的富甘醇有足够的压力流过过滤器及贫／富甘醇换热器等设备，闪蒸分离器的压力最好在0.27—0.62MPa。

（4）再生精馏塔由吸收塔来的富甘醇在再生塔精馏柱和重沸器内进行再生。

再生塔可用板式塔或填料塔。

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，从而使柱顶温度得到控制．并可减少甘醇损失量。

无汽提气时，塔顶温度控制在99℃；有汽提气时，塔顶温度控制在88℃。

当回流量约为水蒸气排放量的30％时，由柱顶排放的水蒸气中甘醇损失量非常小。

（5）釜器重沸器的作用是用来提供热量将富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榴柱顶排放。

除此以外，重沸器还要提供回流热负荷以及补充散热损失。

甘醇脱水装置是通过重釜器温度来控制再生
深度和贫甘醇浓度。

重釜器温度和贫三甘醇浓度的
关系见右图。

由右图可知，釜温越高，贫甘醇浓度越高；若
要求贫甘醇浓度更高，可采用汽提法、负压法或共
沸法。

3.吸附法脱水
吸附分离是利用气体或液体中各组份在吸附剂表面吸附能力的差别而使其分离的方法。

按流体分子与吸附剂表面分子作用力不同可分为二类：
①物理吸附（范德华力）
特点：放热小（冷凝热＋润湿热），有可逆性，增加压力或降低温度有利于吸附；降低压力，提高温度有利于脱附。

吸附剂可循环使用。

②化学吸附（剩余力场，剩余价力）
特点：吸附热大，接近于化学反应热。

被吸附分子至少会发生变形，可逆性小，这种过程很少用于混合物的分离。

3.1固体吸附剂脱水工艺流程
3.1.1采用湿气（或进料气）作再生气。

特点：①再生器用量约占进料量的5％～10％；②由于采用湿气作再生气，脱水操作中的干气露点仅能达到约为-39℃；③由于脱水干燥时干燥器内的气速很大，为减少床层的扰动，原料气自上而下通过床层。

3.1.2采用干气作再生气
特点：①由于用干气再生，出口干气的露点可降低至-100℃以下；
②再生操作时，再生气自下而上，其原因是：a. 防止床层下部重新被水污染；b. 可使床层下部再生更完全，以保证天然气的露点要求；
c. 虽然床层下部没有吸附水，但吸附力大量烃类，其脱附后流向床层上部，起到再生气的作用。

3.1.3干燥器结构
3.2工艺参数选择
(1) 吸附周期：吸附周期长，则再生次数少，吸附剂寿命长；但床层长，投资高。

对于含水量较高的天然气，易采用较短的周期；对于含水量较低的天然气，易采用较长的周期。

通常取吸附周期8～24小时。

(2) 吸附温度：根据吸附过程原理，吸附是一放热反应，吸附温度越高，吸附剂湿容量越小，为保证吸附剂有较高的湿容量，吸附温度一般不超过50℃。

(3) 再生温度：再生温度越高，吸附剂再生越完全，但其有效使用寿命越短，分子筛的再生温度一般为232～315℃。

(4) 加热与冷却时间分配：对于两塔流程，加热时间为65－75％的吸附时间；冷却时间为25－35％吸附时间；对于三塔流程，吸附时间=再生时间=冷却时间。

参考文献：
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