甘醇类气体脱水及水合物抑制剂系统(译文)

壳牌公司设计与工程实践手册

DEP 20.04.10.10-Gen

1994.12

甘醇类气体脱水及水合物抑制系统（抑制水合物工艺介绍；水合物抑制系统

设计准则；水合物抑制系统改进等摘译）

（2005．09．28译）

6抑制水合物工艺介绍

有不少低温天然气工艺需要注入水合物抑制剂，包括：

膨胀阀制冷；

机械制冷；

透平膨胀机制冷；

湿气管道输送。

MEG、DEG、TEG和MeOH均已用作水合物抑制剂。在甘醇类中，MEG 由于其价格、粘度和在液烃中溶解度较低，因而应用最广。

MeOH粘度比甘醇低，故易于通过管道泵输。注入后，相当多的MeOH以气相分散在气体中，因而可以到达系统中（尤其是在管道中）甘醇不能到达的那些部位。然而，相当一部分MeOH仍保持气相并且不会冷凝。其量是水相中的2-3倍并造成MeOH连续损失。

MeOH易燃且毒性大于甘醇，故需要更高的安全预防措施。甘醇在常温下不自燃，其优点是蒸气压很低，几乎可完全回收并可再生后重复使用。

当不采用计算机程序预测所需的水合物抑制剂量时，也可用Hammerschmidt 公式估计：

1300w

t∆=

100M-M w

式中

t∆=气体水合物形成温度降低值，℃；

M=水合物抑制剂的摩尔质量，kg/kmol；

w=水合物抑制剂在液相中的质量百分数。

有些文献建议在上式中根据所用的抑制剂采用不同的常数。此处不予考虑且对所有甘醇和甲醇均采用1300。

如果系统最低温度低于0℃，应满足图6.1中的要求。该图表示了甘醇水溶液的结晶温度。温度一定时，甘醇浓度应保持在非结晶区中的任一质量百分数值内。此值和溶液粘度通常将MEG、DEG和TEG的使用温度分别限制在最低为-30℃、-20℃和0℃。

工艺温度高于-20℃，在选择MEG或DEG时应考虑下述因素：

⑴为满足所要求的水合物形成温度降，MEG的注入量少于DEG；

⑵MEG的露点降较大，尽管其值仍有点小；

⑶MEG可在较高的浓度下再生而不结晶；

⑷MEG相应的循环量及泵排量、在分离器中的甘醇残余量及换热器负荷均较低；

⑸DEG在换热器中的传热性质较差于MEG；

⑹在典型的60℃和60%浓度的分离器条件下，MEG和DEG二者无论是粘度（分别是1.6与2.3cP）或密度(分别是1050与1060kg/m3)没有明显差别；

⑺MEG需要较高的再生温度(约高8℃)以达到典型的贫液浓度；

⑻MEG重沸器负荷所需的总显热量较低；

⑼二者离开精馏柱的水蒸气量相同，但MEG需要更多的回流来控制气相损失,因而导致重沸器总热负荷较高；

⑽烃类在MEG中的溶解度较低，故在重沸器和精馏柱中由于烃类蒸发引起的甘醇损失和BTEX散发量较小；

⑾MEG在凝液中的溶解度较小，故甘醇在凝液物流中损失较小，见图6.5。推荐采用实验室测定的凝液试样估计更可靠的MEG和DEG溶解度损失，特别是当芳烃/酸性气体含量高时；

⑿MEG的蒸发损失高于DEG；

⒀DEG在湿气管道中的内腐蚀率较小；

⒁DEG通常比MEG更贵一些。

6.1采用膨胀阀的LTS工艺流程图

图6.2为采用膨胀阀的低温分离（LTS）工艺甘醇注入和回收的示意流程图。其安排和操作条件是典型的，但也可能有很多变化。

原料气首先进入入口分离器除去游离凝液和水。这会降低甘醇再生设备的负荷，如果游离水含盐那就更加重要。

贫甘醇（甘醇溶液的质量浓度为70%-80%）注在气/气换热器上游由于温度降低可能形成水合物之前。当气体温度降低而且水从气相析出时，气体与甘醇溶液连续混合是很必要的。足够量的甘醇在此处注入，而且也给下游膨胀阀提供了水合物抑制剂。

从此工艺和其它LTS工艺得到的产品气露点不仅取决于低温分离器的温度，而且也取决于所注入的甘醇量和浓度。倘若在温度降低前使注入的甘醇与气流得到充分接触，就可假定分离器内处于平衡状态并可据此估计气体的露点。

离开低温分离器的液体在低温下很难分离，需要在甘醇/凝液分离器中加热至30-60℃进行充分分离。分离器也应具有甘醇脱气的能力。

6.2 采用机械制冷的LTS工艺流程图

此工艺中采用一个冷剂换热器或冷冻器代替膨胀阀。贫甘醇注在气/气和冷剂换热器二者的上游，其量和操作温度和水量有关。

6.3采用透平膨胀机的LTS工艺流程图

典型的透平膨胀机工厂流程见图6.3。需要有两个甘醇注入点：一处是气/气换热器，另一处是透平膨胀机。从透平膨胀机入口分离器和低温分离器分出的液体通常在甘醇/凝液分离器进料加热器上游混合。开工时气体经过透平膨胀机旁路并联的膨胀阀直至系统干净和稳定。

6.4湿气管道流程图

在典型的湿气管道系统中注水合物抑制剂的工艺流程示意图见图6.4。

入口分离器可以显著降低管道内的CO2腐蚀并具有在6.1节LTS工艺中介绍过的优点。

贫甘醇一般应直接注到入口分离器下游的气体出口管线中。开工时管线温度很低，这样就可起到抑制水合物的作用。低温开工时甘醇不应注到入口分离器的上游来抑制水合物的形成，因为它会受到盐分的污染，并且在正常情况下不能回收。间断注入甲醇更为有利，因为环境影响并不明显，而且抑制水合物的效果更

好。

气体进入管道时的水含量接近饱和。随着气体在管道中流动，主要与外界换热而被冷却。高流率时，还有膨胀制冷的作用，这就导致在管道中流过一段很长距离后其出口温度低于环境温度。

从段塞液捕集器分出的液体可加热到60℃以使甘醇/凝液得以有效分离。

同一甘醇用于湿气输送和低温分离时可以采用共同的再生设备。然而，对于LTS工艺过程可能需要提供或调配一个局中的甘醇浓度，见图6.1。