天然气脱水工艺

天然气工艺简介
脱水的原因
脱水的方法 脱水工艺介绍 低温脱水工艺注意事项 天然气水合物及其防治 乙二醇再生
自储集层中采出的天然气及脱硫后的天然气 中，一般都含有水气（饱和水、游离水）。 绝对含水量：单位体积天然气中含有的水气 量，又称天然气绝对湿度，单位为mg/m3。 天然气中所含有的饱和水蒸气量统称为天然 气水含量，而将在天然气中呈液相存在的水称为 游离水或液态水。 天然气水露点：天然气在一定压力下水蒸气 开始冷凝结露的温度。
方法对比
节流法 1、装置操作简单，占地面积小； 2、装置投资及运行费用低。
三甘醇法 1、操作温度下溶剂稳定，吸湿性 高，露点降高; 2、容易再生成99%（w）以上的浓 度； 3、蒸气压低，气相携带损失小； 4、装置投资及运行费用低； 5、进出装置的压降小。
分子筛法 1、脱水后干气中水含量可 低于1ppm，水露点可低于90℃； 2、对进料气体温度、压力 、流量变化不敏感； 3、操作简单，占地面积较 小； 4、无严重腐蚀和发泡方面 的问题。 1、对于大装置，其设备投 资和操作费用高； 2、气体压降大； 3、吸附剂易破碎； 4、再生耗热量高； 5、再生气气量较大，压力 较低。 水露点要求低，需要深度脱 水的场合。 高
2、足够低温度，足够高压力
3、压力波动，气流突变和晶种
存在 力也 无法使水化物生成。
三、天然气水合物的防止措施 1、在给定温度、组分的天然气，降压至最低形成压力以 下。
2、在给定压力、组分的天然气，保持温度在水合物形成
温度以上。
3、降低天然气湿度、水露点，即脱水。
6、乙二醇的凝固点为-12.6℃，为什么低温分离器处温度达-22 ℃ 却没有
凝固？ 7、乙二醇有哪些消耗，如何克服？
8、为什么要对乙二醇进行再生？
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脱水的原因
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天然气净化厂构成 净化厂的构成主要由主体工艺装置、 辅助工艺装置和公用工程三部分组成。 工厂平面布置图和各部分的具体组成和 功能介绍如下：
低温分离温度是实现干气输送控制的核心点。 对于固定组分的天然气，在管输过程中的一定压 力变化范围内，水露点将随压力的降低而减小， 烃露点将随压力的降低而升高。因此气田内天然 气净化处理时，低温分离温度的确定受制于外输 管道末段输送压力降低后天然气的温度和环境温 度。
※我国国家标准GB178202－1999中规定，在天然气交接点的压力和温 度条件下,水露点应比最低环境温度低5℃，烃露点应低于最低环境度。
水是天然气中有害无益的组分，它们的存在对天然气处理 带来许多危害： ①天然气中水的存在．降低了天然气的热值和输气管道的 输送能力； ②当温度降低或压力增加时．天然气中的水会呈液相析出， 在管道或设备中积液，不仅增加流动压降，甚至形成段塞流， 还会加速天然气中酸性组分对管道和设备的腐蚀； ③液态水不仅在冰点时会结冰，而且，即使在天然气的温 度高于水的冰点时，液态水还会与天然气中的一些气体组分 形成冰雪状的固体水合物，严重时堵塞井筒、阀门、管道和 设备，影响输气管道的平稳供气和生产装置的正常运行。 因此，天然气中的水含量和天然气水合物的形成条件，无 论对于天然气开采、集输还是处理、加工，都是十分重要的。
甲醇、乙二醇
防止含有饱和水的天然气
与水蒸气结合形成 低冰点的溶液，降
随温度的降低而形成固态
水合物，在天然气预冷前 须注入水合物抑制剂
低天然气的露点
该工艺的最大缺点是当原料气中二氧化碳分 压大于0.021MPa时，(湿气)设备需采用腐蚀控制， 或采用抗腐蚀材料。同时，由于乙二醇粘度较大， 特别在有凝析油存在时，操作温度过低给乙二醇 溶液与凝析油分离带来困难，增加了在凝析油中 的溶解损失和携带损失。
应用 场合 投资
天然气压力高，并且有充足的压 力降可以利用。 最高（配合压缩机使用）
膜法脱水：
根据膜对天然气中水汽的优先选择渗透性，当天然气流经膜表面时， 水汽优先透过膜而被脱除掉，从而达到分离的目的。分离效率受膜材料、 气体、组成、压差等因素的影响，是一种动力学分离过程。与传统的脱 水方法相比,它具有以下几方面的优点:
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天然气脱水工艺一般包括：低温脱水，
溶剂吸收法脱水，固体吸附法脱水等。
低温脱水法：
该法是利用高压天然气节流膨胀降温或换热降温而使部分水冷凝脱除。 节流阀制冷 膨胀制冷 低温分离法 丙烷制冷 热分离机制冷等 膨胀机制冷
然气净化工艺的核心部分，其脱硫方法类别特别多，但主导
工艺是醇胺法。
(2) 脱水单元 与天然气脱硫相比，脱水方法的类别要简单得 多。脱水目的是为了防止天然气在输送、加工处理 过程中有水冷凝出来进而带来腐蚀问题，同时也可 防止水合物、冰生成堵塞管线和设备。
(3) 硫磺回收单元
天然气净化领域内硫磺回收通常系指克劳斯工 艺。通过该工艺，可以把天然气中脱除下来的酸气 通过克劳斯反应，使 H2S 转化为元素硫，从而充分
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天然气脱水工艺
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思考题
1、为什么要脱水？
2、乙二醇脱水的基本原理是什么？ 3、塔中I号带为什么采用乙二醇，而不采用甲醇？ 4、塔中I号带采用丙烷制冷脱水，为什么不采用节流制冷或三甘醇脱水？ 5、乙二醇脱水装置操作中，采取哪些措施可以保持溶液清洁？
回收利用了宝贵的硫资源，同时也达到了保护环境
的目的。
(4) 尾气处理单元
部分硫磺回收装置排出的尾气有时可能含高达
百分之几的含硫物，直接外排导致环境污染，因此
必须建设尾气处理装置，把尾气中硫化物吸收掉， 达到环境排放标准。
2、辅助工艺装置
辅助工艺装置是为了保证净化厂正常运行、检
修、事故处理而设置的一些附属设施，通常包括硫
优 点
缺 点
1、只适用于高压天然气； 2、对于压力不高的天然气节流降 温不足，达不到水露点要求； 3、如果没有足够的压降可以利用 ，需要后增压或外供冷源。
1、存在轻质油时，会有一定程度 的发泡倾向，有时需加入消泡剂 2、含酸性组分的天然气在脱水， 会腐蚀设备、管道，使三甘醇溶 液呈酸性，有时需加入缓蚀剂或 中和剂。 油气田无自由压降可利用，满足 管输天然气水露点要求的场合。 低
在生产运行中，出现过低温分离器后的聚 结器滤蕊被水合物冰堵甚至挤压的现象，原因 是进入气液聚结器的天然气中含有游离水滴， 未与醇液充分混合，由于低温造成结冰或形成 水合物，体积膨胀，挤压滤蕊。故要保证醇与 天然气中水相的充分混合，注醇雾化器也很重 要。
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适用情况： ① 气量少，不宜采用脱水方法；②采用其它抑制剂时用量
多，投资大；③在建设正式厂、站之前，使用临时设施的地方；④水合 物形成不严重，不常出现或季节性出现；⑤只是在开工时将甲醇注入脱
水系统中，以抑制水合物形成的地方；⑥管道较长（例如超过1.5km）
需考虑对下游流程的影响：如分子筛、三甘醇
水合物抑制剂——乙二醇
水溶液等，但是由于乙二醇挥发性低，易于与所吸收的水分
离，在天然气浅冷装置中, 基本上都使用乙二醇作为抑制剂, 防止水合物的形成，从而保证脱水脱烃过程的顺利进行。
水合物抑制剂—甲醇
特点：可用于任何操作温度下的天然气管道设备，但沸点低，操作温度 较高时气相损失大，多用于低温场合，可用于溶解已有的水合物。
4、加入水合物抑制剂如CaCl2、乙二醇等。
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概述
乙二醇，又名甘醇、乙撑亚胺、MEG、1,2-乙二醇 • 1、结构简式：HO-CH2-CH2-OH 分子式： C2H6O2 • 相对分子质量：62.07 (按1997年国际原子质量)
湿原料气
入 口 分 离 器
干 燥 塔
干 燥 塔
分子筛装置
加热器 再 生 气 干气
膜法装置
产品气
加 热 器 原料气 气 液 分 离 器 膜 组 块
核心 单元 膜 组 块
废气 排污
真空泵
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脱水的方法 脱水工艺介绍 低温脱水工艺注意事项 天然气水合物及其防治 乙二醇再生
水合物抑制剂
原料气
过滤分离装置
脱硫装置
脱水装置
产品气
硫磺回收装置
硫磺成型装置
固体硫磺
烟 囱
焚 烧 炉
天然气净化厂生产工艺总流程图
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1、主体工艺装置
净化厂的主体工艺单元主要由脱硫单元、脱水单元、硫
磺回收单元及尾气处理单元等构成。
(1)脱硫单元
天然气脱硫目的是脱除H2S和部分CO2和有机硫。这是天
一、天然气水合物(Hydrates )结构
天然气水合物也叫水化物，它是由非极性 或弱极性气体分子与接近冰点的水接触，水分子靠 氢键作用将形成有别于冰晶格的笼形晶格并将气体 分子包络其中。
水合物具有多面体笼性结构
构成水合物的分子主要有：水分子、甲烷、 乙烷、二氧化碳等弱极性分子
二、水合物形成条件
1、含过饱和水汽或液体水
乙二醇在常温下为无色、无臭、有甜味的粘稠液 体。比重1.1132，沸点197.2℃，凝固点-12.6℃，闪 点116℃，自燃点412℃，爆炸极限上限3.2%～15.3%
（体积）。易吸湿，能与水、乙醇和丙酮混溶，能大
大降低水的冰点，微溶于乙醚。
天然气处理过程中，含有饱和水的天然气随温度的降低 会形成固态水合物。在原料天然气预冷前须注入水合物抑制 剂，抑制剂的种类很多，有甲醇、乙二醇、二甘醇、氯化钙
磺成型单元、火炬及放空单元等。
(1) 硫磺成型单元
来自硫磺回收装置的液硫进入液硫中间罐， 用液硫泵抽出，送至硫磺成型设备，经冷却、 固化生产出合乎要求的固体硫磺产品。
(2)火炬及放空单元
本单元是保障工艺装置在开、停车以及紧急事
故情况下排出原料气、净化气、酸气以及处理工厂
排出的污油、分液罐的排出液。一般分别设有高压
特点：无毒，沸点远高于甲醇，在气相中的蒸发损失少，一般可回收循 环使用，较甲醇投资费用高，但操作费用较低，适用于气量大而又不宜
采用脱水方法的场合，但不能用于解堵。
使用注意： ①必须以非常细小的液滴注入到气流中 ②当有液烃存在时， 操作温度过低会使甘醇水溶液和液烃分离困难 ③操作温度低于0 ℃时需
考虑甘醇水溶液“凝固”问题，最好保持其质量分数60% ～70%
新技 术
①工艺简单,操作容易，占地面积小；
②不需要额外加入溶剂，不需再生，无二次污染; ③可利用天然气本身的压力作为推动力，几乎没有压力损失; ④操作弹性大，可通过调节膜面积和工艺参数来适应处理量 的波动。
天然气工艺简介
脱水的原因
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低温分离装置
干气外输
原料气
乙二醇贫液
干 气 过 滤 分 离 器 低 温 分 离 器
至燃料气系统
三相分离器 至凝析油稳定装置
原料气预冷器
醇烃加热器
至乙二醇再生及注醇装置
干气
闪蒸气
再生气
三甘醇装置
TEG 吸 收 塔 闪蒸罐 重沸器
过 滤 器
湿天然气
过 滤 器
缓冲罐
TEG冷却器
燃料气
贫TEG
冷却器
水 分 离 罐
溶剂吸收法：
利用某些液体物质不与天然气中的水分发生化学反应，只对水有很好的 溶解能力且溶水后蒸气压很低，可再生和循环使用的特点， 将天然气中水汽 脱出。使用最多的是甘醇类物质，而其中尤以三甘醇作吸收剂最佳。
固体吸附法：
利用某些固体物质表面孔隙可以吸附大量水分子的特点来脱除天然气 中的水分，可将水脱至0.1ppm或露点达到-100℃。这些固体吸附剂被水饱 和后， 易于再生。常见的吸附剂有硅胶，活性氧化铝和分子筛。而其中最 常用的分子筛脱水最广泛，技术最成熟。
天然气放空系统和低压酸气放空系统，同时设置有
火炬。
3、公用工程
公用工程是指除主要生产装置以外的公用工程 装置和辅助生产设施，如变配电所、循环水、空分、 仪表空压站、三修（机、电、仪表维修）、原料和 成品仓库、消防站等。 从专业上分为：给排水、热工、电气、自控、 电讯、采暖通风、化学分析、环保、工业安全与卫 生等。