天然气集输 2天然气脱水

1、2021-6-191 天然气净化与加工天然气净化与加工 中国石油大学（华东）储建学院中国石油大学（华东）储建学院 李琦瑰李琦瑰 2021-6-192 天然气脱水天然气脱水 第一节第一节 天然气水合物天然气水合物 第二节第二节 甘醇脱水甘醇脱水 第三节第三节 固体干燥剂脱水固体干燥剂脱水 第四节第四节 脱水方法选择脱水方法选择 2021-6-193 第一节第一节 天然气水合物天然气水合物 一、天然气饱和含水量一、天然气饱和含水量 二、天然气水合物二、天然气水合物 2021-6-194 一、天然气饱和含水量一、天然气饱和含水量 天然气饱和水含量的大小取决于温度、压力和气体组成。确天然气饱和水含量的

2、大小取决于温度、压力和气体组成。确 定天然气饱和水含量的方法有三类：定天然气饱和水含量的方法有三类：图解法、实验法和状态方程图解法、实验法和状态方程 法法。 根据气体内是否含有酸气，天然气饱和含水量与压力、温度根据气体内是否含有酸气，天然气饱和含水量与压力、温度 的相关关系分为两类：一类为不含酸气的相关关系分为两类：一类为不含酸气( (或酸气含量较少或酸气含量较少) )的称的称甜甜 气图气图；另一类为含酸气的称；另一类为含酸气的称酸气图酸气图。 2021-6-195 1、甜气图、甜气图 如图，天然气饱和水含量随压力、如图，天然气饱和水含量随压力、 温度的变化关系。可见，压力越高、温温度的变化关

3、系。可见，压力越高、温 度越低，饱和水含量越小。度越低，饱和水含量越小。 在一定压力下与天然气饱和水含量在一定压力下与天然气饱和水含量 相对应的温度称为相对应的温度称为天然气水露点天然气水露点。 在某一压力下，水露点愈低，饱和在某一压力下，水露点愈低，饱和 含水量愈小。当气体实际温度高于水露含水量愈小。当气体实际温度高于水露 点时，气体处于未饱和状态，无液态水点时，气体处于未饱和状态，无液态水 析出；当气体实际温度等于水露点时，析出；当气体实际温度等于水露点时， 气体处于饱和状态，开始有液态水析出；气体处于饱和状态，开始有液态水析出； 当气体实际温度低于水露点时，气体处当气体实际温度低于水露点

4、时，气体处 于过饱和状态，有液态水析出。于过饱和状态，有液态水析出。 2021-6-196 当天然气相对密度当天然气相对密度0.60.6时，乘以时，乘以相对密度修正系数相对密度修正系数进行修正。进行修正。 由图可见，相对密度增大，气体饱和水含量降低。由图可见，相对密度增大，气体饱和水含量降低。 天然气与含盐水接触时，乘以天然气与含盐水接触时，乘以含盐修正系数含盐修正系数进行修正。由图可进行修正。由图可 见，含盐量增大，天然气饱和水含量降低。见，含盐量增大，天然气饱和水含量降低。 2021-6-197 s x g t 水中含盐量，g/L； 气体相对密度； 气体温度，。 2021-6-198 2

5、2、酸气图、酸气图 当压力小于当压力小于2.0MPa2.0MPa时，酸气浓度对天然气含水量的影响不大，时，酸气浓度对天然气含水量的影响不大， 可以按甜气图查得。可以按甜气图查得。 高压时，高压时，天然气饱和含水量随酸气浓度的增大而增大天然气饱和含水量随酸气浓度的增大而增大。压力大。压力大 于于2.0 MPa2.0 MPa时，可用时，可用CampbellCampbell法求酸性天然气含水量。法求酸性天然气含水量。 Campbell Campbell法：法： hc W 2 CO W 2 H S W 按甜气查得的天然气中水的质量浓度，按甜气查得的天然气中水的质量浓度，mg/m3； CO2中水的质量浓

6、度，中水的质量浓度，mg/m3； H2S中水的质量浓度，中水的质量浓度，mg/m3； y 气体组分摩尔分数。气体组分摩尔分数。 2222 ShchcCOCOH SH S Wy WyWyW 2021-6-199 天然气中饱和天然气中饱和CO2的有效水含量的有效水含量 天然气中饱和天然气中饱和H2S的有效水含量的有效水含量 2021-6-1910 3 3、饱和含水量的测试方法饱和含水量的测试方法 有多种气体含水量测定方法，常见的有有多种气体含水量测定方法，常见的有露点法露点法、吸收质量法吸收质量法和和 KarlKarlFischerFischer（卡尔卡尔- -费希尔费希尔）法。）法。 1) 1)

7、露点法：在恒定压力下，气体以一定流量流经露点法：在恒定压力下，气体以一定流量流经露点仪露点仪，仪器的测，仪器的测 量腔室内有抛光金属镜面，其温度可人为控制精确调节并准确测定。量腔室内有抛光金属镜面，其温度可人为控制精确调节并准确测定。 随着镜面温度逐步降低，气体被水饱和时镜面上开始结露，此时的随着镜面温度逐步降低，气体被水饱和时镜面上开始结露，此时的 镜面温度即为水露点。由水露点查表可得气体饱和含水量。镜面温度即为水露点。由水露点查表可得气体饱和含水量。 2) 2)吸收法：气体通过吸收法：气体通过充满充满P2O5的吸收管的吸收管，吸收剂，吸收剂P2O5吸收气体内的吸收气体内的 水分，精确测定水

8、分，精确测定P2O5的质量增加值和通过吸收管的气体量，即可求的质量增加值和通过吸收管的气体量，即可求 得气体内的含水量。得气体内的含水量。 3)Karl-Fischer 3)Karl-Fischer法：利用法：利用卡尔卡尔- -费希尔试剂费希尔试剂吸收天然气中的水分，吸收天然气中的水分， 测出中和卡尔测出中和卡尔- -费希尔试剂所需的天然气量即可求得气体的含水量。费希尔试剂所需的天然气量即可求得气体的含水量。 卡尔卡尔- -费希尔试剂的配制：费希尔试剂的配制： 8 mol 8 mol吡啶吡啶+2 mol+2 mol二氧化硫二氧化硫+15 mol+15 mol甲醇甲醇+1 mol+1 mol碘碘

9、 2021-6-1911 二、天然气水合物二、天然气水合物 在一定温度和压力条件下、天然气的某些组分与液态水生在一定温度和压力条件下、天然气的某些组分与液态水生 成的一种外形像冰、但晶体结构与冰不同的笼形化合物称为成的一种外形像冰、但晶体结构与冰不同的笼形化合物称为天天 然气水合物然气水合物。 1 1、物理性质、物理性质 白色固体结晶，外观类似压实的冰雪；白色固体结晶，外观类似压实的冰雪； 轻于水、重于液烃，相对密度为轻于水、重于液烃，相对密度为0.960.96 0.980.98； 半稳定性，在大气环境下很快分解。半稳定性，在大气环境下很快分解。 2021-6-1912 2 2、结构、结构 采

10、用采用X X射线衍射法对水合物进行结构测定发现，气体水合物射线衍射法对水合物进行结构测定发现，气体水合物 是由多个填充气体分子的笼状晶格构成的晶体，晶体结构有三种是由多个填充气体分子的笼状晶格构成的晶体，晶体结构有三种 类型：类型：I I、IIII、H H型型。 1 1）I I型晶体结构：体心立方结构，由型晶体结构：体心立方结构，由4646个水分子构成，共有个水分子构成，共有8 8个个 笼状晶格，可容纳笼状晶格，可容纳8 8个气体分子。其中个气体分子。其中6 6个大的（个大的（ 1212个正五边形、个正五边形、 2 2个正六边形组成的十四面体，平均自由直径个正六边形组成的十四面体，平均自由直径

11、0.590.59纳米）、纳米）、2 2个小个小 的（正五边形组成的十二面体，平均自由直径的（正五边形组成的十二面体，平均自由直径0.520.52纳米）。纳米）。 分子式为分子式为S2L646H2O 2021-6-1913 2 2）IIII型晶体结构：金刚石晶体立方结构，由型晶体结构：金刚石晶体立方结构，由136136个水分子构成，个水分子构成， 共有共有2424个笼状晶格，可容纳个笼状晶格，可容纳2424个气体分子。其中个气体分子。其中8 8个大的（个大的（ 1212个个 正五边形、正五边形、4 4个正六边形组成的十六面体，平均自由直径个正六边形组成的十六面体，平均自由直径0.690.69纳纳

12、 米）、米）、1616个小的（正五边形组成的十二面体，平均自由直径个小的（正五边形组成的十二面体，平均自由直径0.480.48 纳米）。纳米）。 分子式为分子式为S16L8136H2O 12个正五边形、个正五边形、 2个正六边形个正六边形正五边形正五边形 12个正五边形、个正五边形、 4个正六边形个正六边形 2021-6-1914 3 3）H H型晶体结构：对型晶体结构：对H H型水合物尚处于研究中，知之甚少，型水合物尚处于研究中，知之甚少， H H型型 水合物由水合物由3434个水分子构成，共有个水分子构成，共有6 6个笼状晶格，可容纳个笼状晶格，可容纳6 6个气体分个气体分 子。其中子。其

13、中1 1个大的（个大的（ 1212个正五边形、个正五边形、8 8个正六边形组成的二十面个正六边形组成的二十面 体）、体）、 2 2个中的（个中的（ 3 3个正四边形、个正四边形、6 6个正五边形、个正五边形、3 3个正六边形组个正六边形组 成的十二面体）、成的十二面体）、3 3个小的（正五边形组成的十二面体）。个小的（正五边形组成的十二面体）。 分子式为分子式为S3S 2L134H2O 2021-6-1915 由于晶格空腔有大有小，因此不同直径的气体分子会形成不同类型由于晶格空腔有大有小，因此不同直径的气体分子会形成不同类型 的气体水合物。的气体水合物。 天然气中天然气中CH4、C2H6、CO

14、2、H2S可形成稳定的可形成稳定的I I型水合物。每个气型水合物。每个气 体分子周围有体分子周围有6 6 8 8个水分子，即：个水分子，即： CH46H2O C2H68H2O H2S6H2O CO26H2O 大分子量组分大分子量组分C3H8和和i-C4H10( (异丁烷异丁烷) )仅能进入仅能进入IIII型水合物内的大腔型水合物内的大腔 室，形成室，形成IIII型水合物。每个气体分子周围有型水合物。每个气体分子周围有1717个水分子，即：个水分子，即： C3H817H2O i-C4H1017H2O 气体分子填满腔室的程度取决于外部压力和温度，腔室内充满气体气体分子填满腔室的程度取决于外部压力和

15、温度，腔室内充满气体 分子的程度愈高、水合物愈稳定。腔室未被气体分子占据时，结构处于分子的程度愈高、水合物愈稳定。腔室未被气体分子占据时，结构处于 亚稳定状态，称为亚稳定状态，称为相相；气体分子填充腔室后形成稳定结构，称；气体分子填充腔室后形成稳定结构，称H H相相。 2021-6-1916 3 3、生成条件、生成条件 （1 1）气体处于水蒸汽的过饱和状态或者有液态水，即气体和液）气体处于水蒸汽的过饱和状态或者有液态水，即气体和液 态水共存；态水共存； （2 2）一定的压力温度条件）一定的压力温度条件高压、低温；高压、低温； （3 3）气体处于紊流脉动状态，如：压力波动或流向突变产生搅）气体处

16、于紊流脉动状态，如：压力波动或流向突变产生搅 动，或有晶种动，或有晶种( (固体腐蚀产物、水垢等固体腐蚀产物、水垢等) )存在都会促进产生存在都会促进产生 水合物。水合物。 因此，在孔板、弯头、阀门、管线上计量气体温因此，在孔板、弯头、阀门、管线上计量气体温 度的温度计井等处极易产生水合物。度的温度计井等处极易产生水合物。 2021-6-1917 4 4、图解法预测水合物的生成、图解法预测水合物的生成 即当水分条件满足时，预测生成水合物的压力、温度条件。即当水分条件满足时，预测生成水合物的压力、温度条件。 常用的图解法有两种，一种是只考虑气体相对密度的常用的图解法有两种，一种是只考虑气体相对密

17、度的相对密度相对密度 法法，另一种是考虑相对密度和酸气含量的，另一种是考虑相对密度和酸气含量的酸性气体图酸性气体图。 （1）相对密度法）相对密度法 曲线左上方为水合物存在区。右下方曲线左上方为水合物存在区。右下方 为水合物不可能存在区。为水合物不可能存在区。 已知气体相对密度，由图可查一定温已知气体相对密度，由图可查一定温 度下生成水合物的压力，或在一定压力度下生成水合物的压力，或在一定压力 下生成水合物的温度。下生成水合物的温度。 回归相关式：回归相关式： 2021-6-1918 （2）酸性气体图）酸性气体图 若天然气中同时含有若天然气中同时含有CO2和和 H2S时，将时，将CO2折算成折算

18、成H2S含量含量， 折算关系为折算关系为1 mol H2S=0.75 mol CO2，求得，求得H2S总含量。总含量。 根据气体压力、根据气体压力、H2S含量、含量、 气体相对密度，可以查图得水合气体相对密度，可以查图得水合 物生成温度。物生成温度。 C3含量校正含量校正：根据：根据H2S含量、含量、 气体内气体内C3含量、气体压力可查得含量、气体压力可查得 修正值。修正值。C3含量高时修正值为正，含量高时修正值为正， 低时为负。低时为负。 2021-6-1919 5 5、防止水合、防止水合物生成的方法物生成的方法 破坏水合物的生成条件即可防止水合物的生成。主要有三种方破坏水合物的生成条件即可

19、防止水合物的生成。主要有三种方 法（法（1）加热气流，使气体温度高于气体水露点；（）加热气流，使气体温度高于气体水露点；（2）对天然气进）对天然气进 行干燥剂脱水，使其水露点降至操作温度以下；（行干燥剂脱水，使其水露点降至操作温度以下；（3）向气流中注）向气流中注 入抑制剂。目前广泛采用的抑制剂是入抑制剂。目前广泛采用的抑制剂是水合物抑制剂水合物抑制剂，20世纪世纪90年代年代 以后开发的动力学抑制剂和防聚剂也日益受到重视和使用。以后开发的动力学抑制剂和防聚剂也日益受到重视和使用。动力学动力学 抑制剂抑制剂和和防聚剂防聚剂的共同特点是不改变生成水合物的压力、温度条件，的共同特点是不改变生成水合

20、物的压力、温度条件， 而是通过延缓水合物成核和晶体生长或阻止水合物聚结和生长，从而是通过延缓水合物成核和晶体生长或阻止水合物聚结和生长，从 而防止水合物堵塞管道。而防止水合物堵塞管道。 1 1）长距离输气管）长距离输气管线水合物的预防措施线水合物的预防措施 对于长距离输气管线要防止水合物的生成可以采用如下方法：对于长距离输气管线要防止水合物的生成可以采用如下方法： 天然气脱水，天然气脱水，降低气体内水含量和水露点降低气体内水含量和水露点 ； 提高输送温度，提高输送温度，使气体温度高于气体水露点；使气体温度高于气体水露点； 注入水合物抑制剂。注入水合物抑制剂。 2021-6-1920 2 2）矿

21、场采气管）矿场采气管线和集气管线水合物的预防措施线和集气管线水合物的预防措施 采气管线上：气体通过控制阀或孔板时，气体压力降低，同时发采气管线上：气体通过控制阀或孔板时，气体压力降低，同时发 生生J-T效应，气体膨胀降温，使节流件下游易生成水合物而堵塞管线。效应，气体膨胀降温，使节流件下游易生成水合物而堵塞管线。 集气管线：管线的热损失使气体温度降低，使下游易生成水合物集气管线：管线的热损失使气体温度降低，使下游易生成水合物 而堵塞管线。而堵塞管线。 矿场采气管线和集气管线，防止水合物生成的方法：矿场采气管线和集气管线，防止水合物生成的方法： 加热（常用的加热设备是蒸汽逆流式套管换热器和水套炉

22、）；加热（常用的加热设备是蒸汽逆流式套管换热器和水套炉）； 注入抑制剂。注入抑制剂。 6 6、水合物抑制剂、水合物抑制剂 某些盐和醇类溶解于水中，吸引水分子，改变水合物相的化学位，某些盐和醇类溶解于水中，吸引水分子，改变水合物相的化学位， 降低气体水合物生成温度和或提高水合物生成压力，从而防止生成降低气体水合物生成温度和或提高水合物生成压力，从而防止生成 水合物。这类物质称水合物。这类物质称水合物抑制剂或热力学抑制剂，俗称防冻剂水合物抑制剂或热力学抑制剂，俗称防冻剂。 2021-6-1921 水合物抑制剂主要有两大类：氯化物和醇类。水合物抑制剂主要有两大类：氯化物和醇类。 多数氯化物都能用作水

23、合物抑制剂。多数氯化物都能用作水合物抑制剂。 氯化物抑制剂的氯化物抑制剂的 缺点缺点： 有腐蚀性并有腐蚀性并易在金属表面沉积；易在金属表面沉积； 只适用于只适用于处理小流量、露点要求不高的场合。处理小流量、露点要求不高的场合。 因此，在实践中很少采用。因此，在实践中很少采用。 用作水合物抑制剂的醇类主要有甲醇用作水合物抑制剂的醇类主要有甲醇(MeOH)、乙二醇、乙二醇(EG)和二甘醇和二甘醇 (DEG)，三者对比：，三者对比： 甲醇使水合物生成温度的降幅最大，抑制效果最好，乙二醇次之，二甲醇使水合物生成温度的降幅最大，抑制效果最好，乙二醇次之，二 甘醇最小。甘醇最小。 甲醇的凝点远低于乙二醇和

24、二甘醇，因而甲醇适用于任何气体温度，甲醇的凝点远低于乙二醇和二甘醇，因而甲醇适用于任何气体温度， 而乙二醇不得用于温度低于而乙二醇不得用于温度低于- -9、二甘醇不得用于低于、二甘醇不得用于低于- -6的场合。的场合。 2021-6-1922 甲醇的蒸气压最高，容易汽化，可直接注入（一般不回收）；乙二甲醇的蒸气压最高，容易汽化，可直接注入（一般不回收）；乙二 醇与二甘醇的蒸气压低，必需经醇与二甘醇的蒸气压低，必需经喷雾头喷雾头将甘醇雾化成小液滴分散于气将甘醇雾化成小液滴分散于气 流内才能有效地抑制水合物的生成，乙二醇与二甘醇的气相损失小，流内才能有效地抑制水合物的生成，乙二醇与二甘醇的气相损失

25、小， 需建回收装置回收、再生后循环使用。需建回收装置回收、再生后循环使用。 甲醇的投资低、但操作费用高（常用于气量小、断续注入、防止季甲醇的投资低、但操作费用高（常用于气量小、断续注入、防止季 节性生成水合物和临时性管线和设备的防冻）；乙二醇和二甘醇投资节性生成水合物和临时性管线和设备的防冻）；乙二醇和二甘醇投资 高、但操作费用低（常用于气量大、需连续注入抑制剂的场合）。高、但操作费用低（常用于气量大、需连续注入抑制剂的场合）。 甲醇对已形成的水合物有一定解冻作用。甲醇对已形成的水合物有一定解冻作用。 甲醇具有中等毒性，需采取相应的防护措施。甲醇具有中等毒性，需采取相应的防护措施。 甘醇类抑制

26、剂与液态烃的分离困难甘醇类抑制剂与液态烃的分离困难, ,造成一部分甘醇损失造成一部分甘醇损失, ,因而甘醇因而甘醇 抑制剂适用于温度较高的场合。抑制剂适用于温度较高的场合。 与乙二醇相比，二甘醇的蒸气压低、气相损失小，但防冻效果不如与乙二醇相比，二甘醇的蒸气压低、气相损失小，但防冻效果不如 乙二醇。乙二醇。 乙二醇和甲醇是最常用的水合物抑制剂。乙二醇和甲醇是最常用的水合物抑制剂。 2021-6-1923 天然气脱水可以采用的方法有：甘醇吸收脱水、固体干燥天然气脱水可以采用的方法有：甘醇吸收脱水、固体干燥 剂吸附脱水、冷凝脱水以及国内外正在研发的膜分离脱水等。剂吸附脱水、冷凝脱水以及国内外正在研

27、发的膜分离脱水等。 其中甘醇脱水和固体干燥剂脱水是油气田最常用的天然气脱其中甘醇脱水和固体干燥剂脱水是油气田最常用的天然气脱 水方法。水方法。 脱水深度用脱水深度用露点降露点降表示，是指进入脱水装置前气体露点与表示，是指进入脱水装置前气体露点与 脱水后气体露点之差。脱水后气体露点之差。 2021-6-1924 第二节第二节 甘醇脱水甘醇脱水 一、甘醇一、甘醇 二、甘醇脱水原理流程二、甘醇脱水原理流程 三、三甘醇脱水典型流程三、三甘醇脱水典型流程 四、甘醇再生方法四、甘醇再生方法 五、甘醇脱水的主要设备五、甘醇脱水的主要设备 2021-6-1925 一、甘醇一、甘醇 1、甘醇、甘醇 甘醇有很强的

28、吸水性能甘醇有很强的吸水性能。甘醇是乙二醇的缩聚物，称为多缩。甘醇是乙二醇的缩聚物，称为多缩 乙二醇，俗称甘醇。其化学通式为乙二醇，俗称甘醇。其化学通式为CnH2n(OH)2。 。 2个乙二醇缩聚生成一个二甘醇和一个水，二甘醇和乙二醇个乙二醇缩聚生成一个二甘醇和一个水，二甘醇和乙二醇 再缩聚可以生成一个三甘醇和一个水。再缩聚可以生成一个三甘醇和一个水。 2、与二甘醇相比，三甘醇脱水的优点、与二甘醇相比，三甘醇脱水的优点 沸点高，因此可以在较高温度下再生，再生贫液浓度高，气体沸点高，因此可以在较高温度下再生，再生贫液浓度高，气体 露点降大。露点降大。 蒸气压低，因而三甘醇的蒸发和被气体的携带损失

29、小。蒸气压低，因而三甘醇的蒸发和被气体的携带损失小。 分解温度高，热稳定性好，不易受热变质，对再生有利。分解温度高，热稳定性好，不易受热变质，对再生有利。 脱水操作费用低。脱水操作费用低。 因此，三甘醇脱水应用较为广泛。因此，三甘醇脱水应用较为广泛。 2021-6-1926 二、甘醇脱水原理流程二、甘醇脱水原理流程 甘醇脱水工艺主甘醇脱水工艺主 要由吸收和再生两部要由吸收和再生两部 分组成。分组成。 常规的再生方法常规的再生方法 为常压加热再生。为常压加热再生。 （少量甘醇蒸气） 2021-6-1927 三、三甘醇脱水典型流程三、三甘醇脱水典型流程 1一吸收塔；一吸收塔；2一气贫甘醇换热器；一

30、气贫甘醇换热器；3一分流阀；一分流阀；4一冷却盘管；一冷却盘管；5一再生塔；一再生塔；6一重沸器；一重沸器； 7一甘醇缓冲罐；一甘醇缓冲罐；8一贫富甘醇换热器；一贫富甘醇换热器；9一富甘醇预热换热器；一富甘醇预热换热器；10-闪蒸分离器；闪蒸分离器；1 1一织一织 物过滤器；物过滤器；12一活性炭过滤器；一活性炭过滤器；13一甘醇泵；一甘醇泵；14-涤气段涤气段 底部的涤气段 2021-6-1928 四、甘醇再生方法四、甘醇再生方法 1、降压再生：甘醇再生在常压下进行，降低重沸器压力至真空状态，、降压再生：甘醇再生在常压下进行，降低重沸器压力至真空状态， 在相同重沸温度下能提高甘醇溶液浓度。在

31、相同重沸温度下能提高甘醇溶液浓度。 2、汽提再生：以湿气或干气作为汽提气，、汽提再生：以湿气或干气作为汽提气， 汽提气在再生塔的高温下为不饱和气体，汽提气在再生塔的高温下为不饱和气体， 在与甘醇富液接触时能从甘醇中吸收水分，在与甘醇富液接触时能从甘醇中吸收水分， 从而提高甘醇贫液浓度。汽提气可直接注从而提高甘醇贫液浓度。汽提气可直接注 入重沸器，也可经贫液汽提柱注入。入重沸器，也可经贫液汽提柱注入。 1一再生塔；一再生塔；2一重沸器；一重沸器； 3一贫液汽提柱；一贫液汽提柱；4-甘醇换热器。甘醇换热器。 2021-6-1929 3、共沸再生：在重沸器内，、共沸再生：在重沸器内，共沸共沸 剂剂与

32、甘醇溶液中的残留水形成低沸与甘醇溶液中的残留水形成低沸 点共沸物气化，从再生塔顶流出，点共沸物气化，从再生塔顶流出， 经冷却后进入分离器分出水，共沸经冷却后进入分离器分出水，共沸 剂用泵打回重沸器循环使用。剂用泵打回重沸器循环使用。 共沸剂应具有不溶于水和三甘共沸剂应具有不溶于水和三甘 醇，与水能形成低沸点共沸物，无醇，与水能形成低沸点共沸物，无 毒，蒸发损失小等性质。常用的共毒，蒸发损失小等性质。常用的共 沸剂是异辛烷。沸剂是异辛烷。 1一重沸器；一重沸器；2一再生塔；一再生塔； 3一冷却器；一冷却器；4-共沸物分离器；共沸物分离器； 5一循环泵；一循环泵；6一甘醇换热器。一甘醇换热器。 2

33、021-6-1930 五、甘醇脱水的主要设备五、甘醇脱水的主要设备 1、入口分离器、入口分离器 入口分离器的作用是分出进料湿天然气内的液体和固体杂质，如：入口分离器的作用是分出进料湿天然气内的液体和固体杂质，如： 游离水、液烃、泥沙和铁锈等固体杂质以及流程上游采气、集气过程中游离水、液烃、泥沙和铁锈等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。加入气流内的各种化学剂等。 进料湿天然气内液体和固体杂质的存在会带来以下几个方面的危害：进料湿天然气内液体和固体杂质的存在会带来以下几个方面的危害： 甘醇发泡、塔板堵塞，甘醇发泡、塔板堵塞，降低甘醇脱水能力降低甘醇脱水能力； 游离水的

34、存在会增加甘醇循环量、重沸器热负荷、热耗、游离水的存在会增加甘醇循环量、重沸器热负荷、热耗、甘醇损甘醇损 失量。失量。 盐水可使钢材腐蚀，以及重沸器盐水可使钢材腐蚀，以及重沸器火管表面局部过热和结焦等。火管表面局部过热和结焦等。 因此，为保证脱水质量并延长装置的使用寿命，必须在吸收操作之因此，为保证脱水质量并延长装置的使用寿命，必须在吸收操作之 前进行液、固杂质的分离。前进行液、固杂质的分离。 2021-6-1931 2、吸收塔、吸收塔 1）类型）类型 吸收塔可采用板式塔或填料塔吸收塔可采用板式塔或填料塔 ： 塔径小于塔径小于0.35 m时，采用常规填料塔。时，采用常规填料塔。 大型脱水装置往

35、往采用板式塔或规整填料塔。在相同气体处理量下，大型脱水装置往往采用板式塔或规整填料塔。在相同气体处理量下， 规整填料塔的塔径小，塔高比板式塔小。规整填料塔的塔径小，塔高比板式塔小。 2）结构）结构 吸收塔的结构组成包括四部分：吸收塔的结构组成包括四部分： 底部的涤气段：与入口分离器构成两级涤气，以减小气体杂质对甘醇底部的涤气段：与入口分离器构成两级涤气，以减小气体杂质对甘醇 的污染；的污染； 中部吸收段；中部吸收段； 顶部的气贫甘醇冷却盘管：控制甘醇贫液与气体有合适的温差；顶部的气贫甘醇冷却盘管：控制甘醇贫液与气体有合适的温差； 捕雾器。捕雾器。 2021-6-1932 3）塔板数量）塔板数量

36、 塔板数量、甘醇贫液浓度和甘醇循环量是影响露点降的因素。塔板数量、甘醇贫液浓度和甘醇循环量是影响露点降的因素。 塔板数愈多、甘醇贫液浓度愈高、甘醇循环量愈大则露点降愈大。塔板数愈多、甘醇贫液浓度愈高、甘醇循环量愈大则露点降愈大。 其中塔板数量对露点降的影响最大。其中塔板数量对露点降的影响最大。 根据脱水目的和对干气露点要求，吸收塔塔板数一般为根据脱水目的和对干气露点要求，吸收塔塔板数一般为412 块。为满足管输气的脱水要求，一般为块。为满足管输气的脱水要求，一般为68块。由于甘醇溶液容块。由于甘醇溶液容 易发泡，塔板间必须有足够间距，常为易发泡，塔板间必须有足够间距，常为0.6 m。顶层塔板与

37、捕雾器。顶层塔板与捕雾器 间距为间距为1.5倍的塔板间距。倍的塔板间距。 若采用填料塔，填料高度的确定：若采用填料塔，填料高度的确定： 处理低露点气体时，每块理论塔板相当于处理低露点气体时，每块理论塔板相当于2.4 m高的填料；高的填料； 处理中等露点气体时，每块理论塔板相当于处理中等露点气体时，每块理论塔板相当于1.2 m高的填料。高的填料。 4）塔径）塔径 按气体处理量确定塔径：按气体处理量确定塔径： 按能够分出按能够分出120150m甘醇液滴粒径确定气体允许流速甘醇液滴粒径确定气体允许流速 2021-6-1933 5）操作参数）操作参数 （1）塔压）塔压 塔压的确定应考虑几个方面：塔压的

38、确定应考虑几个方面： 塔压对吸收效果的影响：高压低温有利于吸收，当塔压对吸收效果的影响：高压低温有利于吸收，当塔压小于塔压小于20 MPa 时，操作压力对露点降影响极小。时，操作压力对露点降影响极小。 塔压对处理量的影响：塔压增大，使得原料气的饱和水含量降低，塔压对处理量的影响：塔压增大，使得原料气的饱和水含量降低， 需要脱出的水量减少，可增大气体处理量。需要脱出的水量减少，可增大气体处理量。 塔压对设备尺寸和壁厚的影响：塔压对设备尺寸和壁厚的影响：塔压增大，在一定气体处理量下，塔压增大，在一定气体处理量下， 可减小塔径，但壁厚增大。可减小塔径，但壁厚增大。 塔压的大小受原料气压力的制约。塔压

39、的大小受原料气压力的制约。如果如果原料气压力低，需经压缩机原料气压力低，需经压缩机 增压后进塔，增大增压后进塔，增大设备投资及操作运行成本。设备投资及操作运行成本。 因而，吸收塔压力的确定应综合考虑原料气压力、投资和操作运因而，吸收塔压力的确定应综合考虑原料气压力、投资和操作运 行成本，从中寻优。一般，塔压在行成本，从中寻优。一般，塔压在3.48.3 MPa间的经济性较好。间的经济性较好。 2021-6-1934 （2）塔温）塔温 吸收塔内液相负荷很小，塔的温吸收塔内液相负荷很小，塔的温 度与进料气温度接近。度与进料气温度接近。 塔温的确定应考虑几个方面：塔温的确定应考虑几个方面： 塔温对吸收

40、效果的影响：塔温对吸收效果的影响：一方面，一方面， 温度愈低，气体与甘醇接触后的气体温度愈低，气体与甘醇接触后的气体 平衡露点愈低，脱水效果愈好；另一平衡露点愈低，脱水效果愈好；另一 方面，温度太低使得甘醇粘度太大影方面，温度太低使得甘醇粘度太大影 响有效脱水，并容易和气体内的液烃响有效脱水，并容易和气体内的液烃 生成稳定乳状液产生泡沫，因而要求生成稳定乳状液产生泡沫，因而要求 不低于不低于22 。 气体平衡露点与温度的关系气体平衡露点与温度的关系 2021-6-1935 塔温塔温对处理量的影响：温度降低，气体饱和含水量减小，需要脱出对处理量的影响：温度降低，气体饱和含水量减小，需要脱出 的水

41、量减少，可增大气体处理量。的水量减少，可增大气体处理量。 塔温对设备尺寸的影响：塔温对设备尺寸的影响：温度降低，在一定气体处理量下，可减小温度降低，在一定气体处理量下，可减小 塔径。塔径。 水合物问题：水合物问题：温度温度应大于水合物生成温度应大于水合物生成温度。 甘醇的蒸发损失问题：温度愈高，甘醇蒸发损失愈大。甘醇的蒸发损失问题：温度愈高，甘醇蒸发损失愈大。塔温一般要塔温一般要 求求不得高于不得高于49，否则将导致甘醇蒸发损失过大。，否则将导致甘醇蒸发损失过大。 塔温的大小受原料气温度的制约。塔温的大小受原料气温度的制约。如果如果原料气温度高，需经冷却后原料气温度高，需经冷却后 进塔，带来进

42、塔，带来冷凝负荷、设备投资和操作运行成本的增大。冷凝负荷、设备投资和操作运行成本的增大。 因此，吸收塔温度的确定应综合考虑原料气温度、冷凝能耗、投因此，吸收塔温度的确定应综合考虑原料气温度、冷凝能耗、投 资、脱水效果和操作运行成本，从中寻优。推荐吸收塔温为资、脱水效果和操作运行成本，从中寻优。推荐吸收塔温为2738。 2021-6-1936 （3）甘醇贫液进塔温度）甘醇贫液进塔温度 甘醇贫液进塔温度的确定应考虑两个方面：甘醇贫液进塔温度的确定应考虑两个方面： 蒸发损失问题：贫液进塔温度过高，甘醇蒸发损失增大，要达蒸发损失问题：贫液进塔温度过高，甘醇蒸发损失增大，要达 到要求的气体露点降不得不增

43、大甘醇循环量。到要求的气体露点降不得不增大甘醇循环量。 发泡问题：贫液温度不能低于出塔气体温度，否则气液接触时发泡问题：贫液温度不能低于出塔气体温度，否则气液接触时 气体骤冷会析出液烃，造成甘醇发泡。气体骤冷会析出液烃，造成甘醇发泡。 甘醇贫液进塔温度一般高于出塔气体温度甘醇贫液进塔温度一般高于出塔气体温度5左右。左右。 2021-6-1937 （4）甘醇浓度）甘醇浓度 贫液浓度：直接影响干气露点，贫液浓度：直接影响干气露点， 在甘醇循环量和吸收塔塔板数一在甘醇循环量和吸收塔塔板数一 定的情况下，贫液浓度愈高，干定的情况下，贫液浓度愈高，干 气露点愈低。气露点愈低。 富液浓度：塔底富液浓度对吸

44、富液浓度：塔底富液浓度对吸 收塔底部的脱水效果有影响，不收塔底部的脱水效果有影响，不 能过低，而且富液浓度过低会增能过低，而且富液浓度过低会增 大重沸器热负荷。大重沸器热负荷。 一般控制贫、富液浓度差小一般控制贫、富液浓度差小 于于6%。 气体平衡露点与甘醇浓度的关系气体平衡露点与甘醇浓度的关系 2021-6-1938 （5）甘醇循环量）甘醇循环量 以从气体中脱出单位质量水所需要的甘醇体积数来表示以从气体中脱出单位质量水所需要的甘醇体积数来表示甘醇循环甘醇循环 量量，单位为，单位为Lkg。循环量的大小会影响到两方面：。循环量的大小会影响到两方面： 气体的露点降：在吸收塔塔板数和甘醇贫液浓度一定

45、的条件下，甘气体的露点降：在吸收塔塔板数和甘醇贫液浓度一定的条件下，甘 醇循环量愈大，气体的露点降愈大醇循环量愈大，气体的露点降愈大 。 重沸器的热负荷：重沸器的热负荷正比于甘醇循环量。即甘醇循环重沸器的热负荷：重沸器的热负荷正比于甘醇循环量。即甘醇循环 量愈大，重沸器的热负荷愈大。量愈大，重沸器的热负荷愈大。 因此，在满足所需脱水深度的前提下，循环量应愈小愈好。近代因此，在满足所需脱水深度的前提下，循环量应愈小愈好。近代 大型脱水装置的循环量已减少到大型脱水装置的循环量已减少到17 Lkg，小型装置多数为，小型装置多数为25 Lkg， 最大不应超过最大不应超过59 Lkg。 2021-6-1

46、939 3、闪蒸分离器、闪蒸分离器 闪蒸分离器的作用是从甘醇富液内分出烃蒸气和凝析油。闪蒸分离器的作用是从甘醇富液内分出烃蒸气和凝析油。 否则含烃甘醇直接进入低压再生塔内将闪蒸出大量烃蒸气，否则含烃甘醇直接进入低压再生塔内将闪蒸出大量烃蒸气， 增大再生过程的甘醇损失，甚至破坏陶瓷填料。增大再生过程的甘醇损失，甚至破坏陶瓷填料。 闪蒸分离器的操作压力大多为闪蒸分离器的操作压力大多为0.240.34 MPa，操作温度为，操作温度为 75.93 ，停留时间为，停留时间为1530 min。 2021-6-1940 4、过滤器、过滤器 甘醇溶液往往采用织物过滤器和活性炭过滤器进行过滤。甘醇溶液往往采用织

47、物过滤器和活性炭过滤器进行过滤。 织物过滤器织物过滤器由布、纸或玻璃纤维织物为过滤介质，用来除去甘由布、纸或玻璃纤维织物为过滤介质，用来除去甘 醇溶液内大于醇溶液内大于5m的固体颗粒，以防止甘醇泵磨损、甘醇发泡、吸的固体颗粒，以防止甘醇泵磨损、甘醇发泡、吸 收塔和再生塔污染、重沸器火管产生局部过热点、金属腐蚀等问题。收塔和再生塔污染、重沸器火管产生局部过热点、金属腐蚀等问题。 活性炭过滤器活性炭过滤器主要是用于清除甘醇溶液内含有的液烃、泵和压主要是用于清除甘醇溶液内含有的液烃、泵和压 缩机等增压设备的润滑油，以及流程上游注入的各种化学剂等杂质。缩机等增压设备的润滑油，以及流程上游注入的各种化学

48、剂等杂质。 2021-6-1941 5、再生塔、再生塔 1）类型）类型 再生塔大多采用填料塔，充填再生塔大多采用填料塔，充填1.22.4 m高的陶瓷或不锈钢填高的陶瓷或不锈钢填 料，甘醇循环量愈大需要的填料高度愈大。大型装置有时也采用板料，甘醇循环量愈大需要的填料高度愈大。大型装置有时也采用板 式塔。式塔。 2）结构）结构 再生塔由再生段和顶部冷却盘管两部分组成。顶部冷却盘管以再生塔由再生段和顶部冷却盘管两部分组成。顶部冷却盘管以 甘醇富液为冷剂，为塔顶提供冷量，产生塔顶回流、减少甘醇蒸发甘醇富液为冷剂，为塔顶提供冷量，产生塔顶回流、减少甘醇蒸发 损失。损失。 3）塔径）塔径 再生塔塔径与甘醇

49、流量有关，甘醇流量愈大、塔径愈大。经验再生塔塔径与甘醇流量有关，甘醇流量愈大、塔径愈大。经验 公式为：公式为： 单位：单位：m单位：单位：L/min 2021-6-1942 4）温度）温度 富液进塔温度一般控制在富液进塔温度一般控制在95149 之间。富液进塔温度愈高，之间。富液进塔温度愈高， 再生效果愈好，而且重沸器热负荷愈小。再生效果愈好，而且重沸器热负荷愈小。 塔顶温度由塔顶冷却盘管中甘醇富液流量来控制，塔顶温度要适塔顶温度由塔顶冷却盘管中甘醇富液流量来控制，塔顶温度要适 宜。塔顶温度过高则甘醇蒸发损失大；温度过低则回流量过大，塔温宜。塔顶温度过高则甘醇蒸发损失大；温度过低则回流量过大，

50、塔温 降低，影响贫液浓度，增加重沸器负荷。一般情况下，塔顶温度控制降低，影响贫液浓度，增加重沸器负荷。一般情况下，塔顶温度控制 在在9899，有汽提气时塔顶温度可降至，有汽提气时塔顶温度可降至88左右。左右。 2021-6-1943 6、重沸器、重沸器 重沸器热负荷由四部分组成：重沸器热负荷由四部分组成：富液加热至再生温度所需热量；富液加热至再生温度所需热量； 富液内水蒸发所需的热量；富液内水蒸发所需的热量；塔顶回流再蒸发所需的热量；塔顶回流再蒸发所需的热量；塔塔 的散热损失。的散热损失。 塔的散热损失和塔的大小有关，通常为塔的散热损失和塔的大小有关，通常为5.321MJh。为减少。为减少 散

51、热损失，散热损失，塔下半部分应有保温层塔下半部分应有保温层；为产生塔顶回流，；为产生塔顶回流，塔上半塔上半部分部分 常裸露常裸露。 重沸器的加热方式有两种：直接式加热或以油、过热蒸汽为热重沸器的加热方式有两种：直接式加热或以油、过热蒸汽为热 媒的间接式加热。媒的间接式加热。 重沸器温度的确定应考虑两个方面：重沸器温度的确定应考虑两个方面： 重沸器温度对甘醇浓度的影响：温度愈高，甘醇浓度愈大。重沸器温度对甘醇浓度的影响：温度愈高，甘醇浓度愈大。 甘醇热稳定性：重沸器温度必须低于甘醇的分解温度。甘醇热稳定性：重沸器温度必须低于甘醇的分解温度。 重沸器温度一般控制在重沸器温度一般控制在187199

52、之间。之间。 2021-6-1944 7、甘醇泵、甘醇泵 甘醇泵的作用是为甘醇贫液提供压能进行甘醇循环。甘醇泵的作用是为甘醇贫液提供压能进行甘醇循环。 甘醇泵可采用气体驱动、富甘醇驱动、或电机驱动的甘醇泵可采用气体驱动、富甘醇驱动、或电机驱动的多缸往多缸往 复泵复泵。小型装置常用塔底流出的富甘醇为动力源。小型装置常用塔底流出的富甘醇为动力源。 每套天然气脱水装置需要设置两台甘醇泵，一台运行、一台每套天然气脱水装置需要设置两台甘醇泵，一台运行、一台 备用。条件容许时，两台甘醇泵可采用不同的动力源，以保证装备用。条件容许时，两台甘醇泵可采用不同的动力源，以保证装 置的连续运行。置的连续运行。 20

53、21-6-1945 第三节第三节 固体干燥剂脱水固体干燥剂脱水 一、吸附一、吸附 二、吸附过程二、吸附过程 三、吸附剂种类三、吸附剂种类 四、吸附剂的再生四、吸附剂的再生 五、吸附塔的内部结构五、吸附塔的内部结构 六、吸附脱水原理流程六、吸附脱水原理流程 七、吸附脱水设计七、吸附脱水设计 八、吸附脱水操作参数八、吸附脱水操作参数 2021-6-1946 固体表面对临近气体（或液体）分子存在吸附力，在固体表面固体表面对临近气体（或液体）分子存在吸附力，在固体表面 可捕捉临近的气液分子，这种现象称可捕捉临近的气液分子，这种现象称吸附吸附。 气体与固体吸附剂接触时，有一定量的气体被吸附。被吸附的气体

54、与固体吸附剂接触时，有一定量的气体被吸附。被吸附的 气体，由于热运动又会发生脱附，脱附速度随固体表面被吸附气体气体，由于热运动又会发生脱附，脱附速度随固体表面被吸附气体 量的增加而增大。最后在一定温度和压力下，脱附速度和吸附速度量的增加而增大。最后在一定温度和压力下，脱附速度和吸附速度 相等，便达到了相等，便达到了吸附平衡吸附平衡。 在平衡条件下，单位质量吸附剂吸附物质的多少，称在平衡条件下，单位质量吸附剂吸附物质的多少，称平衡吸附平衡吸附 量量，简称，简称吸附量吸附量。 一、吸附一、吸附 2021-6-1947 吸附量的大小与温度和压力有关。如图，吸附量的大小与温度和压力有关。如图，CO2在

55、木炭上的在木炭上的 等温吸附线。可见，吸附量随温度的升高而减小，随吸附质在等温吸附线。可见，吸附量随温度的升高而减小，随吸附质在 气相中分压的增大而增大。吸附剂的这种性质表明，气相中分压的增大而增大。吸附剂的这种性质表明，高压、低高压、低 温有利于吸附温有利于吸附。 2021-6-1948 在气体脱水工业中，吸附量的大小以在气体脱水工业中，吸附量的大小以湿容量湿容量表示，是指每表示，是指每 100g吸附剂吸附水蒸汽的克数。吸附剂吸附水蒸汽的克数。 湿容量又分为静态平衡湿容量和动态平衡湿容量。湿容量又分为静态平衡湿容量和动态平衡湿容量。处于静止处于静止 条件下测定的吸附剂的吸附量称条件下测定的吸

56、附剂的吸附量称静态平衡湿容量静态平衡湿容量；处于流动条件；处于流动条件 下测定的下测定的吸附剂的吸附量吸附剂的吸附量称称动态平衡湿容量动态平衡湿容量。动态湿容量约为静。动态湿容量约为静 态湿容量的态湿容量的4060。 吸附剂湿容量随使用时间延长而降低，开始时湿容量降低很吸附剂湿容量随使用时间延长而降低，开始时湿容量降低很 快，之后降低缓慢，最终降低至某一很低的水平上，失去脱水能快，之后降低缓慢，最终降低至某一很低的水平上，失去脱水能 力而更换。因而，吸附剂脱水设计中一般取力而更换。因而，吸附剂脱水设计中一般取70动态平衡湿容量动态平衡湿容量 为设计湿容量，称为为设计湿容量，称为有效湿容量有效湿

57、容量。 2021-6-1949 根据吸附力的不同，吸附分为化学吸附和物理吸附两种。根据吸附力的不同，吸附分为化学吸附和物理吸附两种。 若气体和固体原子间以某种化学键结合、形成新的物质并以单若气体和固体原子间以某种化学键结合、形成新的物质并以单 层分子形式附着于固体表面上，称层分子形式附着于固体表面上，称化学吸附化学吸附，多数为不可逆过程。，多数为不可逆过程。 若气体和固体间依靠范德华力，使固体表面形成多层被吸附的若气体和固体间依靠范德华力，使固体表面形成多层被吸附的 气体分子，称气体分子，称物理吸附物理吸附，是可逆过程。逆过程称为再生、活化或脱，是可逆过程。逆过程称为再生、活化或脱 附。附。

58、固体干燥剂脱水属于物理吸附。固体干燥剂脱水属于物理吸附。 2021-6-1950 二、吸附过程二、吸附过程 吸附装置为吸附装置为固定床吸附塔固定床吸附塔，即在立式圆柱筒体内充填多孔性固体，即在立式圆柱筒体内充填多孔性固体 吸附剂。塔顶为湿气进口，塔底为干气出口。吸附剂。塔顶为湿气进口，塔底为干气出口。 1、单组分的吸附过程、单组分的吸附过程 如图，流出吸附床的气体水浓度随如图，流出吸附床的气体水浓度随 时间而变化。开始水浓度极低，时间而变化。开始水浓度极低，tB时刻时刻 水浓度开始增加，最终床出口气体水浓水浓度开始增加，最终床出口气体水浓 度与进口相等。度与进口相等。tB称为吸附过程的称为吸附

59、过程的转效转效 点点，相应的水浓度，相应的水浓度CB为转效点浓度，浓为转效点浓度，浓 度随时间变化曲线称度随时间变化曲线称转效曲线转效曲线。 2021-6-1951 可见，吸附床层从开始吸附到停止使用而可见，吸附床层从开始吸附到停止使用而 再生，在吸附过程的不同时期，吸附床层的吸再生，在吸附过程的不同时期，吸附床层的吸 附情况是不同的。附情况是不同的。 吸附中期吸附床层的吸附情况如图，阴影吸附中期吸附床层的吸附情况如图，阴影 部分为部分为吸附传质段吸附传质段，吸附剂仍然有吸附脱水作，吸附剂仍然有吸附脱水作 用；吸附传质段上方为用；吸附传质段上方为饱和吸附段饱和吸附段，吸附剂已，吸附剂已 被水饱

60、和；吸附传质段下方为被水饱和；吸附传质段下方为未吸附段未吸附段，吸附，吸附 剂尚未吸附水汽。剂尚未吸附水汽。 随含水气体不断通过吸附床，吸附传质段随含水气体不断通过吸附床，吸附传质段 不断向下移动，当传质段前边线达到床层出口不断向下移动，当传质段前边线达到床层出口 端，即吸附过程转效点达到出口端时，流出床端，即吸附过程转效点达到出口端时，流出床 层的气体中，水浓度开始迅速上升。层的气体中，水浓度开始迅速上升。 未吸附段未吸附段 2021-6-1952 2、多组分的吸附过程、多组分的吸附过程 吸附剂在吸水的同时也能吸附甲醇、硫化氢、硫醇、二氧化碳吸附剂在吸水的同时也能吸附甲醇、硫化氢、硫醇、二氧