天然气的脱水三甘醇培训课件

天然气的脱水三甘醇基本要求了解天然气脱水的必要性、脱水方法和脱水深度；重点掌握溶剂吸收脱水和固体吸附脱水的原理、工艺流程和工艺计算。2天然气的脱水三甘醇第一节概述水的危害（为何要脱水？）：

天然气中液相水存在时，在一定条件下会形成水合物，堵塞管路、设备、影响集输生产的正常进行。对于含有CO2、H2S等酸性气体的天然气，由于液相水的存在，会造成设备、管道的腐蚀。3天然气的脱水三甘醇天然气脱水深度要求☆满足用户的要求；☆管输天然气水露点在起点输送压力下，宜比管外环境最低温度低5～10℃；☆对天然气凝液回收装置，水露点应低于最低制冷温度5～10℃4天然气的脱水三甘醇

1．低温冷凝法

2．溶剂吸收脱水法3．固体吸附脱水法

有时采用2、3两种方式相结合的两步脱水法：第一步用溶剂吸附法使天然气达到一定的露点降；第二步用固体吸附法来达到深度脱水的目的。天然气的脱水方法：5天然气的脱水三甘醇第二节溶剂吸收法脱水

一、甘醇脱水的基本原理和物理性质1、甘醇脱水的基本原理

甘醇是直链的二元醇，其通用化学式是CnH2n(OH)2。

6天然气的脱水三甘醇从分子结构看，每个甘醇分子中都有两个羟基（ＯＨ）。羟基在结构上与水相似，可以形成氢键，氢键的特点是能和电负性较大的原子相连，包括同一分子或另一分子中电负性较大的原子，所以甘醇与水能够完全互溶，并表现出很强的吸水性。因此甘醇水溶液可将天然气中的水蒸气萃取出来形成甘醇稀溶液，使天然气中水汽量大幅度下降。7天然气的脱水三甘醇2、甘醇的物理性质8天然气的脱水三甘醇一甘醇（乙二醇）、二甘醇、三甘醇、四甘醇分子量增大、粘度增大、脱水露点降变小。9天然气的脱水三甘醇三甘醇（TEG）的优点是：(1)沸点较高(285.5℃)，比二甘醇（244.8℃）约高40℃，可在较高的温度下再生，即使在常压下再生贫液浓度也可达98.5～98.7%以上，因而露点降比二甘醇多8～22℃左右。(2)蒸气压较低。27℃时，仅为二甘醇的20%，因而损耗小。(3)热力学性质稳定。理论热分解温度(206.7℃)约比二甘醇（164.4℃）高40℃。10天然气的脱水三甘醇二、三甘醇吸收脱水的原理流程

7-511天然气的脱水三甘醇12天然气的脱水三甘醇图7-6所示为一典型的板式吸收塔。脱水吸收塔通常有6~12个塔盘。13天然气的脱水三甘醇流程中各设备的作用是：入口分离器

除去自由水、液烃和盐水，以避免由于溶液发泡而造成的溶剂损失和塔效率的下降；雾液分离器分离干气携带的ＴＥＧ吸

收

塔

是气流传质的场所，使气相中的水分转入ＴＥＧ中；14天然气的脱水三甘醇泵

输送设备；贫液冷却器

冷却贫甘醇以达到需要的温度；闪

蒸

器

使富液闪蒸除去进入富液中的轻组分，减少再生塔的再生负荷；贫／富液热交换器

使贫液温度下降，富液温度升高，充分利用热能；流程中各设备的作用是：15天然气的脱水三甘醇流程中各设备的作用是：再

生塔

提浓富液的场所（精馏原理）；缓

冲

罐缓冲、贮存、补充液体；过

滤

器

过滤溶液，除去腐蚀产物及其它杂质，减少溶液发泡的可能性。

16天然气的脱水三甘醇问题：影响三甘醇脱水关键因素是什么？三甘醇贫液浓度17天然气的脱水三甘醇提高三甘醇贫液浓度的方法

(1)减压再生

可将三甘醇提浓至98.5%（质）以上。但减压系统比较复杂，限制了该法的应用。(2)气体汽提

典型流程见图7-7。

气体汽提是将甘醇溶液同热的汽提气接触，以降低溶液表面的水蒸气分压，使甘醇溶液得以提浓到98.5%(质)以上。此法是现行三甘醇脱水装置中应用较多的再生方法。18天然气的脱水三甘醇7-719天然气的脱水三甘醇(3)共沸再生

共沸再生流程见图7-8。共沸剂与三甘醇溶液中的残留水形成低沸点共沸物汽化，从再生塔顶流出，经冷凝冷却后，进入共沸物分离器，分去水后，共沸剂用泵再打回重沸器。共沸剂最常用的是异辛烷。可将甘醇溶液提浓至99.99%(质)，干气露点可低达-73℃。20天然气的脱水三甘醇7-821天然气的脱水三甘醇三、三甘醇法脱水的工艺参数选取原则

影响脱水效果的因素包括：贫三甘醇的浓度、三甘醇循环速率、处理量、操作压力和温度以及影响平衡过程的其它因素。

22天然气的脱水三甘醇1．入口气体温度（1）在恒定压力条件下，当入口气体温度升高时，入口气体的含水量增加。也就是说，在较高的温度下，甘醇不得不清除更多的水量才能符合要求。（2）气体温度的升高，会导致所需的吸收塔塔径的增加。这是由于温度升高实际上增大了气流的速度所致。

23天然气的脱水三甘醇（3）最低的气体入口温度应高于水合物形成的温度并应总是高于10C。若低于10C，甘醇会变稠。低于15~21C，甘醇会同气体中的液体烃类形成稳定的乳化液，并在塔内导致发泡。入口气温度超过48C将导致三甘醇的损失增大。1．入口气体温度24天然气的脱水三甘醇通常所设计的三甘醇装置的入口气体温度都在26~43C之间。

25天然气的脱水三甘醇2．塔内压力认为3.45~8.27MPa的脱水压力是最经济的。为什么？26天然气的脱水三甘醇3．贫甘醇的温度多数设计要求贫甘醇温度较吸收塔的出口气体温度高10C。为什么？

27天然气的脱水三甘醇4．吸收塔的塔板数在甘醇循环率和贫甘醇浓度恒定情况下，塔板数越多，露点降越大。由于再沸器的热负荷与甘醇循环率有直接的关系，故所用的塔板数愈多，节约燃料也愈多。通常多数塔板都定为6~8块。

28天然气的脱水三甘醇5．甘醇的浓度在给定了甘醇循环率和塔板数的情况下，贫甘醇的浓度越高，露点降就越大。29天然气的脱水三甘醇7-9离开吸收塔的气体的实际露点，一般较平衡露点高5.5~8.3C。书中改错30天然气的脱水三甘醇对于露点降，增加贫甘醇浓度较增加循环率更有效。

7-1031天然气的脱水三甘醇6．甘醇再（重）沸器温度

再沸器的温度可控制水在贫甘醇中的浓度，温度越高，贫甘醇浓度也越大。通常把三甘醇再沸器的温度限制为204C一般比较流行的作法是，把再沸器的温度限制在188~199C之间，这样可将甘醇的降解减至最小，从而有效地将甘醇浓度限制在98.2%~98.5%之间

32天然气的脱水三甘醇甘醇同汽提气的接触能降低离开再沸器的贫甘醇中水的浓度。在常温常压下，常使用被水蒸气饱和的湿气作为汽提气。

7．汽提气

33天然气的脱水三甘醇8．甘醇循环率能够保证甘醇与气体接触较好的最小循环率大约是脱除每1kg水需16.7L的甘醇；保证最大的循环率为清除1kg水需58.4L甘醇；而最常用的范围是吸收1kg水需25~60L三甘醇溶液。

34天然气的脱水三甘醇７．２．４三甘醇脱水装置的工艺计算

一．吸收塔的工艺计算

吸收塔的工艺计算包括：确定吸收剂的浓度、循环量、塔板数以及塔径等吸收塔的尺寸。

35天然气的脱水三甘醇一．吸收塔的工艺计算1.进塔贫甘醇溶液浓度的确定根据图7-9可确定在一定操作温度下，欲达到干气平衡露点所必须的贫三甘醇溶液的最低浓度。出塔干气的真实水露点温度比平衡水露点温度高，tr=te+t(7-1)一般可取t=8~11C36天然气的脱水三甘醇7-937天然气的脱水三甘醇2、吸收剂贫三甘醇溶液用量的确定

G——脱出的水量，kg/d(或kg/h)；V——进入吸收塔的天然气量，Nm3/d(或Nm3/h)；y——进入吸收塔的天然气含水汽量，g重/Nm3y——离开吸收塔的干气含水汽量，g重/Nm3

38天然气的脱水三甘醇2、吸收剂贫三甘醇溶液用量的确定（续）则三甘醇贫液用量V为

式中a——由天然气中每吸收1公斤水所需要的三甘醇溶液量，m3，一般a取为0.025~0.06m3。

39天然气的脱水三甘醇3、吸收塔塔板数的确定其中L——三甘醇溶液循环量，mol/hV——原料天然气流量，mol/hK——气相中水汽和三甘醇水溶液中液相水之间的平衡常数。A——吸收因子

吸收因子的计算：（7-5）

40天然气的脱水三甘醇3、吸收塔塔板数的确定（续）

Kremser-Brown方程

式中yN+1——进吸收塔湿原料气中水的摩尔分数y1——离开吸收塔干气中水的摩尔分数

y0——当离塔干气与进塔贫三甘醇溶液处于平衡时，干气中水的摩尔分数N——吸收塔理论塔板数A——吸收因子

吸收因子A41天然气的脱水三甘醇3、吸收塔塔板数的确定（续）平衡常数式中y——气相中水的摩尔分数；x——与气相平衡的三甘醇溶液中水的摩尔分数。

42天然气的脱水三甘醇3、吸收塔塔板数的确定（续）式中W0——操作条件下与纯液相水呈平衡状态的饱和水汽含量，kg水汽/百万Nm3天然气。r——三甘醇水溶液水的活度系数。可由图7-15查得。

（7-11）

43天然气的脱水三甘醇图7-16克列姆塞尔吸收因子图44天然气的脱水三甘醇3、吸收塔塔板数的确定（续）塔板效率

Np—实际板数。N—理论板数。效率一般可取为2540%45天然气的脱水三甘醇4．甘醇吸收塔的选型和塔径计算

小直径三甘醇吸收塔可选用填料塔型；直径较大时，则应选用板式塔。由于三甘醇溶液循环量很小，为有利于气-液传质，保证塔板液封，增加操作弹性，多采用园泡罩塔板，也有采用浮阀塔板。

46天然气的脱水三甘醇泡罩塔塔径计算式中Ga——气体的最大允许质量速度，kg/h·m2（空塔气体质量流速Ga）

l——吸收塔中液相密度，kg/m3

g——吸收塔中气相密度，kg/m3C——常数，可由表7-3或图7-18查得。

47天然气的脱水三甘醇泡罩塔塔径计算（续）48天然气的脱水三甘醇49天然气的脱水三甘醇设计气体质量流量

泡罩塔塔径计算（续）50天然气的脱水三甘醇式中G——被处理气体的质量流量，kg/h，按下式计算

G=0.05Q

（7-18）

或

G=0.00173QMn

（7-19）

其中Q——被处理气体的体积流量，基米3/天，

——天然气相对密度（空气相对密度为1.0）Mn——被处理气体的分子量

泡罩塔塔径计算（续）51天然气的脱水三甘醇二．三甘醇再生系统的计算1．再生系统操作条件的确定

(1)再生温度和压力再生温度和压力

一般采用常压再生。常压下，三甘醇的热分解温度约为206C。因而重沸器的温度不应高于此值，通常为191~193C，最高不应超过204。

52天然气的脱水三甘醇1．再生系统操作条件的确定在罐式重沸器中，气液两相可认为达到平衡，此汽一液两相平衡系统的温度和压力关系如图7-19所示。已知重沸器压力（甘醇蒸汽和水蒸汽分压之和）和要求达到的三甘醇溶液浓度，则由图7-19可以查出相应的重沸器温度，如有惰性气体存在时，则应由重沸器压力中扣除惰性气体分压后，再由图查出相应的温度。

53天然气的脱水三甘醇54天然气的脱水三甘醇1．再生系统操作条件的确定（2）再生塔回流比

由于三甘醇和水的沸点相差较大（三甘醇沸点为285.5C，水为100C），较易分离，一般采用回流比约为1:1。55天然气的脱水三甘醇1．再生系统操作条件的确定（3)汽提气及其用量

利用汽提气进行再生时，所用汽提气应不溶于水，且在204C以前是稳定的气体。现场常用压力为294~588kPa（表压）的干天然气，或者三甘醇富液的闪蒸气作为再生汽提气。56天然气的脱水三甘醇1．再生系统操作条件的确定随汽提气用量增加，再生贫三甘醇溶液浓度增加。但是，汽提量增加到一定值后，三甘醇溶液浓度增加缓慢。因此应适当使用汽提量，并控制勿使汽提柱发生液泛。可利用图7-21计算汽提气用量。57天然气的脱水三甘醇图7-21确定汽提气用量的计算图58天然气的脱水三甘醇图7-21a常压和汽提再生查图方法BTK1AXK2（3）汽提气用量59天然气的脱水三甘醇常压和汽提再生查图步骤由顶部三甘醇贫液浓度浓度线上确定B点，由B点作垂线直接与再沸器操作温度的等温线交于K1，然后由K1作水平线K1X。由底部三甘醇富液浓度线确定A点，由A点作垂线与K1X相交于K2点，由K2点即可读出应注入再生系统的汽提量，如图7-21a）。60天然气的脱水三甘醇减压和汽提再生查图方法61天然气的脱水三甘醇（1）如图所示，由所需要达到的贫三甘醇溶液浓度，在顶部贫甘醇浓度线上确定B点，由B点作垂线交与重沸器操作压力对应的等压线于K1点，再由K1点作水平线交101.325kPa（760mmHg）等压线于K2点；由K2点作垂线交与再沸器操作温度对应的等温线于K3点，由K3作水平线K3X。减压和汽提再生查图步骤62天然气的脱水三甘醇（2）根据进再生塔的富液浓度，由底部富三甘醇溶液浓度线上确定A点；由A点作垂线交K3X线于K4点，由K4点即可读出应注入再生系统的汽提气量。减压和汽提再生查图步骤63天然气的脱水三甘醇2．

再生设备尺寸确定（1）三甘醇重沸器的选型及计算1）选型三甘醇再生重沸器的加热方式有：火管加热、蒸汽加热；国外还有热载体加热及燃气轮机废气加热等。井场快装式脱水装置几乎都是采用天然气直接火管加热，天然气净化厂的脱水装置通常采用2.5~3.9MPa（表）的蒸汽或天然气直接火管加热。

64天然气的脱水三甘醇2）重沸器热负荷

q=557435L式中q——重沸器的总热负荷，J/h；L——甘醇循环量，L/h

65天然气的脱水三甘醇2）重沸器热负荷式中：q1——水蒸汽带走的热量，kJ/h；q2——回流所耗热量，kJ/h；q3——汽提气加热所耗热量，kJ/h；q4——贫液带出的热量，kJ/h；q5——富液带入的热量，kJ/h。

66天然气的脱水三甘醇3）重沸器的供热量、热流强度、热效率①供热量

重沸器供热量取决于贫、富甘醇换热情况和换热效率，一般选单位体积甘醇所需热量418076~780409kJ/m3的下限值。

式中：L贫——贫甘醇的体积流量。根据q有效值，可估计重沸器及贫、富液换热器及精确柱的尺寸。

67天然气的脱水三甘醇3）重沸器的供热量、热流强度、热效率据国外经验，重沸器的热负荷低于837360kJ/h的小型装置宜采用同径的U型管布置形式，如果重沸器的热负荷高于837360kJ/h，一般采用变径火管布置。

68天然气的脱水三甘醇69天然气的脱水三甘醇3）重沸器的供热量、热流强度、热效率②热流强度

热流强度推荐用66989~83736kJ/(h·m2)。若火管金属表面温度高，甘醇会很快分解，由于这个原因，要决定最小表面温度，采用适宜的火管设计型式，以提供足够的表面积。为此，采用火管加热方式中，热流强度不能超过79549kJ/(h·m2)。低的热流强度是有益的，可防止火管壁温升高。当用蒸汽作重沸器热源时，应限制热流强度为79496kJ/(h·m2)70天然气的脱水三甘醇火管传热面积

式中：q有效——重沸器的供热量，kJ/h；q选——所选热流强度，一般取q选=66989kJ/(h·m2)3）重沸器的供热量、热流强度、热效率71天然气的脱水三甘醇③热效率

推荐直接火加热型式的热效率=70%重沸器燃料用量

式中：H低——燃料的低热值，kJ/Nm3；

Nm3/h3）重沸器的供热量、热流强度、热效率72天然气的脱水三甘醇烟囱直径取与火管直径一致，烟囱高度一般推荐在3~15米范围，比重沸器火管水平管高出6米左右即可。烟囱阻力为15毫米水柱。

3）重沸器的供热量、热流强度、热效率73天然气的脱水三甘醇（1）甘醇换热罐的选型及换热面积计算贫甘醇-富甘醇溶液换热器多采用罐式，叫甘醇换热罐。它主要作为甘醇循环泵进料缓冲罐。利用缓冲罐内有效空间布置一层或多层换热盘管，进行贫、富液的热交换，同时三甘醇贫液在此起沉降作用，并保证三甘醇循环泵的净吸入压头。

74天然气的脱水三甘醇（1）甘醇换热罐的选型及换热面积计算为了尽量降低三甘醇贫液的出口温度，换热罐可不用保温，只要求考虑防烫设施。一般采用金属丝网防烫保护罩。三甘醇贫液凭借热辐射向周围大气散热而被冷却。不保温时的热损失是保温时热损失的20倍，测得某引进装置不保温时热损失为34.9%（保温时，壳程流体的热损失为5%）。

75天然气的脱水三甘醇（1）甘醇换热罐的选型及换热面积计算1）作物料平衡根据贫、富液组成和流率作出物料平衡，可得贫、富甘醇溶液浓度为100%（质）时的流率及水的流率。2）作热平衡求换热罐的热负荷q换热罐的热负荷由贫甘醇侧来决定，因为贫甘醇侧无相变，其比热数据适合计算。若取换热罐热损为35%，则76天然气的脱水三甘醇（1）甘醇换热罐的选型及换热面积计算式中：q1、q2——分别为贫甘醇带入和带出的热量，kJ/h；q3、q4——分别为富甘醇带入和带出的热量，kJ/h。

77天然气的脱水三甘醇（1）甘醇换热罐的选型及换热面积计算1）甘醇换热罐的换热面积F78天然气的脱水三甘醇（3）贫、富液精馏柱精馏原理

79天然气的脱水三甘醇80天然气的脱水三甘醇精馏原理实现精馏过程的必要条件是：

①

每一块塔板上要有汽液两相密切接触。②

汽液两相间的组分应有浓度差。以保证有一定的传质推动力，使传质过程得以持续进行。③

汽液两相间应有温度差。才能保证传热过程的进行。81天然气的脱水三甘醇2）贫、富液精馏柱的直径及高度

富甘醇溶液精馏柱多为填料塔型，其直径由填料塔泛点速度计算，设计时，用泛点速度乘以安全系数（一般为0.6~0.8）作为操作速度，再根据富液精馏柱中气相流率（m3/h）即可算出塔径。

82天然气的脱水三甘醇

a、按泛点空塔气速计算式中：——干填料因子，a为填料比表面积（m2/m3），为填料空隙率（m3/m3）,1/m；A——系数，因填料形式不同而异，对拉西环A=0.022，对弧鞍型填料A=0.26，对丝网填料中的网环A=0.20；L——液相的粘度，m(Pas)；WF——泛点空塔气速，m/s；q——重力加速度，9.81m/s2；L——液相的流量，kg/hG——气相的流量，kg/h；L、G——液相及气相的密度，kg/m3。

83天然气的脱水三甘醇b.按富液喷淋密度计算富液精馏柱直径还可用三甘醇喷淋密度（5.1~12.7m3/(h·m2)）计算，一般靠近上限值选取，（推荐值为10.35m3/(h·m2)）。

Ln——三甘醇富液流率，kg/h；

L——三甘醇富液密度，kg/m3。

84天然气的脱水三甘醇②贫液精馏柱的直径贫液精馏柱的直径比富液精馏柱直径要小，一般取贫液精馏柱截面积为富液精馏柱截面积的57%，即贫液精馏柱的直径为0.76倍富液精馏柱的直径85天然气的脱水三甘醇③贫、富液精馏柱的高度在富液精馏柱中的分离实际是水—甘醇的二元精馏分离，所需理论板数可采用逐板计算法或图解法求得。一般需要2或3块理论板即可达到要求，其中一块板为重沸器。86天然气的脱水三甘醇富液精馏柱的填料层高度对于填料塔，填料层高度的计算有两种方法：传质单元法(参考化工原理）；等板高度法。87天然气的脱水三甘醇填料层高度Z（m）按等板高度法计算填料层高度：NT—理论板数；HT—填料的等板高度，m。88天然气的脱水三甘醇贫液精馏柱的填料高度贫液精馏柱的填料高度一般取为1.2~1.6m。该精馏柱的下部插入换热罐溶液中。89天然气的脱水三甘醇（6）其它设备的选用甘醇溶液闪蒸罐换热设备甘醇富液过滤器甘醇循环泵90天然气的脱水三甘醇闪蒸罐的尺寸设计是按流体在闪蒸罐中停留时间t(min)和甘醇循环量VL（m3/h)来确定的。闪蒸罐的停留时间，由溶解烃的种类和起泡程度决定，两相分离器为5分钟，三相分离器取为20～30分钟。V—闪蒸罐的沉降容积，m3。①甘醇溶液闪蒸罐92天然气的脱水三甘醇②换热设备在TEG脱水工艺中采用的冷换设备有贫/富TEG换热器、贫液冷却器、再生塔顶冷凝器，有时还设置湿气冷却器等，具体使用的换热器型式各不相同。93天然气的脱水三甘醇换热器面积计算：q—热负荷，kW；K—传热系数，kW/(m2·℃)；Δt—冷热流体的温差，℃。②换热设备94天然气的脱水三甘醇贫/富甘醇换热器因其壳程流速很低，故其传热系数K值很小。工业装置上求得的传热系数K=116～175W/(m2·K)，而理论计算的K值更小，例如，某引进装置换热罐的传热系数值为31.4W/(m2·K)。②换热设备95天然气的脱水三甘醇③甘醇富液过滤器甘醇富液过滤器常用的有玻璃纤维过滤器和活性炭过滤器两种，或二者串联组成。玻璃纤维过滤器主要用来脱除三甘醇溶液中5微米以上固体杂质，以防溶液变脏、发泡和堵塞设备。96天然气的脱水三甘醇活性炭过滤器主要用来脱除三甘醇溶液中的重烃、酸碱性物质（即降解产物）及5微米以下的固体物质以防甘醇溶液起泡和腐蚀设备。

③甘醇富液过滤器97天然气的脱水三甘