吸收法脱水专业知识讲座

水危害①在天然气管道输送过程中，天然气中水分在低温下冷凝成液体，会降低管道截面积，增加输送过程阻力和能耗。②在天然气加工过程中，天然气中水分会在操作条件下（高压、低温）和烃类或二氧化碳生成固体水合物，堵塞管道及设备，影响生产正常进行。③天然气中水会加速硫化物（H2S、COS等）对设备腐蚀。惯用脱水方法冷冻、加压法；液体吸收法；固体吸附法。当前普遍采取吸收法和吸附法脱水。前言吸收法脱水专业知识讲座第1页①天然气绝对含水量每标准立方米天然气实际含水量,g-H2O/Nm3,用e表示。②天然气饱和含水量在一定条件(T、P）下，天然气与液态水到达平衡时气体绝对含水量，g-H2O/Nm3，用es表示。③天然气相对湿度天然气中实际含水量与饱和含水量之比，称为天然气相对湿度，用φ表示。④天然气水露点在一定压力下，与天然气饱和含水量相对应温度，称为天然气水露点。或在一定压力下，天然气中水蒸汽开始冷凝温度。名词解释吸收法脱水专业知识讲座第2页压力、温度对天然气饱和含水影响吸收法脱水专业知识讲座第3页冷却脱水法吸收法吸附法第一节天然气脱水方法吸收法脱水专业知识讲座第4页一、冷却脱水法冷却脱水法可分为直接冷却法、加压冷却法、膨胀制冷法三种方法。

1.直接冷却法因为天然气含水量伴随温度降低而降低，所以直接冷却降低天然气温度能够降低天然气含水量，但此法效率太低，难以到达气体露点要求，只能作为辅助伎俩。

2.加压冷却法因为天然气含水量随压力升高而降低，所以，增加天然气压力能够降低天然气含水量，加压与冷却联合，可提升天然气脱水效率。但天然气加工中加压、冷却并不是以脱水为目标，而是工艺需要。吸收法脱水专业知识讲座第5页

当井口气压力较高时，能够利用气体高压膨胀取得低温使天然气冷却脱水，当膨胀后气体温度较低时，开始用注入乙二醇或二甘醇抑制剂方法，以抑制水合物形成。

3.膨胀制冷冷却法膨胀制冷法即能够从井口高压流物中脱除较多水，又能比常温分离法分离更多烃类，故一些高压凝析气井口经常使用。吸收法脱水专业知识讲座第6页1.惯用脱水吸收剂天然气吸收脱水就是利用对天然气中水蒸汽含有很强亲和能力吸收剂与天然气逆流接触来脱除天然气中水份。惯用脱水剂是甘醇类化合物和氯化钙水溶液。当前广泛采取甘醇类化合物是二甘醇和三甘醇。2.甘醇法脱水优缺点甘醇法脱水与固体吸附剂法脱水是当前普遍采取两种天然气脱水方法。对于甘醇法脱水来讲，因为三甘醇脱水露点降大、成本低和运行可靠，在各种甘醇化合物中其经济效益最好，因而在国外广为采取。在我国，因为二甘醇及三甘醇产量及价格等原因，二甘醇和三甘醇都有采取。甘醇法脱水与吸附法脱水相比，其优点是：二、吸收法吸收法脱水专业知识讲座第7页②压降较小。甘醇法脱水压降为35～70kPa，而固体吸附剂法脱水压降为70～200kPa。③甘醇法脱水为连续操作，而固体吸附剂法为间歇操作。④采取甘醇法脱水时补充甘醇比较轻易，而采取固体吸附剂法脱水时从吸附塔（干燥器器)中更换固体吸附剂费时较长。⑤甘醇脱水装置甘醇富液再生时，脱除1kg水分所需热量较少。⑥有些杂质会使固体吸附剂堵塞，但对甘醇脱水装置操作影响甚小。⑦甘醇脱水装置可将天然气中水含量降低到8mg／m3。假如有贫液汽提柱,利用汽提气进行再生，天然气中水含量甚至可降低降低到4mg/m3。①投资较低。据报道，建设一座处理能力为28x104m3／d天然气固体吸附剂脱水装置，比三甘醇脱水装置投资高50％。吸收法脱水专业知识讲座第8页①天然气露点要求低于-32℃时，需要采取汽提法进行再生。②甘醇受污染或分解后含有腐蚀性。吸收法脱水主要用于使天然气露点符合管输要求场所，普通建在集中处理站、输气首站内或天然气净化脱硫装置下游。三、吸附法脱水吸附法是利用一些多孔性固体吸附剂对天然气中水蒸汽特殊吸附力来吸附脱除天然气中水份。固体吸附剂脱水装置投资和操作费用比甘醇脱水装置要高，故—般是在甘醇法脱水满足不了天然气露点要求时才采取吸附法脱水。甘醇法脱水与吸附法脱水相比，其缺点是：吸收法脱水专业知识讲座第9页①脱水后干气露点可低至-100℃，相当于水含量为0.8mg／m3。②对进料气压力、温度及流量改变不敏感。③无严重腐蚀及起泡。吸附法缺点是：①需要两个或两个以上吸附器切换操作，故其投资及操作费用较高。②压降较大。③天然气中重烃、H2S和CO2等可使固体吸附剂污染。④固体吸附剂颗粒在使用中易产生机械性破损。⑤再生时消耗热量较多，在小流量操作时更为显著，吸附法优点是：吸收法脱水专业知识讲座第10页①天然气脱水目标是为了符合管道输送要求，但又不宜采取甘醇法脱水场所。比如，在海上平台因为波浪起伏会影响吸收塔内甘醇溶液正常流动，或天然气是酸气等。②高压(超临界状态)含二氧化碳较多天然气脱水。因为此时二氧化碳在三甘醇溶液中溶解度很大。③用于冷冻温度低于-34℃时天然气加工时脱水。④同时脱水和烃类以符合水露点和烃露点要求。⑤从贫气中回收天然气液，此时往往需要采取制冷方法时。吸附法脱水主要用于天然气凝液回收、天然气液化装置中天然气深度脱水，预防天然气在低温系统中产生水合物堵塞设备和管道。在以下情况之一时，可优先选择吸附法：吸收法脱水专业知识讲座第11页甘醇普通物理性质甘醇脱水工艺流程甘醇脱水工艺主要设备甘醇脱水工艺参数第二节甘醇脱水工艺及设备吸收法脱水专业知识讲座第12页二甘醇（DEG）、三甘醇（TEG）均为乙二醇缩合物，反应式为：

二甘醇三甘醇

二甘醇：沸点：245.0℃；分解温度：164.4℃三甘醇：沸点：287.4℃；分解温度：206.7℃因为三甘醇沸点高，蒸汽压低，吸收脱水过程蒸发损失少，且分解温度高，所以脱水过程广泛应用是三甘醇一、甘醇普通性质吸收法脱水专业知识讲座第13页二、甘醇脱水工艺流程

吸收法脱水专业知识讲座第14页吸收法脱水专业知识讲座第15页三、主要设备1.高压吸收系统主要设备（1）吸收塔能够是板式塔或填料塔。板式塔适合用于粘性液体或低液气比场所；因为甘醇易起泡，所以板式塔板间距应该加大，应大于0.45m,最好0.6～0.75m；塔顶设有捕雾器，降低干气在气相中损失。（2）进口气涤器除掉进塔气体中液体或固体杂质。这些杂质对三甘醇脱水影响是：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溶于甘醇溶液中液烃或油(芳香烃或沥育胶质)可降低甘醇溶液脱水能力，并使甘醇溶液起泡。吸收法脱水专业知识讲座第16页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，并含有腐蚀性。假如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一个十分主要设备。很多处理量较大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携带盐水〔随天然气一起采出地层水)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。吸收法脱水专业知识讲座第17页（1）闪蒸分离器低压下分出富甘醇中所吸收重烃类气体，以防重烃使甘醇乳化及降低再生系统精馏柱顶气体和甘醇损失量。为使闪蒸气不经压缩即可用作燃料气，并确保闪蒸分离后富甘醇有足够压力流过过滤器及贫／富甘醇换热器等设备，闪蒸分离器压力最好在0.35—0.52MPa。（2）再生精馏塔由吸收塔来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，成为精馏柱顶回流，从而使柱顶温度得到控制．并可降低甘醇损失量。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30％时，由柱顶排放水蒸气中甘醇损失量非常小。2.再生系统主要设备吸收法脱水专业知识讲座第18页（3）重釜器重沸器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。甘醇脱水装置是经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，可采取汽提法、负压法或共沸法。吸收法脱水专业知识讲座第19页四、工艺参数选择

影响脱水效果主要原因有：甘醇贫液浓度；甘醇吸收剂循环量；吸收操作温度和压力；吸收塔和再生塔塔板数等。

1.温度、压力条件依据吸收过程原理，温度越低越有利于吸收。但温度过低（＜21℃）甘醇溶液粘度过大，起泡增多，使塔板效率下降；吸收温度过高，进料器中水含量太高，同时也不利于吸收，使甘醇溶液脱水能力下降。普通吸收操作温度为27～38℃。压力对吸收过程影响较少，故对压力无特殊要求。贫甘醇溶液进塔温度应比塔内气体温度高3～8℃。假如贫甘醇温度比气体低，就会使气体中一部分重烃冷凝，促使甘醇溶液气泡。反之，假如贫甘醇温度高于气体温度8℃，三甘醇损失和出塔干气露点就会无须要地增加很多。吸收法脱水专业知识讲座第20页依据吸收平衡原理，甘醇贫液浓度越高，干天然气中水含量越低，即天然气露点温度越低。图4－5为甘醇贫液浓度与干气平衡露点关系图。为提升甘醇贫液浓度，再生塔操作应采取以下办法：①在甘醇分解温度以下，应尽可能提升再生塔重沸器温度。对于三甘醇，重沸器温度普通为177～204℃。②用汽提气直接通入重沸器中，贫三甘醇浓度可达99.6％；③假如加贫液汽提柱，汽提气从贫液汽提柱下方通入，贫三甘醇浓度可达99.9％。

2.甘醇贫液浓度吸收法脱水专业知识讲座第21页吸收法脱水专业知识讲座第22页右图为当吸收塔为2.5块理论板时，三甘醇循环量与露点降关系。由图可知：①贫液浓度越高，同一循环量下露点降越大。②当循环量到达一定值后，再增加循环量时，露点降改变很小。③贫液浓度低时，提前到达循环量影响不大区间。3.三甘醇循环量吸收法脱水专业知识讲座第23页吸收塔工艺计算闪蒸分离器工艺计算再生精馏塔工艺计算换热设备工艺计算工艺计算示例(自学)第三节甘醇脱水工艺计算吸收法脱水专业知识讲座第24页一、吸收塔工艺计算吸收塔工艺计算主要包含：①塔板（填料）型式及塔板数；②三甘醇溶液循环量；③塔径

1.吸收塔脱水量（负荷）计算吸收法脱水专业知识讲座第25页由要求干气含水量，查图2－7得到干气露点，将此露点值降低3～6℃，查图4－5得到贫三甘醇浓度。2.进塔贫三甘醇浓度3.天然气实际露点降当贫甘醇溶液浓度确定以后，吸收塔实际露点降还和吸收塔理论板数及甘醇循环量都相关系，在满足露点降前题下，选择适当塔板数和甘醇循环量，使产品总耗能最低。吸收法脱水专业知识讲座第26页

4.吸收塔直径

板间距，mmK值4500.03665600.04576000.0488先由以下公式求出允许空塔速度，再依据进料气体流量求出塔径。吸收法脱水专业知识讲座第27页二、闪蒸分离器计算吸收法脱水专业知识讲座第28页三、再生塔精馏柱再生精馏柱理论板数普通为3块，即重釜器、填料段、回流冷凝器各一块。填料柱塔径可依据精馏柱气液负荷及填料流体力学性质确定，也可由以下经验公式估算：吸收法脱水专业知识讲座第29页四、重釜器1.重釜器热负荷重釜器热负荷可依据脱水量由下式经验公式估算2.重釜器尺寸当重釜器按45.8kW/m2热流密度计算蒸汽发生面积时，其工艺尺寸可按以下标准确定：长径比＝5（推荐值）；最小直径＝457mm；最小长度＝1067mm。吸收法脱水专业知识讲座第30页3.汽提气用量汽提气用量可由图4－6来确定。依据要求贫甘醇纯度，由图查得汽提气需要量。采取汽提气可高甘醇纯度，但也增加了操作费用，因而只有在必要时才使用，且其用量不应大于0.022m3/L三甘醇。吸收法脱水专业知识讲座第31页五、换热设备甘醇脱水装置换热换设备包含：精馏柱顶部回流冷凝器、贫／富甘醇换热器及气体／贫甘醇换热器。它们尺寸确定标准以下。

1.回流冷凝器回流冷凝器热负荷可取甘醇溶液吸收水在重釜器内全部汽化所需热负荷25％～30％。

2.贫／富甘醇换热器贫甘醇及富甘醇进口温度通常是已知。在确定富甘醇出口温度时，普通按贫甘醇进口温度与富甘醇出口温度差在33～50℃为标准，但注意富甘醇出口温度不能高于149℃。吸收法脱水专业知识讲座第32页贫甘醇进吸收塔前应先用干气或空气将其冷却到仅比出塔干气高6℃左右。假如温度过高，会使顶层塔板上甘醇温度增加，造成出塔干气水含量增加。用出塔干气冷却贫甘醇，这么可预防贫甘醇被冷却至低于出塔干气温度。

贫甘醇出换热器温度应比进料气进吸收塔温度高3～6℃。计算热负荷时应加上5％～10％富裕量，以考虑污垢热阻和甘醇循环量波动影响。3.气体／贫甘醇换热器吸收法脱水专业知识讲座第33页甘醇污染原因及对策甘醇质量最正确值第四节甘醇质量对脱水操作影响吸收法脱水专业知识讲座第34页一、甘醇污染原因及对策清洁预防或减缓甘醇损失过大和设备腐蚀关键是保持甘醇洁净。实际上，甘醇在使用过程中将会受到各种污染。产生这些污染原因和处理方法以下：1.氧气串入系统甘醇易氧化变质，生成腐蚀性有机酸。故应预防氧气串入系统，亦可向脱水系统中注入抗氧化剂，其量为1～2g/L甘醇。2.高温降解