天然氣集輸2天然氣脫水

2023/1/141天然氣凈化與加工中國石油大學(xué)（華東）儲(chǔ)建學(xué)院李琦瑰2023/1/142天然氣脫水第一節(jié)天然氣水合物第二節(jié)甘醇脫水第三節(jié)固體干燥劑脫水第四節(jié)脫水方法選擇2023/1/143第一節(jié)天然氣水合物一、天然氣飽和含水量二、天然氣水合物2023/1/144一、天然氣飽和含水量天然氣飽和水含量的大小取決于溫度、壓力和氣體組成。確定天然氣飽和水含量的方法有三類：圖解法、實(shí)驗(yàn)法和狀態(tài)方程法。根據(jù)氣體內(nèi)是否含有酸氣，天然氣飽和含水量與壓力、溫度的相關(guān)關(guān)系分為兩類：一類為不含酸氣(或酸氣含量較少)的稱甜氣圖；另一類為含酸氣的稱酸氣圖。2023/1/1451、甜氣圖

如圖，天然氣飽和水含量隨壓力、溫度的變化關(guān)系。可見，壓力越高、溫度越低，飽和水含量越小。在一定壓力下與天然氣飽和水含量相對(duì)應(yīng)的溫度稱為天然氣水露點(diǎn)。在某一壓力下，水露點(diǎn)愈低，飽和含水量愈小。當(dāng)氣體實(shí)際溫度高于水露點(diǎn)時(shí)，氣體處于未飽和狀態(tài)，無液態(tài)水析出；當(dāng)氣體實(shí)際溫度等于水露點(diǎn)時(shí)，氣體處于飽和狀態(tài)，開始有液態(tài)水析出；當(dāng)氣體實(shí)際溫度低于水露點(diǎn)時(shí)，氣體處于過飽和狀態(tài)，有液態(tài)水析出。

2023/1/146當(dāng)天然氣相對(duì)密度>0.6時(shí)，乘以相對(duì)密度修正系數(shù)進(jìn)行修正。由圖可見，相對(duì)密度增大，氣體飽和水含量降低。天然氣與含鹽水接觸時(shí)，乘以含鹽修正系數(shù)進(jìn)行修正。由圖可見，含鹽量增大，天然氣飽和水含量降低。2023/1/147

——水中含鹽量，g/L；——?dú)怏w相對(duì)密度；——?dú)怏w溫度，℃。2023/1/1482、酸氣圖當(dāng)壓力小于2.0MPa時(shí)，酸氣濃度對(duì)天然氣含水量的影響不大，可以按甜氣圖查得。高壓時(shí)，天然氣飽和含水量隨酸氣濃度的增大而增大。壓力大于2.0MPa時(shí)，可用Campbell法求酸性天然氣含水量。Campbell法：

——按甜氣查得的天然氣中水的質(zhì)量濃度，mg/m3；——CO2中水的質(zhì)量濃度，mg/m3；——H2S中水的質(zhì)量濃度，mg/m3；——?dú)怏w組分摩爾分?jǐn)?shù)。2023/1/149天然氣中飽和CO2的有效水含量天然氣中飽和H2S的有效水含量

2023/1/14103、飽和含水量的測(cè)試方法有多種氣體含水量測(cè)定方法，常見的有露點(diǎn)法、吸收質(zhì)量法和Karl．Fischer（卡爾-費(fèi)希爾）法。

1)露點(diǎn)法：在恒定壓力下，氣體以一定流量流經(jīng)露點(diǎn)儀，儀器的測(cè)量腔室內(nèi)有拋光金屬鏡面，其溫度可人為控制精確調(diào)節(jié)并準(zhǔn)確測(cè)定。隨著鏡面溫度逐步降低，氣體被水飽和時(shí)鏡面上開始結(jié)露，此時(shí)的鏡面溫度即為水露點(diǎn)。由水露點(diǎn)查表可得氣體飽和含水量。2)吸收法：氣體通過充滿P2O5的吸收管，吸收劑P2O5吸收氣體內(nèi)的水分，精確測(cè)定P2O5的質(zhì)量增加值和通過吸收管的氣體量，即可求得氣體內(nèi)的含水量。3)Karl-Fischer法：利用卡爾-費(fèi)希爾試劑吸收天然氣中的水分，測(cè)出中和卡爾-費(fèi)希爾試劑所需的天然氣量即可求得氣體的含水量。卡爾-費(fèi)希爾試劑的配制：8mol吡啶+2mol二氧化硫+15mol甲醇+1mol碘2023/1/1411二、天然氣水合物在一定溫度和壓力條件下、天然氣的某些組分與液態(tài)水生成的一種外形像冰、但晶體結(jié)構(gòu)與冰不同的籠形化合物稱為天然氣水合物。1、物理性質(zhì)①白色固體結(jié)晶，外觀類似壓實(shí)的冰雪；②輕于水、重于液烴，相對(duì)密度為0.960.98；③半穩(wěn)定性，在大氣環(huán)境下很快分解。2023/1/14122、結(jié)構(gòu)采用X射線衍射法對(duì)水合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)測(cè)定發(fā)現(xiàn)，氣體水合物是由多個(gè)填充氣體分子的籠狀晶格構(gòu)成的晶體，晶體結(jié)構(gòu)有三種類型：I、II、H型。

1）I型晶體結(jié)構(gòu)：體心立方結(jié)構(gòu)，由46個(gè)水分子構(gòu)成，共有8個(gè)籠狀晶格，可容納8個(gè)氣體分子。其中6個(gè)大的（12個(gè)正五邊形、2個(gè)正六邊形組成的十四面體，平均自由直徑0.59納米）、2個(gè)小的（正五邊形組成的十二面體，平均自由直徑0.52納米）。分子式為S2L6·46H2O2023/1/14132）II型晶體結(jié)構(gòu)：金剛石晶體立方結(jié)構(gòu)，由136個(gè)水分子構(gòu)成，共有24個(gè)籠狀晶格，可容納24個(gè)氣體分子。其中8個(gè)大的（12個(gè)正五邊形、4個(gè)正六邊形組成的十六面體，平均自由直徑0.69納米）、16個(gè)小的（正五邊形組成的十二面體，平均自由直徑0.48納米）。分子式為S16L8·136H2O12個(gè)正五邊形、2個(gè)正六邊形正五邊形12個(gè)正五邊形、4個(gè)正六邊形2023/1/14143）H型晶體結(jié)構(gòu)：對(duì)H型水合物尚處于研究中，知之甚少，H型水合物由34個(gè)水分子構(gòu)成，共有6個(gè)籠狀晶格，可容納6個(gè)氣體分子。其中1個(gè)大的（12個(gè)正五邊形、8個(gè)正六邊形組成的二十面體）、2個(gè)中的（3個(gè)正四邊形、6個(gè)正五邊形、3個(gè)正六邊形組成的十二面體）、3個(gè)小的（正五邊形組成的十二面體）。分子式為S3S2L1·34H2O

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由于晶格空腔有大有小，因此不同直徑的氣體分子會(huì)形成不同類型的氣體水合物。天然氣中CH4、C2H6、CO2、H2S可形成穩(wěn)定的I型水合物。每個(gè)氣體分子周圍有68個(gè)水分子，即：

CH4·6H2OC2H6·8H2OH2S·6H2O

CO2·6H2O大分子量組分C3H8和i-C4H10(異丁烷)僅能進(jìn)入II型水合物內(nèi)的大腔室，形成II型水合物。每個(gè)氣體分子周圍有17個(gè)水分子，即：C3H8·17H2O

i-C4H10·17H2O氣體分子填滿腔室的程度取決于外部壓力和溫度，腔室內(nèi)充滿氣體分子的程度愈高、水合物愈穩(wěn)定。腔室未被氣體分子占據(jù)時(shí)，結(jié)構(gòu)處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，稱為β相；氣體分子填充腔室后形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，稱H相。

2023/1/14163、生成條件（1）氣體處于水蒸汽的過飽和狀態(tài)或者有液態(tài)水，即氣體和液態(tài)水共存；（2）一定的壓力溫度條件——高壓、低溫；（3）氣體處于紊流脈動(dòng)狀態(tài)，如：壓力波動(dòng)或流向突變產(chǎn)生攪動(dòng)，或有晶種(固體腐蝕產(chǎn)物、水垢等)存在都會(huì)促進(jìn)產(chǎn)生水合物。因此，在孔板、彎頭、閥門、管線上計(jì)量氣體溫度的溫度計(jì)井等處極易產(chǎn)生水合物。2023/1/14174、圖解法預(yù)測(cè)水合物的生成即當(dāng)水分條件滿足時(shí)，預(yù)測(cè)生成水合物的壓力、溫度條件。常用的圖解法有兩種，一種是只考慮氣體相對(duì)密度的相對(duì)密度法，另一種是考慮相對(duì)密度和酸氣含量的酸性氣體圖。（1）相對(duì)密度法曲線左上方為水合物存在區(qū)。右下方為水合物不可能存在區(qū)。

已知?dú)怏w相對(duì)密度，由圖可查一定溫度下生成水合物的壓力，或在一定壓力下生成水合物的溫度?；貧w相關(guān)式：2023/1/1418（2）酸性氣體圖若天然氣中同時(shí)含有CO2和H2S時(shí)，將CO2折算成H2S含量，折算關(guān)系為1molH2S=0.75molCO2，求得H2S總含量。根據(jù)氣體壓力、H2S含量、氣體相對(duì)密度，可以查圖得水合物生成溫度。

C3含量校正：根據(jù)H2S含量、氣體內(nèi)C3含量、氣體壓力可查得修正值。C3含量高時(shí)修正值為正，低時(shí)為負(fù)。2023/1/1419

5、防止水合物生成的方法破壞水合物的生成條件即可防止水合物的生成。主要有三種方法（1）加熱氣流，使氣體溫度高于氣體水露點(diǎn)；（2）對(duì)天然氣進(jìn)行干燥劑脫水，使其水露點(diǎn)降至操作溫度以下；（3）向氣流中注入抑制劑。目前廣泛采用的抑制劑是水合物抑制劑，20世紀(jì)90年代以后開發(fā)的動(dòng)力學(xué)抑制劑和防聚劑也日益受到重視和使用。動(dòng)力學(xué)抑制劑和防聚劑的共同特點(diǎn)是不改變生成水合物的壓力、溫度條件，而是通過延緩水合物成核和晶體生長(zhǎng)或阻止水合物聚結(jié)和生長(zhǎng)，從而防止水合物堵塞管道。

1）長(zhǎng)距離輸氣管線水合物的預(yù)防措施對(duì)于長(zhǎng)距離輸氣管線要防止水合物的生成可以采用如下方法：①天然氣脫水，降低氣體內(nèi)水含量和水露點(diǎn)

；②提高輸送溫度，使氣體溫度高于氣體水露點(diǎn)；③注入水合物抑制劑。

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2）礦場(chǎng)采氣管線和集氣管線水合物的預(yù)防措施采氣管線上：氣體通過控制閥或孔板時(shí)，氣體壓力降低，同時(shí)發(fā)生J-T效應(yīng)，氣體膨脹降溫，使節(jié)流件下游易生成水合物而堵塞管線。集氣管線：管線的熱損失使氣體溫度降低，使下游易生成水合物而堵塞管線。

礦場(chǎng)采氣管線和集氣管線，防止水合物生成的方法：①加熱（常用的加熱設(shè)備是蒸汽逆流式套管換熱器和水套爐）；②注入抑制劑。

6、水合物抑制劑某些鹽和醇類溶解于水中，吸引水分子，改變水合物相的化學(xué)位，降低氣體水合物生成溫度和／或提高水合物生成壓力，從而防止生成水合物。這類物質(zhì)稱水合物抑制劑或熱力學(xué)抑制劑，俗稱防凍劑。2023/1/1421水合物抑制劑主要有兩大類：氯化物和醇類。多數(shù)氯化物都能用作水合物抑制劑。

氯化物抑制劑的缺點(diǎn)：①有腐蝕性并易在金屬表面沉積；②只適用于處理小流量、露點(diǎn)要求不高的場(chǎng)合。

因此，在實(shí)踐中很少采用。用作水合物抑制劑的醇類主要有甲醇(MeOH)、乙二醇(EG)和二甘醇(DEG)，三者對(duì)比：①甲醇使水合物生成溫度的降幅最大，抑制效果最好，乙二醇次之，二甘醇最小。②甲醇的凝點(diǎn)遠(yuǎn)低于乙二醇和二甘醇，因而甲醇適用于任何氣體溫度，而乙二醇不得用于溫度低于-9℃、二甘醇不得用于低于-6℃的場(chǎng)合。2023/1/1422③甲醇的蒸氣壓最高，容易汽化，可直接注入（一般不回收）；乙二醇與二甘醇的蒸氣壓低，必需經(jīng)噴霧頭將甘醇霧化成小液滴分散于氣流內(nèi)才能有效地抑制水合物的生成，乙二醇與二甘醇的氣相損失小，需建回收裝置回收、再生后循環(huán)使用。④甲醇的投資低、但操作費(fèi)用高（常用于氣量小、斷續(xù)注入、防止季節(jié)性生成水合物和臨時(shí)性管線和設(shè)備的防凍）；乙二醇和二甘醇投資高、但操作費(fèi)用低（常用于氣量大、需連續(xù)注入抑制劑的場(chǎng)合）。⑤甲醇對(duì)已形成的水合物有一定解凍作用。⑥甲醇具有中等毒性，需采取相應(yīng)的防護(hù)措施。⑦甘醇類抑制劑與液態(tài)烴的分離困難,造成一部分甘醇損失,因而甘醇抑制劑適用于溫度較高的場(chǎng)合。⑧與乙二醇相比，二甘醇的蒸氣壓低、氣相損失小，但防凍效果不如乙二醇。

乙二醇和甲醇是最常用的水合物抑制劑。

2023/1/1423天然氣脫水可以采用的方法有：甘醇吸收脫水、固體干燥劑吸附脫水、冷凝脫水以及國內(nèi)外正在研發(fā)的膜分離脫水等。其中甘醇脫水和固體干燥劑脫水是油氣田最常用的天然氣脫水方法。脫水深度用露點(diǎn)降表示，是指進(jìn)入脫水裝置前氣體露點(diǎn)與脫水后氣體露點(diǎn)之差。2023/1/1424第二節(jié)甘醇脫水

一、甘醇二、甘醇脫水原理流程三、三甘醇脫水典型流程四、甘醇再生方法五、甘醇脫水的主要設(shè)備2023/1/1425一、甘醇1、甘醇甘醇有很強(qiáng)的吸水性能。甘醇是乙二醇的縮聚物，稱為多縮乙二醇，俗稱甘醇。其化學(xué)通式為CnH2n(OH)2。2個(gè)乙二醇縮聚生成一個(gè)二甘醇和一個(gè)水，二甘醇和乙二醇再縮聚可以生成一個(gè)三甘醇和一個(gè)水。2、與二甘醇相比，三甘醇脫水的優(yōu)點(diǎn)

①沸點(diǎn)高，因此可以在較高溫度下再生，再生貧液濃度高，氣體露點(diǎn)降大。

②蒸氣壓低，因而三甘醇的蒸發(fā)和被氣體的攜帶損失小。

③分解溫度高，熱穩(wěn)定性好，不易受熱變質(zhì)，對(duì)再生有利。

④脫水操作費(fèi)用低。

因此，三甘醇脫水應(yīng)用較為廣泛。2023/1/1426二、甘醇脫水原理流程

甘醇脫水工藝主要由吸收和再生兩部分組成。常規(guī)的再生方法為常壓加熱再生。（少量甘醇蒸氣）2023/1/1427三、三甘醇脫水典型流程1一吸收塔；2一氣／貧甘醇換熱器；3一分流閥；4一冷卻盤管；5一再生塔；6一重沸器；7一甘醇緩沖罐；8一貧富甘醇換熱器；9一富甘醇預(yù)熱換熱器；10-閃蒸分離器；11一織物過濾器；12一活性炭過濾器；13一甘醇泵；14-滌氣段底部的滌氣段2023/1/1428四、甘醇再生方法1、降壓再生：甘醇再生在常壓下進(jìn)行，降低重沸器壓力至真空狀態(tài)，在相同重沸溫度下能提高甘醇溶液濃度。2、汽提再生：以濕氣或干氣作為汽提氣，汽提氣在再生塔的高溫下為不飽和氣體，在與甘醇富液接觸時(shí)能從甘醇中吸收水分，從而提高甘醇貧液濃度。汽提氣可直接注入重沸器，也可經(jīng)貧液汽提柱注入。

1一再生塔；2一重沸器；3一貧液汽提柱；4-甘醇換熱器。2023/1/14293、共沸再生：在重沸器內(nèi)，共沸劑與甘醇溶液中的殘留水形成低沸點(diǎn)共沸物氣化，從再生塔頂流出，經(jīng)冷卻后進(jìn)入分離器分出水，共沸劑用泵打回重沸器循環(huán)使用。共沸劑應(yīng)具有不溶于水和三甘醇，與水能形成低沸點(diǎn)共沸物，無毒，蒸發(fā)損失小等性質(zhì)。常用的共沸劑是異辛烷。1一重沸器；2一再生塔；3一冷卻器；4-共沸物分離器；5一循環(huán)泵；6一甘醇換熱器。2023/1/1430五、甘醇脫水的主要設(shè)備1、入口分離器入口分離器的作用是分出進(jìn)料濕天然氣內(nèi)的液體和固體雜質(zhì)，如：游離水、液烴、泥沙和鐵銹等固體雜質(zhì)以及流程上游采氣、集氣過程中加入氣流內(nèi)的各種化學(xué)劑等。進(jìn)料濕天然氣內(nèi)液體和固體雜質(zhì)的存在會(huì)帶來以下幾個(gè)方面的危害：①甘醇發(fā)泡、塔板堵塞，降低甘醇脫水能力；②游離水的存在會(huì)增加甘醇循環(huán)量、重沸器熱負(fù)荷、熱耗、甘醇損失量。③鹽水可使鋼材腐蝕，以及重沸器火管表面局部過熱和結(jié)焦等。因此，為保證脫水質(zhì)量并延長(zhǎng)裝置的使用壽命，必須在吸收操作之前進(jìn)行液、固雜質(zhì)的分離。

2023/1/14312、吸收塔1）類型吸收塔可采用板式塔或填料塔

：①塔徑小于0.35m時(shí)，采用常規(guī)填料塔。

②大型脫水裝置往往采用板式塔或規(guī)整填料塔。在相同氣體處理量下，規(guī)整填料塔的塔徑小，塔高比板式塔小。

2）結(jié)構(gòu)吸收塔的結(jié)構(gòu)組成包括四部分：①底部的滌氣段：與入口分離器構(gòu)成兩級(jí)滌氣，以減小氣體雜質(zhì)對(duì)甘醇的污染；②中部吸收段；③頂部的氣／貧甘醇冷卻盤管：控制甘醇貧液與氣體有合適的溫差；④捕霧器。2023/1/14323）塔板數(shù)量塔板數(shù)量、甘醇貧液濃度和甘醇循環(huán)量是影響露點(diǎn)降的因素。塔板數(shù)愈多、甘醇貧液濃度愈高、甘醇循環(huán)量愈大則露點(diǎn)降愈大。其中塔板數(shù)量對(duì)露點(diǎn)降的影響最大。根據(jù)脫水目的和對(duì)干氣露點(diǎn)要求，吸收塔塔板數(shù)一般為4～12塊。為滿足管輸氣的脫水要求，一般為6～8塊。由于甘醇溶液容易發(fā)泡，塔板間必須有足夠間距，常為0.6m。頂層塔板與捕霧器間距為1.5倍的塔板間距。

若采用填料塔，填料高度的確定：處理低露點(diǎn)氣體時(shí)，每塊理論塔板相當(dāng)于2.4m高的填料；處理中等露點(diǎn)氣體時(shí)，每塊理論塔板相當(dāng)于1.2m高的填料。4）塔徑按氣體處理量確定塔徑：①按能夠分出120～150μm甘醇液滴粒徑確定氣體允許流速②

2023/1/14335）操作參數(shù)（1）塔壓塔壓的確定應(yīng)考慮幾個(gè)方面：①塔壓對(duì)吸收效果的影響：高壓低溫有利于吸收，當(dāng)塔壓小于20MPa時(shí)，操作壓力對(duì)露點(diǎn)降影響極小。②塔壓對(duì)處理量的影響：塔壓增大，使得原料氣的飽和水含量降低，需要脫出的水量減少，可增大氣體處理量。③塔壓對(duì)設(shè)備尺寸和壁厚的影響：塔壓增大，在一定氣體處理量下，可減小塔徑，但壁厚增大。④塔壓的大小受原料氣壓力的制約。如果原料氣壓力低，需經(jīng)壓縮機(jī)增壓后進(jìn)塔，增大設(shè)備投資及操作運(yùn)行成本。

因而，吸收塔壓力的確定應(yīng)綜合考慮原料氣壓力、投資和操作運(yùn)行成本，從中尋優(yōu)。一般，塔壓在3.4～8.3MPa間的經(jīng)濟(jì)性較好。2023/1/1434（2）塔溫吸收塔內(nèi)液相負(fù)荷很小，塔的溫度與進(jìn)料氣溫度接近。

塔溫的確定應(yīng)考慮幾個(gè)方面：①塔溫對(duì)吸收效果的影響：一方面，溫度愈低，氣體與甘醇接觸后的氣體平衡露點(diǎn)愈低，脫水效果愈好；另一方面，溫度太低使得甘醇粘度太大影響有效脫水，并容易和氣體內(nèi)的液烴生成穩(wěn)定乳狀液產(chǎn)生泡沫，因而要求不低于22℃

。

氣體平衡露點(diǎn)與溫度的關(guān)系2023/1/1435②塔溫對(duì)處理量的影響：溫度降低，氣體飽和含水量減小，需要脫出的水量減少，可增大氣體處理量。③塔溫對(duì)設(shè)備尺寸的影響：溫度降低，在一定氣體處理量下，可減小塔徑。④水合物問題：溫度應(yīng)大于水合物生成溫度。⑤甘醇的蒸發(fā)損失問題：溫度愈高，甘醇蒸發(fā)損失愈大。塔溫一般要求不得高于49℃，否則將導(dǎo)致甘醇蒸發(fā)損失過大。⑥塔溫的大小受原料氣溫度的制約。如果原料氣溫度高，需經(jīng)冷卻后進(jìn)塔，帶來冷凝負(fù)荷、設(shè)備投資和操作運(yùn)行成本的增大。

因此，吸收塔溫度的確定應(yīng)綜合考慮原料氣溫度、冷凝能耗、投資、脫水效果和操作運(yùn)行成本，從中尋優(yōu)。推薦吸收塔溫為27～38℃。2023/1/1436（3）甘醇貧液進(jìn)塔溫度

甘醇貧液進(jìn)塔溫度的確定應(yīng)考慮兩個(gè)方面：①蒸發(fā)損失問題：貧液進(jìn)塔溫度過高，甘醇蒸發(fā)損失增大，要達(dá)到要求的氣體露點(diǎn)降不得不增大甘醇循環(huán)量。

②發(fā)泡問題：貧液溫度不能低于出塔氣體溫度，否則氣液接觸時(shí)氣體驟冷會(huì)析出液烴，造成甘醇發(fā)泡。甘醇貧液進(jìn)塔溫度一般高于出塔氣體溫度5℃左右。

2023/1/1437（4）甘醇濃度

①貧液濃度：直接影響干氣露點(diǎn)，在甘醇循環(huán)量和吸收塔塔板數(shù)一定的情況下，貧液濃度愈高，干氣露點(diǎn)愈低。②富液濃度：塔底富液濃度對(duì)吸收塔底部的脫水效果有影響，不能過低，而且富液濃度過低會(huì)增大重沸器熱負(fù)荷。一般控制貧、富液濃度差小于6%。

氣體平衡露點(diǎn)與甘醇濃度的關(guān)系2023/1/1438（5）甘醇循環(huán)量

以從氣體中脫出單位質(zhì)量水所需要的甘醇體積數(shù)來表示甘醇循環(huán)量，單位為L(zhǎng)／kg。循環(huán)量的大小會(huì)影響到兩方面：

①氣體的露點(diǎn)降：在吸收塔塔板數(shù)和甘醇貧液濃度一定的條件下，甘醇循環(huán)量愈大，氣體的露點(diǎn)降愈大

。

②重沸器的熱負(fù)荷：重沸器的熱負(fù)荷正比于甘醇循環(huán)量。即甘醇循環(huán)量愈大，重沸器的熱負(fù)荷愈大。因此，在滿足所需脫水深度的前提下，循環(huán)量應(yīng)愈小愈好。近代大型脫水裝置的循環(huán)量已減少到17L／kg，小型裝置多數(shù)為25L／kg，最大不應(yīng)超過59L／kg。

2023/1/14393、閃蒸分離器閃蒸分離器的作用是從甘醇富液內(nèi)分出烴蒸氣和凝析油。否則含烴甘醇直接進(jìn)入低壓再生塔內(nèi)將閃蒸出大量烴蒸氣，增大再生過程的甘醇損失，甚至破壞陶瓷填料。閃蒸分離器的操作壓力大多為0.24~0.34MPa，操作溫度為75.93℃，停留時(shí)間為15～30min。

2023/1/14404、過濾器甘醇溶液往往采用織物過濾器和活性炭過濾器進(jìn)行過濾。

織物過濾器由布、紙或玻璃纖維織物為過濾介質(zhì)，用來除去甘醇溶液內(nèi)大于5μm的固體顆粒，以防止甘醇泵磨損、甘醇發(fā)泡、吸收塔和再生塔污染、重沸器火管產(chǎn)生局部過熱點(diǎn)、金屬腐蝕等問題。

活性炭過濾器主要是用于清除甘醇溶液內(nèi)含有的液烴、泵和壓縮機(jī)等增壓設(shè)備的潤(rùn)滑油，以及流程上游注入的各種化學(xué)劑等雜質(zhì)。2023/1/14415、再生塔1）類型再生塔大多采用填料塔，充填1.2～2.4m高的陶瓷或不銹鋼填料，甘醇循環(huán)量愈大需要的填料高度愈大。大型裝置有時(shí)也采用板式塔。2）結(jié)構(gòu)再生塔由再生段和頂部冷卻盤管兩部分組成。頂部冷卻盤管以甘醇富液為冷劑，為塔頂提供冷量，產(chǎn)生塔頂回流、減少甘醇蒸發(fā)損失。3）塔徑再生塔塔徑與甘醇流量有關(guān)，甘醇流量愈大、塔徑愈大。經(jīng)驗(yàn)公式為：

單位：m單位：L/min2023/1/14424）溫度富液進(jìn)塔溫度一般控制在95～149℃之間。富液進(jìn)塔溫度愈高，再生效果愈好，而且重沸器熱負(fù)荷愈小。塔頂溫度由塔頂冷卻盤管中甘醇富液流量來控制，塔頂溫度要適宜。塔頂溫度過高則甘醇蒸發(fā)損失大；溫度過低則回流量過大，塔溫降低，影響貧液濃度，增加重沸器負(fù)荷。一般情況下，塔頂溫度控制在98～99℃，有汽提氣時(shí)塔頂溫度可降至88℃左右。

2023/1/14436、重沸器重沸器熱負(fù)荷由四部分組成：①富液加熱至再生溫度所需熱量；②富液內(nèi)水蒸發(fā)所需的熱量；③塔頂回流再蒸發(fā)所需的熱量；④塔的散熱損失。塔的散熱損失和塔的大小有關(guān)，通常為5.3～21MJ／h。為減少散熱損失，塔下半部分應(yīng)有保溫層；為產(chǎn)生塔頂回流，塔上半部分常裸露。

重沸器的加熱方式有兩種：直接式加熱或以油、過熱蒸汽為熱媒的間接式加熱。重沸器溫度的確定應(yīng)考慮兩個(gè)方面：①重沸器溫度對(duì)甘醇濃度的影響：溫度愈高，甘醇濃度愈大。②甘醇熱穩(wěn)定性：重沸器溫度必須低于甘醇的分解溫度。重沸器溫度一般控制在187～199℃之間。2023/1/14447、甘醇泵甘醇泵的作用是為甘醇貧液提供壓能進(jìn)行甘醇循環(huán)。甘醇泵可采用氣體驅(qū)動(dòng)、富甘醇驅(qū)動(dòng)、或電機(jī)驅(qū)動(dòng)的多缸往復(fù)泵。小型裝置常用塔底流出的富甘醇為動(dòng)力源。每套天然氣脫水裝置需要設(shè)置兩臺(tái)甘醇泵，一臺(tái)運(yùn)行、一臺(tái)備用。條件容許時(shí)，兩臺(tái)甘醇泵可采用不同的動(dòng)力源，以保證裝置的連續(xù)運(yùn)行。

2023/1/1445第三節(jié)固體干燥劑脫水

一、吸附二、吸附過程三、吸附劑種類四、吸附劑的再生五、吸附塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)六、吸附脫水原理流程七、吸附脫水設(shè)計(jì)八、吸附脫水操作參數(shù)2023/1/1446

固體表面對(duì)臨近氣體（或液體）分子存在吸附力，在固體表面可捕捉臨近的氣液分子，這種現(xiàn)象稱吸附。氣體與固體吸附劑接觸時(shí)，有一定量的氣體被吸附。被吸附的氣體，由于熱運(yùn)動(dòng)又會(huì)發(fā)生脫附，脫附速度隨固體表面被吸附氣體量的增加而增大。最后在一定溫度和壓力下，脫附速度和吸附速度相等，便達(dá)到了吸附平衡。在平衡條件下，單位質(zhì)量吸附劑吸附物質(zhì)的多少，稱平衡吸附量，簡(jiǎn)稱吸附量。

一、吸附

2023/1/1447吸附量的大小與溫度和壓力有關(guān)。如圖，CO2在木炭上的等溫吸附線?？梢?，吸附量隨溫度的升高而減小，隨吸附質(zhì)在氣相中分壓的增大而增大。吸附劑的這種性質(zhì)表明，高壓、低溫有利于吸附。2023/1/1448在氣體脫水工業(yè)中，吸附量的大小以濕容量表示，是指每100g吸附劑吸附水蒸汽的克數(shù)。

濕容量又分為靜態(tài)平衡濕容量和動(dòng)態(tài)平衡濕容量。處于靜止條件下測(cè)定的吸附劑的吸附量稱靜態(tài)平衡濕容量；處于流動(dòng)條件下測(cè)定的吸附劑的吸附量稱動(dòng)態(tài)平衡濕容量。動(dòng)態(tài)濕容量約為靜態(tài)濕容量的40～60％。

吸附劑濕容量隨使用時(shí)間延長(zhǎng)而降低，開始時(shí)濕容量降低很快，之后降低緩慢，最終降低至某一很低的水平上，失去脫水能力而更換。因而，吸附劑脫水設(shè)計(jì)中一般取70％動(dòng)態(tài)平衡濕容量為設(shè)計(jì)濕容量，稱為有效濕容量。

2023/1/1449根據(jù)吸附力的不同，吸附分為化學(xué)吸附和物理吸附兩種。

若氣體和固體原子間以某種化學(xué)鍵結(jié)合、形成新的物質(zhì)并以單層分子形式附著于固體表面上，稱化學(xué)吸附，多數(shù)為不可逆過程。若氣體和固體間依靠范德華力，使固體表面形成多層被吸附的氣體分子，稱物理吸附，是可逆過程。逆過程稱為再生、活化或脫附。

固體干燥劑脫水屬于物理吸附。2023/1/1450二、吸附過程

吸附裝置為固定床吸附塔，即在立式圓柱筒體內(nèi)充填多孔性固體吸附劑。塔頂為濕氣進(jìn)口，塔底為干氣出口。

1、單組分的吸附過程

如圖，流出吸附床的氣體水濃度隨時(shí)間而變化。開始水濃度極低，tB時(shí)刻水濃度開始增加，最終床出口氣體水濃度與進(jìn)口相等。tB稱為吸附過程的轉(zhuǎn)效點(diǎn)，相應(yīng)的水濃度CB為轉(zhuǎn)效點(diǎn)濃度，濃度隨時(shí)間變化曲線稱轉(zhuǎn)效曲線。

2023/1/1451

可見，吸附床層從開始吸附到停止使用而再生，在吸附過程的不同時(shí)期，吸附床層的吸附情況是不同的。吸附中期吸附床層的吸附情況如圖，陰影部分為吸附傳質(zhì)段，吸附劑仍然有吸附脫水作用；吸附傳質(zhì)段上方為飽和吸附段，吸附劑已被水飽和；吸附傳質(zhì)段下方為未吸附段，吸附劑尚未吸附水汽。隨含水氣體不斷通過吸附床，吸附傳質(zhì)段不斷向下移動(dòng)，當(dāng)傳質(zhì)段前邊線達(dá)到床層出口端，即吸附過程轉(zhuǎn)效點(diǎn)達(dá)到出口端時(shí)，流出床層的氣體中，水濃度開始迅速上升。

未吸附段2023/1/14522、多組分的吸附過程吸附劑在吸水的同時(shí)也能吸附甲醇、硫化氫、硫醇、二氧化碳和烴類。根據(jù)吸附質(zhì)和吸附劑親和力的強(qiáng)弱，優(yōu)先吸附的順序?yàn)椋核?、甲醇、硫化氫和硫醇、二氧化碳，之后為烴類。烴類按分子量大小排序，由重到輕。按吸附順序各組分轉(zhuǎn)效曲線沿床長(zhǎng)的分布如圖所示。

2023/1/1453三、吸附劑種類

用于天然氣脫水的吸附劑主要有三種：硅膠、活性氧化鋁和分子篩。1、硅膠主要成分為SiO2，含微量Al2O3和水。用于脫水的硅膠有粉狀、圓柱條狀和球狀三種，并有細(xì)孔（20～40?，600～700m2／g）和粗孔（80～100?，300～500m2／g）之分。缺點(diǎn)：①與液態(tài)水接觸易炸裂，因此除盡量防止液態(tài)水外，通常需要在氣體進(jìn)口處加一層不易為液態(tài)水破壞的吸附劑。②若氣流內(nèi)存在防腐劑，由于硅膠的再生溫度（195℃）不足以使防腐劑脫附，造成防腐劑在硅膠上結(jié)焦，影響脫水效果。③易于為液態(tài)烴堵塞。

2023/1/14542、活性氧化鋁主要成分為Al2O3，并含有少量其他金屬化合物（Na2O、Fe2O3等）和水?；钚匝趸X也有細(xì)孔（約72?）和粗孔（120～130?）之分，商用活性氧化鋁做成粒徑3～7mm的球狀和圓柱條狀?；钚匝趸X的比表面積210～350m2／g。缺點(diǎn)：①處理酸性天然氣時(shí)，氧化鋁能促使H2S與氣體生成COS。吸附劑加熱再生（195～350℃）時(shí)，吸附床內(nèi)殘留固態(tài)硫，造成堵塞，影響正常脫水。②易于為液態(tài)烴堵塞。

2023/1/14553、分子篩

分子篩是一種人工合成的堿金屬或堿土金屬的硅鋁酸鹽晶體。其分子式的通式為：SiO2分子數(shù)與Al2O3分子數(shù)之比稱為硅鋁比，在數(shù)值上等于x。1）分子篩的類型根據(jù)硅鋁比的不同，分子篩分為三種類型：A型（硅鋁比為2），X型（硅鋁比為2.5）和Y型（硅鋁比為3~6）。對(duì)于相同的類型（即硅鋁比相同），形成分子篩的金屬離子不同，分子篩的孔徑不同，在幾到十幾個(gè)?。天然氣脫水常用4?和5?分子篩，其比表面積為700～900m2／g。4?分子篩的再生溫度268～323℃。2023/1/14562）分子篩的吸附特性①選擇吸附性：分子篩的孔徑小于硅膠和活性氧化鋁的孔徑，只有分子直徑小于篩孔直徑的氣體分子才能進(jìn)入篩孔內(nèi)被吸附，因此分子篩的吸附具有很強(qiáng)的選擇性。②優(yōu)選吸附性：分子篩表面具有大量較強(qiáng)的局部電荷，為極性物質(zhì)。因而，對(duì)于那些能夠進(jìn)入篩孔內(nèi)的分子，其優(yōu)先吸附其中極性強(qiáng)的分子。水是強(qiáng)極性分子，所以分子篩是干燥脫水的優(yōu)良吸附劑。

2023/1/1457③高效吸附性：分子篩的高效吸附性主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：

如圖，三種吸附劑的濕容量與相對(duì)濕度的關(guān)系?？梢?，相對(duì)濕度愈小，濕容量愈小。但當(dāng)相對(duì)濕度較低時(shí)分子篩仍有很好的吸附性能。

如圖，三種吸附劑的濕容量與溫度的關(guān)系。可見，溫度愈高，濕容量愈?。坏?dāng)溫度較高時(shí)分子篩仍有很好的吸附性能。2023/1/14584、吸附劑對(duì)比和選擇吸附劑的選擇通常主要是考慮價(jià)格、工藝條件和脫水要求等方面：①硅膠與分子篩的價(jià)格相差不多，氧化鋁的價(jià)格約為分子篩的一半。②分子篩的設(shè)計(jì)濕容量為其他兩種吸附劑的2倍，即相同脫水量下分子篩的用量為其他兩種吸附劑的一半。③分子篩脫水能達(dá)到最小露點(diǎn)，遠(yuǎn)低于其他兩種吸附劑。④硅膠和活性氧化鋁對(duì)組分氣體的吸收選擇性較分子篩差。⑤液烴對(duì)三種吸附劑都存在堵塞問題，但分子篩對(duì)堵塞的敏感性最差。⑥相對(duì)濕度愈大，濕容量愈大,而且在相對(duì)濕度較高時(shí)，硅膠和氧化鋁的濕容量高于分子篩，所以硅膠和氧化鋁適用于氣體水含量較大的場(chǎng)合。⑦分子篩在相對(duì)濕度較小時(shí)有較高濕容量，因此適用于氣體深度脫水，要求干氣露點(diǎn)很低的場(chǎng)合。比如天然氣冷凝法輕烴回收之前必須用分子篩脫水。⑧隨溫度升高，分子篩濕容量的降低相對(duì)較慢，故必須在較高溫度下脫水時(shí)，應(yīng)采用分子篩。2023/1/1459四、吸附劑的再生

吸附劑的再生是為了除去吸附質(zhì)，恢復(fù)吸附劑活性。吸附劑的再生過程就是吸附劑的脫附過程。工業(yè)上常用的再生方法是升溫脫附，因?yàn)闇囟扔?，濕容量愈小。通常是用脫過水的天然氣作為再生氣體，將其加熱到一定高溫，從塔底進(jìn)入，自下而上穿過整個(gè)床層，利用再生氣所具有的高溫使吸附劑在吸附過程中所吸附的水分汽化，并被再生氣攜帶從頂部出塔。脫附完成后，吸附床層的溫度很高，不利于吸附。因此需要用冷干氣進(jìn)行冷卻，這一過程稱為冷吹。冷卻后的塔方可進(jìn)行吸附操作。再生氣和冷吹氣都是從塔底進(jìn)入，這樣可以確保在吸附操作中未吸附脫水的床層區(qū)域在再生操作中沒有含水氣流通過，使吸附床層底部的吸附劑得到完全再生。2023/1/1460五、吸附塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)支撐隔柵：支撐吸附劑和瓷球重量。瓷球：使氣流比較均勻分布，再生時(shí)頂部瓷球還有壓住吸附劑、防止吸附劑被吹跑的作用。支撐隔柵上的絲網(wǎng)：防止瓷球和吸附劑漏下。吸附劑床層上的浮動(dòng)絲網(wǎng)：防止吸附劑漏出。2023/1/1461六、吸附脫水原理流程

為保證連續(xù)生產(chǎn)，流程中必須包括吸附、再生和冷吹三道工序?？梢圆捎脙伤鞒袒蛉鞒?。如圖為兩塔流程。

2023/1/1462七、吸附脫水設(shè)計(jì)1、循環(huán)周期吸附周期應(yīng)根據(jù)濕氣中含水量、再生能耗、吸附劑壽命等進(jìn)行綜合確定。吸附周期長(zhǎng)，意味著再生次數(shù)少，吸附劑壽命長(zhǎng)，但床層較長(zhǎng)，固定床投資較高。常見的吸附循環(huán)為8h，也有用16和24h的。若用兩塔流程，吸附時(shí)間要滿足再生和冷卻所需要的時(shí)間，還需要一定的切換等輔助操作時(shí)間。循環(huán)周期還分長(zhǎng)周期和短周期。轉(zhuǎn)效點(diǎn)到達(dá)床出口時(shí)進(jìn)行塔切換的稱長(zhǎng)周期；吸附傳質(zhì)段前邊線達(dá)到床層長(zhǎng)度50～60％時(shí)就進(jìn)行塔切換的稱短周期。要求干氣露點(diǎn)低時(shí)應(yīng)采用短周期。氣體處理量一定時(shí)，短周期意味著需要較多的吸附劑，增大吸附塔的高度。

2023/1/1463循環(huán)周期8h、分子篩再生塔再生和冷吹過程的典型溫度變化如圖。t0——冷氣溫度；t1——冷卻溫度；t2——再生溫度；t3——熱氣溫度；溫差38~44℃溫差11~28℃55~65%35~45%2023/1/14642、吸附塔設(shè)計(jì)氣體壓力和處理量一定時(shí)，塔徑愈大、塔內(nèi)氣流速度愈小則脫水效果愈好，但塔造價(jià)增大。因而，設(shè)計(jì)吸附塔時(shí)應(yīng)在塔徑和氣流速度間作出某種折中，并應(yīng)考慮床層的高徑比。1）氣體最大空塔速度氣體空塔速度過大容易擾動(dòng)床層，并使吸附床壓降增大，壓碎吸附劑顆粒。氣體最大空塔速度的經(jīng)驗(yàn)式為：2）單位床高壓降吸附劑裝填量一定時(shí)，塔徑愈大、壓降愈小。單位床高壓降可用下式表示：

A——常數(shù)，與吸附劑顆粒大小有關(guān)。B、C——常數(shù)，與顆粒大小和形狀有關(guān)。2023/1/14653）床層高度長(zhǎng)周期吸附塔的床層高度有兩部分組成，即飽和區(qū)和傳質(zhì)區(qū)。飽和區(qū)吸附劑用量（質(zhì)量）=氣體脫水量/吸附劑設(shè)計(jì)濕容量（表8-5可查）飽和區(qū)體積=飽和區(qū)吸附劑質(zhì)量/散裝密度（表8-5可查）

飽和區(qū)高度=飽和區(qū)體積/塔截面積

傳質(zhì)區(qū)高度按下式確定：

4）床層高徑比

床層高徑比一定要合適。直徑過大，易產(chǎn)生沿塔截面氣體流速分布不均；直徑太小，則床層高度大，使得床層壓降過大。根據(jù)文獻(xiàn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，推薦L/D=2～2.5，脫水效果良好?！禂?shù)，與吸附劑顆粒大小有關(guān)。2023/1/1466八、吸附脫水操作參數(shù)

合理的吸附脫水操作參數(shù)能夠延長(zhǎng)吸附劑壽命、節(jié)省運(yùn)行能耗和費(fèi)用。原料氣壓力和溫度應(yīng)綜合考慮脫水系統(tǒng)上、下游工藝要求。1、原料氣溫度

原料氣溫度的確定考慮三個(gè)方面：①溫度愈低，原料氣的含水量愈小，吸附負(fù)荷愈低；②溫度愈低，吸附劑的濕容量愈大，吸附效果愈好；③溫度不能低于水合物形成溫度。一般原料氣經(jīng)壓縮、冷卻后溫度控制在38~50℃。多在45℃左右。2023/1/14672、原料氣壓力

原料氣壓力的確定考慮兩個(gè)方面：①壓力愈高，吸附劑濕容量愈大，吸附效果愈好，但壓力對(duì)濕容量的影響比溫度小得多；②后續(xù)工藝所需壓力。因此，吸附操作壓力主要按后續(xù)工藝所需壓力決定。一般原料氣壓力控制在3.4～8.3MPa。在操作中應(yīng)避免原料氣壓力波動(dòng)而擾動(dòng)吸附劑床層。2023/1/1468第四節(jié)脫水方法選擇一、其他脫水方法二、吸收與吸附脫水比較三、天然氣脫水方法的選擇2023/1/1469一、其他脫水方法除上述廣泛應(yīng)用的脫水方法外，還可以采用壓縮、冷卻、CaCl2吸收及膜分離等方法脫除天然氣中的水分。1、低溫分離法由于多組分混合氣體中各組分的冷凝溫度不同，在冷凝過程中高沸點(diǎn)組分先凝結(jié)出來，這樣就可以使組分得到一定的分離?，F(xiàn)在氣田上多采用高壓天然氣節(jié)流膨脹制冷后低溫分離脫出天然氣中一部分水分的方法。在油田伴生氣脫水中采用的膨脹機(jī)制冷脫水也是一種冷分離。該方法流程簡(jiǎn)單，成本低廉?？蛇_(dá)到的水露點(diǎn)略高于其降溫所達(dá)到的最低溫度，同時(shí)滿足烴露點(diǎn)的要求。特別適用于高壓氣體；對(duì)要求深度脫水的氣體，此法也可作為輔助脫水方法，將天然氣中大部分水先行脫除，然后用分子篩法深度脫水。2023/1/14702、氯化鈣法氯化鈣是最早使用的天然氣脫水劑，氯化鈣脫水實(shí)際上包含兩