海洋石油工艺设计手册7-天然气脱水

海洋石油工艺设计手册7-天然气脱水内容摘要：

罐； 4— 三甘醇循环泵 图 2345 汽提再生流程 1— 重沸器； 2— 再生塔； 3— 冷却器； 4— 共沸物分离器； 5— 循环泵； 6— 换热罐 图 2346 共沸再生流程 到目前为止，国外的一些三甘醇吸收脱水装置仍采用汽提再生的方法。 因为汽提气量很少，虽有污染，但不影响达到环保标准。 它的成本低、操 作方便、提浓效果好，是该法的一大优点，所以国内大都使用此法。 3）影响三甘醇的脱水装置的主要因素 影响三甘醇脱水装置操作的主要因素是吸收塔的操作条件，三甘醇贫液浓度，三甘醇循环量，其中三甘醇贫液浓度又是最关键的因素。 只有合理的选择这些条件，才能保证脱水装置的效率。 （ 1）吸收塔的操作条件 吸收塔的操作条件主要指吸收塔的操作压力、操作温度和塔中气液接触情况。 实践表明，吸收塔的操作压力小于 17MPa 时，吸收塔顶流出的干气露点温度基本和吸收塔的操作压力无关。 因此，在确定塔的操作压力时，只需满足系统压力的分配，而 无需考虑对脱水后干气露点的影响。 吸收塔的操作温度对干气露点有影响，因为吸收塔内三甘醇流量很小，气体进塔后经 12块塔板，气液温度即相近，因而，可以认为吸收塔的有效吸收温度等于进料天然气的温度。 温度高，必然导致出口干气含水量高，为了达到设计指定的露点温度，则需要增加三甘醇的循环量，或者提高三甘醇的浓度，导致再生负荷的增大，因此，进塔气体温度最高不应超过50℃ ,对于某些井口温度较高的气田或油气田，则需要在进入分离塔前对冷却气体。 但吸收温度不应低于 10℃，以免三甘醇粘度过大，塔板效率降低，雾沫夹带增多，损失量 变大。 由于与入塔贫甘醇液相平衡的天然气中的平衡含水量是出塔气体所能达到的最低理论水含量，在实际操作中，气液相很难达到完全平衡状态，因而出塔干气的实际露点将比平衡状态下的露点高 811℃，增加甘醇吸收塔的塔板数，可以改善塔中气液接触情况，因而可以增加露点降，使塔顶干气露点更接近气液平衡水露点。 但塔板数增加，势必增加设备投资和装置的运行费用，因而在确定吸收塔的塔板数时，必须综合考虑甘醇浓度，甘醇循环量、设备投资、操作费等因素。 据文献介绍，板式吸收塔若使用圆形泡罩塔板，塔板效率为 2540%时，甘醇吸收塔的塔 板数大多为 610 块。 （ 2）甘醇贫液浓度 进入吸收塔的三甘醇贫液浓度是影响三甘醇脱水效率的关键因素，为了达到较大的干气露点降，就要求较高的甘醇贫液浓度。 图 2347 是吸收塔顶流出的干气平衡水露点温度同进料湿气温度及进吸收塔贫甘醇溶液浓度的关系图。 已知进塔的湿气温度和设计预定的干气露点温度，即可确定必须的贫三甘醇液浓度，若低于此值，无论用多少塔板，多大的三甘醇循环量，吸收塔顶的干气露点温度也达不到预定值。 由于在实际操作中不可能达到气液平衡，需要加上 811℃的温差。 例如进塔气体温度为 25℃，要求的干气露点 温度为 25℃，从图 2347可以读出达到平衡时需要的三甘醇贫液浓度为 99%（质）。 由于不可能达到平衡，加上 10℃的温差，要求平衡时的干气露点温度为 35℃，从图上可查出必须的三甘醇贫液浓度是%(质 )，这样，才能保证干气露点温度是 25℃。 图 2347 吸收塔温度、进塔 TEG 贫液浓度和出塔甘气平衡露点关系 （ 3）三甘醇的循环量 三甘醇的循环量的确定必须考虑吸收塔进口处三甘醇的浓度、塔盘数（或填料高度）和要求的露点降。 《天然气脱水规范》（ SY/T 00762020）推荐：每吸收 1kg 水所 需要三甘醇量为 ～ m3,GPSA SI VERSION (1998 年 )推荐，最经济的三甘醇循环流率为 15L（甘醇）/kg(水 ) ～ 40L(甘醇 )/kg(水 )。 实际操作中，三甘醇用量总是稍大一些，这是为了适应操作参数的变动而留有余地，但是通常小于 60 升。 要确定三甘醇的循环量，一般做法是在一定的气体组成、温度、压力下，根据设计规定的干气露点温度（加上 10℃的温差），查图 2347，确定必需的贫三甘醇浓度，然后根据三甘醇贫液浓度，确定甘醇的循环量。 如果用汽提也达不到这个浓度，就应该降低吸收 温度（例如通过预冷），或者降低对干气露点温度的要求。 如果温度、压力、贫三甘醇的浓度、实际塔板数都已经确定，一味的增加三甘醇的循环量也不能提高露点降，图 2348 可以说明这种情况。 由该图可见，当循环量超过一定值时，曲线趋于平缓，即再增加溶液循环量，露点降变化不大。 图 2348 三甘醇溶液循环量、贫甘醇溶液浓度和露点降的关系 三甘醇循环量和吸收塔理论塔板数的关系可用常规公式表示： 11101 11   nnnn A AAyy yy （ 2321） KVLA （ 2322）  WK  （ 2323） 式中 1ny — 进塔原料气中水的摩尔百分数 1y — 出塔干气中水的摩尔百分数 0y — 出塔干气与进塔贫三甘醇溶液处于气液平衡时干气中水的摩尔百分数， 10 yy  ，00 Kxy  K — 水相平衡系数 0W — 原料气中水汽量， kg/106m3(， 0℃ )  — 水的活度系数 L — 贫三甘醇的循环量， kmol/h V — 气体处理量， kmol/h N — 吸收塔的理 论板数 0x — 进塔贫甘醇中的水的摩尔百分数。 该式也可以用图 2349 表示。 图 2349 TEG 循环量和理论塔板数的关系 吸收温度为 27℃和 38℃时，在吸收塔的理论板数为 、 时，三甘醇循环量和露点降的关系见图 2350、图 2351。 （ 4）提高露点降的措施 综合上述内容可知，采取降低吸收塔的操作温度（即降低吸收塔入口天然气的温度）、增加吸收塔的塔板数或填料高度、提高贫甘醇的浓度等措施，可以得到较高的露点降。 4）三甘醇脱水系统的主要 设备 由图 2344 可知，三甘醇脱水系统的主要由高压吸收系统和低压再生系统组成。 高压吸收系统的主要设备有： （ 1）进口气涤器（或过滤分离器） 原料气一般都含有液体或固体杂质，这些杂质会给吸收塔的操作带来很多问题。 因此在原料气进入吸收塔之前，必须将这些杂质分离出来。 这些杂质对三甘醇脱水的影响如下：  游离水的存在导致三甘醇循环量增加，从而引起重沸器的热负荷、燃料气的用量增加；  溶解于三甘醇中的烃液或油（芳香烃和沥青胶质）会降低三甘醇的脱水能力，并引起三甘醇溶液起泡。 不溶于三甘醇的烃液或油还会堵塞塔板，使重 沸器的传热表面结焦，并使三甘醇的粘度增加；  含盐量高的游离水溶于三甘醇后将会腐蚀设备，且水蒸气蒸发出去后，盐分会沉积在重沸器的火管表面形成垢，影响传热。 而且还可能使火管表面产生热斑（或局部过热）甚至烧穿；  化学药剂如缓蚀剂、酸化及压裂液等可使甘醇溶液起泡，并有腐蚀性。 如果沉积在火管表面，也可能会产生热斑；  固体杂质也会引起甘醇溶液起泡，侵蚀阀门和泵等设备，并可堵塞塔板或。