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天然气脱水工艺

1、为什么要脱水？

2、乙二醇脱水的基本原理是什么？

3、塔中I号带为什么采用乙二醇，而不采用甲醇？

4、塔中I号带采用丙烷制冷脱水，为什么不采用节流制冷或三甘醇脱水？

5、乙二醇脱水装置操作中，采取哪些措施可以保持溶液清洁？

6、乙二醇的凝固点为-12.6℃，为什么低温分离器处温度达-22 ℃ 却没有凝固？

7、乙二醇有哪些消耗，如何克服？

8、为什么要对乙二醇进行再生？

一、天然气工艺简介

二、脱水的原因

三、脱水的方法

四、脱水工艺介绍

五、低温脱水工艺注意事项

六、天然气水合物及其防治

七、乙二醇再生

一、天然气工艺简介

天然气净化厂构成净化厂的构成主要由主体工艺装置、辅助工艺装置和公用工程三部分组成。工厂平面布置图和各部分的具体组成和功能介绍如下：

1、主体工艺装置

净化厂的主体工艺单元主要由脱硫单元、脱水单元、硫磺回收单元及尾气处理单元等构成。

(1)脱硫单元

天然气脱硫目的是脱除H₂S和部分CO₂和有机硫。这是天然气净化工艺的核心部分，其脱硫方法类别特别多，但主导工艺是醇胺法。

（2）．脱水单元

与天然气脱硫相比，脱水方法的类别要简单得多。脱水目的是为了防止天然气在输送、加工处理过程中有水冷凝出来进而带来腐蚀问题，同时也可防止水合物、冰生成堵塞管线和设备。

(3) 硫磺回收单元

天然气净化领域内硫磺回收通常系指克劳斯工艺。通过该工艺，可以把天然气中脱除下来的酸气通过克劳斯反应，使H₂S转化为元素硫，从而充分回收利用了宝贵的硫资源，同时也达到了保护环境的目的。

(4) 尾气处理单元

部分硫磺回收装置排出的尾气有时可能含高达百分之几的含硫物，直接外排导致环境污染，因此必须建设尾气处理装置，把尾气中硫化物吸收掉，达到环境排放标准。

2、辅助工艺装置

辅助工艺装置是为了保证净化厂正常运行、检修、事故处理而设置的一些附属设施，通常包括硫磺成型单元、火炬及放空单元等。

(1) 硫磺成型单元

来自硫磺回收装置的液硫进入液硫中间罐，用液硫泵抽出，送至硫磺成型设备，经冷却、固化生产出合乎要求的固体硫磺产品。

(2)火炬及放空单元

本单元是保障工艺装置在开、停车以及紧急事故情况下排出原料气、净化气、酸气以及处理工厂排出的污油、分液罐的排出液。一般分别设有高压天然气放空系统和低压酸气放空系统，同时设置有火炬。

3、公用工程

公用工程是指除主要生产装置以外的公用工程装置和辅助生产设施，如变配电所、循环水、空分、仪表空压站、三修（机、电、仪表维修）、原料和成品仓库、消防站等。

从专业上分为：给排水、热工、电气、自控、电讯、采暖通风、化学分析、环保、工业安全与卫生等。

二、脱水的原因

自储集层中采出的天然气及脱硫后的天然气中，一般都含有水气（饱和水、游离水）。

绝对含水量：单位体积天然气中含有的水气量，又称天然气绝对湿度，单位为mg/m³。

天然气中所含有的饱和水蒸气量统称为天然气水含量，而将在天然气中呈液相存在的水称为游离水或液态水。

天然气水露点：天然气在一定压力下水蒸气开始冷凝结露的温度。

水是天然气中有害无益的组分，它们的存在对天然气处理带来许多危害：

①天然气中水的存在．降低了天然气的热值和输气管道的输送能力；

②当温度降低或压力增加时．天然气中的水会呈液相析出，在管道或设备中积液，不仅增加流动压降，甚至形成段塞流，还会加速天然气中酸性组分对管道和设备的腐蚀；

③液态水不仅在冰点时会结冰，而且，即使在天然气的温度高于水的冰点时，液态水还会与天然气中的一些气体组分形成冰雪状的固体水合物，严重时堵塞井筒、阀门、管道和设备，影响输气管道的平稳供气和生产装置的正常运行。

因此，天然气中的水含量和天然气水合物的形成条件，无论对于天然气开采、集输还是处理、加工，都是十分重要的。

三、脱水的方法

天然气脱水工艺一般包括：低温脱水，溶剂吸收法脱水，固体吸附法脱水等。

低温脱水法：该法是利用高压天然气节流膨胀降温或换热降温而使部分水冷凝脱除。

溶剂吸收法：

利用某些液体物质不与天然气中的水分发生化学反应，只对水有很好的溶解能力且溶水后蒸气压很低，可再生和循环使用的特点，将天然气中水汽脱出。使用最多的是甘醇类物质，而其中尤以三甘醇作吸收剂最佳。

固体吸附法：

利用某些固体物质表面孔隙可以吸附大量水分子的特点来脱除天然气中的水分，可将水脱至0.1ppm或露点达到-100℃。这些固体吸附剂被水饱和后，易于再生。常见的吸附剂有硅胶，活性氧化铝和分子筛。而其中最常用的分子筛脱水最广泛，技术最成熟。

膜法脱水：

根据膜对天然气中水汽的优先选择渗透性，当天然气流经膜表面时，水汽优先透过膜而被脱除掉，从而达到分离的目的。分离效率受膜材料、气体、组成、压差等因素的影响，是一种动力学分离过程。与传统的脱水方法相比,它具有以下几方面的优点:

①工艺简单,操作容易，占地面积小；

②不需要额外加入溶剂，不需再生，无二次污染;

③可利用天然气本身的压力作为推动力，几乎没有压力损失;

④操作弹性大，可通过调节膜面积和工艺参数来适应处理量

的波动。

天然气水合物及其防治

一、天然气水合物(Hydrates )结构

天然气水合物也叫水化物，它是由非极性或弱极性气体分子与接近冰点的水接触，水分子靠氢键作用将形成有别于冰晶格的笼形晶格并将气体分子包络其中。

水合物具有多面体笼性结构

构成水合物的分子主要有：水分子、甲烷、乙烷、二氧化碳等弱极性分子

二、水合物形成条件

1、含过饱和水汽或液体水

2、足够低温度，足够高压力

3、压力波动，气流突变和晶种存在

天然气水合物有个存在的最高临界温度，超过此温，再大压力也无法使水化物生成。

三、天然气水合物的防止措施

1、在给定温度、组分的天然气，降压至最低形成压力以下。

2、在给定压力、组分的天然气，保持温度在水合物形成温度以上。

3、降低天然气湿度、水露点，即脱水。

4、加入水合物抑制剂如CaCl2、乙二醇等。

乙二醇再生

乙二醇，又名甘醇、乙撑亚胺、MEG、1,2-乙二醇

1、结构简式：HO-CH₂-CH₂-OH
分子式： C₂H₆O₂
相对分子质量：62.07 (按1997年国际原子质量)

乙二醇在常温下为无色、无臭、有甜味的粘稠液体。比重1.1132，沸点197.2℃，凝固点-12.6℃，闪点116℃，自燃点412℃，爆炸极限上限3.2%～15.3%（体积）。易吸湿，能与水、乙醇和丙酮混溶，能大大降低水的冰点，微溶于乙醚。

天然气处理过程中，含有饱和水的天然气随温度的降低会形成固态水合物。在原料天然气预冷前须注入水合物抑制剂，抑制剂的种类很多，有甲醇、乙二醇、二甘醇、氯化钙水溶液等，但是由于乙二醇挥发性低，易于与所吸收的水分离，在天然气浅冷装置中, 基本上都使用乙二醇作为抑制剂,防止水合物的形成，从而保证脱水脱烃过程的顺利进行。

水合物抑制剂—甲醇

特点：可用于任何操作温度下的天然气管道设备，但沸点低，操作温度较高时气相损失大，多用于低温场合，可用于溶解已有的水合物。

适用情况： ① 气量少，不宜采用脱水方法；②采用其它抑制剂时用量多，投资大；③在建设正式厂、站之前，使用临时设施的地方；④水合物形成不严重，不常出现或季节性出现；⑤只是在开工时将甲醇注入脱水系统中，以抑制水合物形成的地方；⑥管道较长（例如超过1.5km）需考虑对下游流程的影响：如分子筛、三甘醇

水合物抑制剂——乙二醇

特点：无毒，沸点远高于甲醇，在气相中的蒸发损失少，一般可回收循环使用，较甲醇投资费用高，但操作费用较低，适用于气量大而又不宜采用脱水方法的场合，但不能用于解堵。使用注意： ①必须以非常细小的液滴注入到气流中 ②当有液烃存在时，操作温度过低会使甘醇水溶液和液烃分离困难 ③操作温度低于0 ℃时需考虑甘醇水溶液“凝固”问题，最好保持其质量分数60% ～70%。

再生工艺原理

1、利用三相分离器对乙二醇富液中携带的轻烃进行三相分离，脱除绝大部分烃类，并对富液进行缓冲；

2、利用机械过滤器和活性炭过滤器脱除富液中的固体杂质及降解产物；

3、根据乙二醇和水的沸点不同，利用精馏原理脱除乙二醇中的水分和残余不凝气体，使乙二醇达到注醇质量要求。

4、利用贫/富液换热器使贫液温度下降，富液温度提高，充分利用热能

5、利用醇烃液加热器加热富液，便于烃同乙二醇的分离。

常见问题

1、贫液浓度超标

再生塔底温度低, 水不能有效的蒸发出来, 造成浓度偏低;

乙二醇喷注量过大,造成乙二醇再生塔负荷大, 影响再生效果, 造成浓度低。

回流量大，塔顶温度低

2、塔顶损耗大

再生塔底温度高, 造成乙二醇大量蒸发;

回流量小，塔顶温度高，无法将水蒸气携带的乙二醇冷凝

3、乙二醇发泡, 其原因是:

乙二醇受到污染时容易发泡, 由于天然气中含有的烃液、盐类、固体碳及容器内壁腐蚀的杂质等被乙二醇吸收后, 形成活性物质而造成乙二醇发泡;
在三相分离器中轻烃和乙二醇分离时由于分离时间短和操作温度低, 造成分离效果不好而发泡。

乙二醇再生塔带压, 甚至发生冲塔事故, 其原因是:

乙二醇塔顶温度过低, 水蒸发不出去, 再次冷凝下来, 淹泛塔的填料, 使再生塔内充满液体, 造成乙二醇再生塔带压, 从而把乙二醇从塔顶随水蒸汽带出, 严重时造成喷塔;
三相分离器分离效果差, 大量轻烃随乙二醇一起进入再生塔, 造成喷塔;
乙二醇闪蒸效果不好, 大量轻烃闪蒸不出去, 造成再生塔进料中轻烃含量高而带压,严重时喷塔。