天然氣脫水技術探索

崔向陽

（遼河油田石化輕烴廠，遼寧 盤錦 124011）

天然氣從地層采出至消費的各個處理環節，水是最常見的雜質組分，通常處于飽和狀態。處于液相狀態的水，在天然氣的集輸過程中，通過分離器就可以從天然氣中分離出來。但天然氣中含有的飽和水汽，不能通過分離器分離。一般認為天然氣中的水分只有當它以液態存在才是有害的，因而工程上常以露點溫度來表示天然氣中的水含量。露點溫度是指在一定壓力下，天然氣中水蒸氣開始冷凝而出現液相的溫度。

1 天然氣中液相水存在的危害

水在天然氣中的溶解度隨壓力升高或溫度降低而減小，因而對天然氣進行壓縮或冷卻處理時，要特別注意估計其中的水含量，因為液相水的存在對處理裝置及輸氣管線是十分有害的。

1.1 冷凝水的局部積累將限制管線中天然氣的流動，降低輸氣量，而且水的存在(不論氣相或液相)使愉氣增加了不必要的動力消耗，也給有關處理裝置(如輕烴回收裝置)上的機泵和換熱設備帶有一系列棘手的問題。

1.2 液相水與二氧化碳或與硫化氫相混合即生成具有腐蝕性的酸，天然氣中酸氣含量愈高，腐蝕性也愈強。硫化氫不僅會引起常見的電化學腐蝕，它溶于水生成的HS－能促使陰極放氫加快，而且HS－又能阻止原子氫結合為分子氫，這樣就造成大量氫原子聚集在鋼材表面，導致鋼材氫鼓泡、氫脆及硫化物應力腐蝕、破裂。此時，管道必須采用價格昂貴的特殊合金鋼，但如天然氣中不含游離水則可以用普通碳鋼，大大節約了成本。

1.3 處理含水天然氣經常遇到的另一個棘手問題是，其中所含水和小分子氣體及其混合物可能在較高的壓力和較低溫度的條件下，生成二種外觀類似冰的固體水合物，可能導致輸氣管線或其他處理設備堵塞，給天然氣的凈化、儲運造成很大困難。

因此，天然氣一般都應先進行脫水處理，使之達到規定的指標后才進入輸氣干線。各國對管輸天然氣中水分含量的規定有很大不同，這主要由地理環境而定。含水量指標有“絕對含水量”和“露點溫度”兩種表示法，前者指單位體積天然氣中水的含量，以kg/m3為單位;后者指一定壓力下，天然氣中水蒸氣開始冷凝結露的溫度，用℃表示。通常管輸天然氣的露點溫度應比輸氣管線沿途的最低環境溫度低5℃以上。

2 天然氣脫水的方法

有一系列方法可用于天然氣脫水，并使之達到管輸要求。按其原理可分為冷凍分離法，固體干燥劑吸附法和溶劑吸收法三大類。近年來國外正在大力發展用膜分離技術進行天然氣脫水，但目前在工業上還應用不多。

2.1 冷凍分離法

通過將天然氣冷卻，使其中大部分水蒸氣冷凝出來。

從天然氣的最大體積含水量與壓力、溫度的關系中可知，當壓力一定時，天然氣的含水量與溫度成正比，所以含一定量水蒸氣的天然氣，當溫度降低時，天然氣中的水蒸氣就會凝析出來，這就是低溫分離法的原理，具體方法有如下兩種。

2.1.1 膨脹冷卻法。利用天然氣本身壓力節流膨脹而降溫，使部分水蒸氣冷卻凝析出來。膨脹降溫時為防止凍結，應在節流降溫前注入乙二醇或二甘醇。此法簡單、經濟，但脫水深度不夠深，只適用于井場初步脫水，且適應于高壓氣田。

2.1.2 加壓后冷卻。將天然氣(一般指壓力較低的天然氣)加壓后再冷卻，由于天然氣的含水量隨壓力的升高而降低，隨溫度降低而降低，經加壓、冷卻后，天然氣中的水蒸氣就凝結為液態水析出。

2.2 固體干操劑吸附法

利用固體干燥劑對水蒸氣的吸附能力，將天然氣中的水蒸氣吸附下來，固體干燥劑喪失能力后，用高溫氣流對干燥劑進行再生，再生的干燥劑重復利用。

2.3 溶劑吸收法

利用溶劑或溶液對水蒸氣的吸收能力，將天然氣中的水蒸氣吸收下來。吸收水蒸氣后的溶劑或溶液(生產上稱為富液)經再生后，溶劑或溶液可循環使用。這是目前夭然氣工業中應用最普遍的脫水方法。

3 三甘醇脫水工藝

來自凈化氣氣液分離罐的脫酸氣體匯合后作為三甘醇脫水塔的進料。高壓三甘醇脫水塔裝有填料讓高純三甘醇與天然氣進行逆流親密接觸，高純度三甘醇吸收天然氣中的水汽，達到-15℃的水露點。三甘醇的純度是脫水塔中水露點控制的一個最關鍵的因素。干燥后的氣體離開脫水塔進人凈化氣氣液分離罐，氣液分離罐可以保護下游的產品氣管線免受三甘醇吸收塔的擾動，而且可幫助收集從吸收塔頂出來的凈化氣中攜帶的三甘醇。

來自脫水塔的富三甘醇被送到閃蒸罐。三甘醇進行閃蒸分離出其中溶解的天然氣。這些閃蒸出來的天然氣被送到焚燒爐進行燃燒并回收熱量產生高壓蒸汽。三甘醇閃蒸罐也用來收集和脫除可能從凈化氣中帶出和聚積的烴類。輕烴被定期排至液烴排污罐。三甘醇閃蒸罐裝有液位控制器以便在循環流量不穩定時進行調節。閃蒸后的三甘醇先流經過濾器除去固體顆粒(比如:鐵銹)，然后再進入活性炭過濾器脫除可能聚積并危害整個操作系統的烴物質。過濾后的三甘醇流入貧/富換熱器中被貧三甘醇預熱后進入再生塔。

預熱后的富三甘醇流經再生塔的散裝填料然后進入再沸器。三甘醇進入一個釜式的再沸器，利用高壓蒸汽(2.8MPa)加熱脫除其中的水和烴類。為更有效的脫除富三甘醇中的水和烴類，富三甘醇被加熱到剛好低于其降解溫度(204℃)。從三甘醇再沸器出來的氣體向上流經再生塔與進口的富三甘醇逆流接觸。再沸器的上部裝有冷卻翅片用作冷卻器以便回流，從而把三甘醇的損失降至最小。回流的液體流經散裝填料到達富三甘醇進口處。再生塔出來的氣體進人焚燒爐進行處理。再沸器中的三甘醇流經溢流堰，再到再生塔的汽提柱。三甘醇與汽提氣在散裝填料中逆流接觸。汽提氣從離開再沸器的三甘醇中吸收水汽。離開汽提氣柱的三甘醇純度達到99.5%。三甘醇的純度可以通過增加流經汽提柱的氣流量來得到提高從而滿足露點降的要求。然后貧三甘醇流進緩沖罐。

來自緩沖罐的貧三甘醇流入貧/富換熱器冷卻至56℃。冷卻后的貧三甘醇流向三甘醇泵。往復泵將貧三甘醇的壓力升至脫水塔的壓力以上后，三甘醇被打入脫水塔的頂部并在填料中進行分散。

脫水單元也有一個三甘醇排污罐，用來收集設備和液位計排出的三甘醇。三甘醇排污罐能確保大量的三甘醇不會排入油水排污系統，并保存和循環使用該單元中的三甘醇。三甘醇排污罐裝有泵用來將三甘醇打回到閃蒸罐進行重復利用。脫水單元也有一個三甘醇補充罐，它可以盛裝整套單元所需的三甘醇。補充罐里的三甘醇可以泵入該單元的閃蒸罐以供使用。

結束語

工業化天然氣脫水的方法很多，應根據脫水的目的、要求和處理規模等.并結合各種脫水方祛的特點進行經濟和技術比較，從而選擇出最為合適的脫水方法和脫水工藝.對三甘醇脫水工藝來說.目前的技術已日趨發展成熟，但仍有一些工藝設備、參數的選擇和確定缺乏足夠的理論依據，這有待于設計人員在今后的工作中繼續進行研究和探討。

[1]王淑娟.天然氣處理工藝技術[M].石油工業出版社，2008.

[2]靳明三.天然氣集輸與處理技術[M].石油工業出版社，2009.

[3]蘇建華.天然氣礦場集輸與處理[M].石油工業出版社，2004.