三甘醇脫水工藝簡述

摘 要：天然氣從開采到成為商品天然氣需要經過一系列的加工處理，以除去天然氣中含有的水，硫等雜質。天然氣中水的存在會對天然氣品質產生極大危害，因此天然氣脫水工藝成為了天然氣加工中極為重要的一部分。天然氣脫水工藝已有悠久的歷史，目前普遍采用的為甘醇吸收法脫水，其中應用最廣泛的脫水工藝為三甘醇脫水工藝。

關鍵詞：天然氣 三甘醇 脫水工藝

天然氣中水分的存在對天然氣的品質影響極大。天然氣含水會導致其燃燒不充分；天然氣中的游離水會和天然氣本身所夾帶的H2S和CO2形成酸腐蝕管路設備；天然氣中的游離水在一定條件下會和天然氣中的小分子結合形成天然氣水合物，水合物在管道中形成會造成管道堵塞，使天然氣輸氣量下降，增大管線的壓差，嚴重時會造成管道事故。由此可見水分在天然氣中的存在是危害極大的事，因此，需要脫除天然氣中部分的水分，以滿足管輸和用戶的需要。較為常用的天然氣脫水方法有溶劑吸收法、低溫法、固體吸收法等。近年來興起的一些新興的天然氣脫水方法有膜分離法、超音速脫水法等。

目前，最常用的方法仍是溶劑吸收法脫水，其吸收原理是采用一種親水的溶劑與天然氣充分接觸，使水傳遞到溶劑中從而達到脫水的目的。利用甘醇進行吸收脫水，投資少，壓降小，可連續操作，且補充甘醇容易，再生脫水需要的熱量少，脫水效果好。迄今為止，在天然氣脫水工業中已經有四種甘醇被成功應用，分別是乙二醇（EG）、二甘醇（DEG）、三甘醇（TEG）和四甘醇（TREG）。其中三甘醇脫水具有再生容易，貧液質量分數高（可達98%—99%），露點降大，運行成本低等特點，因此得到了廣泛應用。

一、無硫甘醇脫水工藝流程

該流程用于處理井口無硫天然氣或來自醇氨法脫硫裝置的凈化氣。TEG脫水裝置主要由吸收塔和再生塔兩部分組成，吸收塔內進行的是含水天然氣與三甘醇貧液的逆流吸收，再生塔內進行的是三甘醇富液解吸轉化再生為天然氣貧液的過程。

工藝流程簡述：含水天然氣自吸收塔底部進入，與來自塔頂的三甘醇貧液進行逆流吸收，脫除水分，脫水后的天然氣自吸收塔塔頂排出，吸收后的三甘醇富液自吸收塔塔底排出，經冷凝器升溫后進入閃蒸罐蒸出烴類氣體，再經過濾器濾掉部分雜質后經過貧/富液換熱器再次升溫后通過緩沖罐，再進入再生塔內完成解吸。解吸后的三甘醇貧液經貧/富液換熱器冷卻后通過甘醇泵輸送至吸收塔頂部循環使用。

二、含硫天然氣的甘醇脫水工藝

對于含硫天然氣，為了防止集輸過程中管線發生腐蝕，需將含硫天然氣先脫水再輸送。當甘醇脫水裝置作用于含硫天然氣時，H2S在TEG中的溶解會導致溶液pH值下降使溶液變質。對于含H2S的天然氣，若其含量不高，再生的含H2S的氣體可灼燒排放。對于H2S含量較高的天然氣，需采用含硫天然氣甘醇脫水裝置，在再生塔前設置富液汽提塔，解吸出H2S并返回吸收塔，與甲烷等烴類一起輸送。富液汽提塔一般采用不含硫的天然氣或惰性氣汽提，可從富液中除去98%以上的酸氣。若使用含硫天然氣作為汽提氣，汽提H2S的效果會變差，因此TEG法不適用于處理高含硫天然氣。

裝置中主要設備：

1.入口分離器

入口分離器用于分離天然氣中烴類所夾帶的固體或液態水等雜質。

2.吸收塔

吸收塔是氣液相傳質場所。氣相中的水分進入甘醇貧液中，可采用填料塔，塔頂設置捕霧器。因為甘醇脫水裝置通常氣液比很高，甘醇循環量小，且甘醇粘度較高，在低氣量時采用泡罩塔板不會發生漏液，因此實際過程中通常采用泡罩塔板。塔頂捕霧器保證氣相中盡可能少夾帶甘醇，為保證液滴的捕霧空間，從捕霧器到第一塊塔板應有足夠的空間距離。

3.閃蒸罐

在甘醇吸收水分的過程中，較重的烴類會部分地溶解于甘醇溶液中，閃蒸罐的作用是在較低壓力下除去甘醇富液中的烴類氣體，減少再生塔的負荷。原料天然氣較貧時可選用二相分離器，溶液停留時間為5-10分鐘。原料天然氣較富時可采用三相分離器，停留時間為20-30分鐘。

4.過濾器

過濾器用于除去腐蝕產物及其他雜質，減小溶液發泡的可能性。過濾器設置在閃蒸罐后，此時溶液溫度較高，粘度較低，利于過濾。常用的過濾器有固體過濾器和活性炭過濾器。固體過濾器以纖維制品、紙張或玻璃纖維為濾料，可除去5μm以上的粒子；固體過濾器的容量應滿足處理全部循環溶液的需要。活性炭過濾器主要除去溶解性雜質，如高沸點的烴類、表面活性劑、壓縮機潤滑油以及甘醇降解產物等。循環溶液可全部進入活性炭過濾器處理，也可部分處理。溶液在過濾器中的停留時間為15—20分鐘。

5.循環泵

循環泵用于使甘醇貧液增壓后進入吸收塔。常用的循環泵有三種驅動方式：高壓氣體驅動、高壓液體驅動、電驅動。通常設置兩臺泵，每臺泵的能力都要能滿足全部甘醇循環需要，一臺正常工作，另一臺備用。

6.貧/富液換熱器

貧/富液換熱器用來控制閃蒸罐和過濾器的富液溫度，回收貧液熱量，使富液升溫至148℃進塔，減輕重沸器的熱負荷。常用管殼式換熱器。對小型裝置可不單獨安裝換熱器，在緩沖罐中用換熱盤管來代替，以此簡化流程，節省投資，但換熱效果較差。

7.再生塔

再生塔主要由精餾柱、重沸器和帶有熱盤管的緩沖罐組成，作用是蒸出甘醇富液中的水分以再生甘醇，循環使用。精餾柱安裝在重沸器的上部，柱內填料通常在1.2—2.4米，也可采用塔板。精餾柱頂部設有冷卻盤管作回流冷凝器，使部分水蒸氣冷凝提供柱頂回流，控制柱頂溫度。重沸器主要提供熱量將甘醇加熱至一定溫度，使其吸收的水汽化。重沸器一般采用釜式，可用燃料氣直接加熱，也可用水蒸氣或導熱油加熱或者電加熱等其他方式加熱。通常用的是帶可移動火箱的明火加熱管的直燃式重沸器，形狀為U型管。緩沖罐的主要作用是容納從吸收塔中出來的全部甘醇。正常運行時緩沖罐應半滿，同時應設置氣封以防止甘醇與空氣接觸。

結語

天然氣脫水是處理井口采出氣必不可少的工藝步驟，在實際的操作過程中，應該根據含有不同類型雜質或者雜質含量不一樣的天然氣采用最適合的脫水工藝或者脫水溶劑，在設計和操作的過程中應遵循能量盡可能回收利用，盡可能降低設備和操作成本的原則，根據實際情況選擇最優的設計和操作方案。

參考文獻

[1]諸林.天然氣加工工程[C].石油工業出版社，2008. 143-150.

[2]馬衛鋒，張勇等.國內外天然氣脫水技術發展現狀及趨勢[J].管道技術與設備，2011，6：49-50.

作者簡介：王繪舟（1995.06-），男，四川省資陽市，本科，西南石油大學化學化工學院2014級，研究方向：化學工程與工藝。