天然氣的三甘醇脫水和分子篩脫水對比

姜書臣

摘 要：近年來，我國對于天然氣的需求量每年都在遞增，在進行天然氣遠距離輸送過程中，需要先對天然氣進行脫水，確保在輸送過程中不會形成液態(tài)水以及水合物，從而對管道加以保護?，F(xiàn)今，天然氣脫水采用的方法主要有物理降溫脫水法，或者使用干燥劑進行水的吸附。文章通過對三甘醇脫水和分子篩脫水的對比，從而更好地使用這兩種脫水方法。

關(guān)鍵詞：天然氣；三甘醇；分子篩

1 概述

在進行油井開采過程中，開采出的天然氣并不是干燥的，其本身都含有較高的水分，甚至一些天然氣中還含有較多的硫化氫和二氧化碳等酸性氣體。開采出的天然氣中所含有的水分會降低天然氣管道的天然氣輸送能力和燃燒氣體熱值，而且在進行氣體的運輸或是加工過程中由于氣體狀態(tài)的變化而導(dǎo)致天然氣中所含有的水分析出形成液態(tài)水、冰等，這些物質(zhì)在管道中會造成管道的天然氣壓力的降低，嚴重時會導(dǎo)致管路堵塞影響生產(chǎn)的正常進行。而天然氣中的二氧化碳、硫化氫等與天然氣中析出的液態(tài)水想溶解形成酸性溶液，會對天然氣管道以及設(shè)備等造成腐蝕。而當(dāng)需要采用低溫分離天然氣液體時，需要做好天然氣的脫水工作，避免低溫使天然氣中的水氣凝結(jié)成冰堵塞管路?，F(xiàn)今，對于天然氣脫水的方法主要有物理降溫脫水法、膨脹冷卻法、固體吸附劑吸附法、加壓冷卻法、溶劑吸收法等。結(jié)合各種脫水方法的特性，我國主要采用的是溶劑吸收法中的三甘醇法和固體吸附法中的分子篩吸附法。

2 分子篩脫水

2.1 分子篩的化學(xué)組成

分子篩的主要工作原理是在分子篩中具有眾多的孔徑，只有當(dāng)分子直徑小于孔徑時分子才能進入孔徑中，將過大的分子阻隔在孔徑之外，從而達到脫水的效果。依據(jù)分子篩中孔徑化學(xué)組成晶體結(jié)構(gòu)及SiO2與Al2O3的物質(zhì)的量比不同，可將常用的分子篩分為A、X和Y型幾種類型。而在天然氣分公司深冷裝置中應(yīng)用最廣泛的是4A分子篩，4A型分子篩基本組成是硅鋁酸鈉，A分子篩的孔徑為0.4nm。

2.2 分子篩脫水工藝流程

原料氣壓縮單元經(jīng)壓縮、冷卻、分離后的原料氣，首先進入過濾分離器將天然氣中的油和烴、水霧滴等去除，而后在對天然氣中的水氣進行去除。脫水采用兩塔流程，兩臺吸附器內(nèi)裝填分子篩吸附劑，將原料氣含水脫除至1ppm以下。一塔吸附，一塔再生和冷卻，吸附周期為8h，脫水后的氣體首先進入干氣過濾器過濾掉5μm以上的粉塵，去膨脹機同軸增壓機增壓。

吸附器脫水、再生、冷卻操作過程是通過DCS來進行時間控制，需要確保兩塔分開工作，其中一個塔處于干燥吸附狀態(tài)，一塔處于再生和冷卻過程，兩個塔交替循環(huán)使用滿足連續(xù)干燥的目的。

脫水單元根據(jù)再生氣的取氣點不同，按兩種工況設(shè)計，工況一為等壓再生，再生氣和冷卻氣取自增壓機出口分離器，返回至原料氣脫水單元入口。工況二為降壓再生，再生氣和冷卻氣取自外輸干氣調(diào)節(jié)閥前，返回到外輸干氣調(diào)節(jié)閥之后。（流程圖見圖1）

圖1 分子篩脫水流程

2.3 分子篩脫水優(yōu)缺點

分子篩脫水優(yōu)點：（1）更適合深度脫水，露點可以降低到-70℃到-80℃；（2）由于分子篩的特性使得其能用于天然氣中液態(tài)水的分離；（3）在進行天然氣脫水時還能兼顧對于天然氣中所含的酸性氣體的分離。

分子篩脫水缺點：（1）成本較高；（2）能量綜合利用率低；（3）占地面積大。

3 三甘醇脫水

3.1 三甘醇溶液的性質(zhì)

三甘醇（TEG）又名為三乙二醇醚，是一種較為穩(wěn)定且水溶性較好的一種物質(zhì)，其再生溫度是176.7-196.1℃，三甘醇的這種特性使其能夠用于天然氣的脫水。

3.2 三甘醇脫水工藝流程

在進行三甘醇脫水之前需要對天然氣進行一定程度的粗分離，將天然氣中的游離水和其他雜志等去除，分離完成后的天然氣被導(dǎo)入到吸收塔的底部，使其能夠與貧甘醇溶液充分接觸，從而將天然氣中的水氣被溶液所吸收，干燥完成的天然氣從從吸收塔頂部導(dǎo)出吸收塔，導(dǎo)出的天然氣進入到氣體/三甘醇換熱器，以冷卻自再生裝置來的貧甘醇溶液，隨后干氣進入管道外輸。經(jīng)過冷卻的甘醇溶液導(dǎo)入到吸收塔的頂部，而吸收了水分的富甘醇溶液則被導(dǎo)入到甘醇再生塔中。通過一系列的再生活動使其能夠再次轉(zhuǎn)化為三甘醇溶液，從而使其能夠重復(fù)利用。再生好的甘醇經(jīng)甘醇緩沖罐流出，與經(jīng)貧富甘醇換熱器和富甘醇預(yù)換熱器冷卻，經(jīng)甘醇循環(huán)泵加壓器。（流程圖見圖2）

圖2 三甘醇脫水流程圖

3.3 三甘醇脫水優(yōu)缺點

三甘醇脫水優(yōu)點：（1）占地面積小。（2）投資較少。

三甘醇脫水缺點：（1）整個脫水系統(tǒng)包含天然氣的脫水和三甘醇溶液的再生過程，整個脫水工藝較為復(fù)雜，不易操作。（2）在進行天然氣脫水完成后的三甘醇溶液再生過程中需要消耗掉的能量較多。（3）在整個脫水與三甘醇溶液的重生過程中會導(dǎo)致三甘醇溶液形成一定的損失，為了保障天然氣的脫水效果需要進行補充和凈化。（4）三甘醇與空氣接觸會發(fā)生氧化反應(yīng)，生成有腐蝕性的有機酸，會對運行的設(shè)備造成一定的腐蝕。（5）三甘醇脫水工藝中由于酸性氣體不易溶于三甘醇溶液中，因此該脫水工藝無法脫除天然氣中的酸性氣體。

4 結(jié)束語

選擇脫水工藝時應(yīng)該根據(jù)脫水的目的、要求、裝置處理規(guī)模等進行經(jīng)濟技術(shù)上分析比較。分子篩吸附法脫水和三甘醇溶液脫水，前者其脫水深度高，操作靈活適應(yīng)性好，但成本較高，后者在處理量大時，其建設(shè)投資和運行成本都較低。三甘醇脫水基本上達到了天然氣水露點要求，分子篩脫水則適用于吸附周期短或需要同時脫水、脫C5+的輕烴回收。

參考文獻

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