淺析天然氣處理裝置的脫水方法

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摘要：天然氣處理裝置根據(jù)制冷溫度不同可分為深冷裝置和淺冷裝置兩類。深冷裝置采用分子篩吸附脫水法;淺冷裝置脫水采用噴注乙二醇抑制法。對兩種脫水方法從工藝原理和工藝流程兩方面進(jìn)行分析，分子篩價(jià)格昂貴，但脫水后的原料氣溫度可達(dá)-100℃以下，滿足深冷裝置的運(yùn)行條件;乙二醇價(jià)格便宜，在要求脫水效果不高、制冷溫度不深的淺冷裝置，乙二醇脫水可以滿足其運(yùn)行條件。

關(guān)鍵詞：天然氣;深冷;淺冷;脫水;分子篩;乙二醇

天然氣處理裝置根據(jù)制冷溫度不同可分為淺冷裝置和深冷裝置兩類。對于天然氣處理裝置，天然氣進(jìn)到冷凍系統(tǒng)，如果露點(diǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，含水的天然氣溫度降低到某一值后，就會(huì)形成水合物，堵塞閥門、管道和設(shè)備。因此，在天然氣進(jìn)入冷凍系統(tǒng)之前必須進(jìn)行防凍處理，即防止水合物形成。對于天然氣處理裝置，采用兩種防止水合物形成，一種方法是降低天然氣水含量，也叫溶液吸收法或固體干燥劑吸附法，即將天然氣種中的水分脫出，使其露點(diǎn)降低到操作溫度以下;另一種方法是降低水合物的形成溫度，也叫熱力學(xué)抑制劑法，即向氣流中加入化學(xué)劑，抑制水合物形成。深冷裝置采用的是第一種方法，將天然氣脫水，即利用固體干燥劑（分子篩）吸附脫水法。淺冷裝置采用的是第二種方法，向天然氣中加入化學(xué)劑，即向天然氣中噴注乙二醇水溶液，使天然氣在低溫防凍，脫除水分。

1 深冷裝置脫水方法

1.1 深冷裝置的脫水原理

深冷裝置原料氣脫水采用的是固體干燥劑吸附法脫水。原料氣經(jīng)過固體干燥劑時(shí)與固體表面接觸，由于水分子與固體表面分子之間的相互作用，水分子會(huì)被吸附在固體表面上，這種現(xiàn)象稱為固體表面的吸附現(xiàn)象。通常具有吸附作用的固體物質(zhì)稱為吸附劑，被吸附的物質(zhì)（水分子）稱為吸附質(zhì)。深冷裝置采用分子篩脫水法，水分子就是吸附質(zhì)，分子篩就是吸附劑。水分子與分子篩表面分子間存在范德華力，水分子被分子篩吸附在表面，無法隨氣體進(jìn)入到冷凍系統(tǒng)。當(dāng)氣體壓力降低或系統(tǒng)溫度升高到某一數(shù)值時(shí)，被分子篩吸附的水分子很容易從分子篩表面脫附下來，被氣體攜帶走。深冷裝置就是利用分子篩的這個(gè)特性，改變分子篩脫水塔的操作條件，使分子篩表面的水分子脫附，保證分子篩再生、吸附循環(huán)進(jìn)行，達(dá)到天然氣脫水的目的。

1.2 深冷裝置的脫水工藝流程

分子篩脫水系統(tǒng)采用兩塔循環(huán)吸附流程，一塔吸附一塔再生。原料氣從分子脫水塔底部進(jìn)入，經(jīng)分子篩吸附脫水。原料氣首先經(jīng)過壓縮機(jī)增壓，空冷器降溫，在級(jí)間分離器內(nèi)分離出游離水后，進(jìn)入潤滑油分離器，靠聚結(jié)分離脫除原料氣中的微量潤滑油和烴、水霧滴，進(jìn)入分子篩脫水塔進(jìn)行脫水。再生氣取自干氣管網(wǎng)。對分子篩脫吸時(shí)，再生氣先進(jìn)入導(dǎo)熱油換熱器進(jìn)行加熱，加熱后的再生氣，去分子篩脫水塔脫除分子篩吸附的水分，經(jīng)再生氣粉塵分離器，脫除再生氣夾帶的粉塵后，進(jìn)入再生氣空冷器冷卻，冷凝下來的水在再生氣分水罐分離出。脫吸后的分子篩，由于溫度過高，需要進(jìn)行冷卻操作，冷卻氣與再生氣取自同一股氣源，冷卻操作時(shí)，冷卻氣無需加熱，直接進(jìn)再生后的分子篩脫水塔對塔內(nèi)溫度進(jìn)行冷卻。

2 淺冷裝置脫水方法

由于制冷溫度較高，乙二醇水溶液的冰點(diǎn)能夠滿足淺冷裝置的制冷溫度要求，因此，在淺冷裝置中，采用熱力學(xué)抑制劑法。

2.1 淺冷裝置的脫水原理

淺冷裝置原料氣脫水采用的是熱力學(xué)抑制劑法。向天然氣中加入一種化學(xué)劑后，可以改變天然氣中水分形成水合物的條件，使形成條件移向較低的溫度或較高的壓力范圍，抑制水合物形成。淺冷裝置采用向天然氣中噴注乙二醇水溶液防凍低溫分離脫水法。在天然氣進(jìn)入冷凍系統(tǒng)前，向天然氣中注入濃度為80%的乙二醇溶液，乙二醇充分和天然氣接觸后，天然氣中的水分被乙二醇溶液完全吸收，使乙二醇溶液濃度變?yōu)?0%，冰點(diǎn)在-45℃左右，天然氣露點(diǎn)也隨之降低，此時(shí)降低天然氣溫度，使乙二醇溶液分離出來，將天然氣中的水分帶走，達(dá)到天然氣防凍脫水的目的。

2.2 淺冷裝置的脫水工藝流程

乙二醇系統(tǒng)在淺冷工藝流程中是一個(gè)單獨(dú)循環(huán)的系統(tǒng)，貧乙二醇溶液經(jīng)噴注點(diǎn)注入到天然氣管線中，天然氣與貧乙二醇溶液充分混合，貧乙二醇溶液吸收天然氣中的水分，成為富乙二醇溶液，經(jīng)制冷系統(tǒng)降溫后再在三相分離器中與天然氣、輕烴分離。分離出來的富乙二醇溶液先作為乙二醇再生塔塔頂冷凝器的冷介質(zhì)進(jìn)行冷卻，再與貧乙二醇溶液在貧富乙二醇換熱器中進(jìn)行換熱，進(jìn)入乙二醇閃蒸罐，閃蒸出輕烴后進(jìn)入乙二醇再生塔，經(jīng)重沸器加熱后，貧乙二醇溶液塔底出料，與富乙二醇溶液換熱后，進(jìn)入乙二醇儲(chǔ)罐，再經(jīng)乙二醇循環(huán)泵加壓后噴注到天然氣貧富氣換熱器和丙烷蒸發(fā)器中脫除天然氣中的水分，隨氣流再進(jìn)入到三相分離器中循環(huán)使用。

3 結(jié)束語

分子篩價(jià)格昂貴，但脫水后的原料氣溫度可達(dá)-100℃以下，滿足深冷裝置的運(yùn)行條件。分子篩再生時(shí)只需控制好吸附時(shí)間，但變壓再生時(shí)步驟較多，操作時(shí)容易混亂。另外，分子篩升壓、降壓操作時(shí)要緩慢進(jìn)行，防止壓差過大對分子篩產(chǎn)生沖擊，造成分子篩粉化，堵塞下游設(shè)備。乙二醇價(jià)格便宜，成本低，脫水后的原料氣溫度必須高于-35℃運(yùn)行。在要求脫水效果不高、制冷溫度不深的淺冷裝置，乙二醇水溶液防凍低溫分離脫水法可以滿足其運(yùn)行條件，但操作時(shí)要精心，控制好各項(xiàng)參數(shù)，要注意乙二醇水溶液對管線的腐蝕作用。對于天然氣處理裝置，主要用于回收輕烴，應(yīng)根據(jù)輕烴回收深度即所達(dá)到的低溫程度選擇脫水方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]諸林.天然氣加工工程[M].北京：石油工業(yè)出版社，2008.