影響三甘醇脫水撬脫水效果的 因素及優(yōu)化

張超 劉蕊祎 閆國清 賀凱峰 白云飛 趙倩茹

摘要：三甘醇脫水撬是常用的天然氣脫水設(shè)備，但在實(shí)際運(yùn)行過程中由于各種因素的影響，常會出現(xiàn)天然氣水露點(diǎn)不合格的情況，本文重點(diǎn)從天然氣進(jìn)吸收塔的壓力、溫度、重沸器的溫度、泵的循環(huán)量、三甘醇性質(zhì)這些方面對天然氣脫水效果進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的優(yōu)化建議。

關(guān)鍵詞：天然氣脫水;三甘醇;脫水撬;水露點(diǎn);重沸器

1 概述

由于采出天然氣中含有飽和水汽，在管輸過程中會造成管道積液，降低輸送能力及熱值，加速天然氣中的硫化氫和二氧化碳對鋼材的腐蝕，并且有可能會形成水合物凍堵，引起管道、閥門凍堵，影響平穩(wěn)供氣。為此，必須在天然氣外輸前脫除其中的水分，目前三甘醇溶劑吸收法是氣田集輸與凈化廠主要使用的天然氣脫水方法。三甘醇脫水是一個物理過程，利用三甘醇的親水性，在吸收塔內(nèi)天然氣中的水份被三甘醇吸收，降低了天然氣中含水量。吸收了水份的三甘醇進(jìn)入再生系統(tǒng)加熱，除去吸收的水份成為貧三甘醇而得到循環(huán)利用。

2 影響天然氣脫水效果的因素及優(yōu)化

2.1天然氣進(jìn)吸收塔溫度

在壓力一定的情況下，隨著天然氣進(jìn)入吸收塔溫度的升高，天然氣的含水量在增加，進(jìn)而增大了脫水撬的運(yùn)行負(fù)荷，甚至造成脫水撬脫水效果不達(dá)標(biāo)。另一方面，天然氣進(jìn)塔溫度也并非越低越好，過低的溫度有可能會導(dǎo)致設(shè)備管線內(nèi)形成水合物，所以天然氣進(jìn)塔溫度要高于水合物的形成溫度，此外，低溫會導(dǎo)致甘醇變稠，溶液起泡增多，致使吸收塔塔板效率降低，溫度低于20℃時，甘醇溶液會和天然氣中的液態(tài)烴形成乳化液。

2.2天然氣進(jìn)塔壓力

從壓力對水露點(diǎn)的影響中可看出（表2-1），天然氣壓力增大時其含水量下降，反之壓力越低，吸收塔要脫除的天然氣水含量就越大，吸收塔負(fù)荷也會增大，因此，要選擇合適的天然氣進(jìn)塔壓力，既保證脫水后能滿足產(chǎn)品氣的水露點(diǎn)要求，又要不對設(shè)備造成損害。但在實(shí)際運(yùn)行中天然氣壓力與集氣站系統(tǒng)壓力一致，調(diào)節(jié)空間非常有限。

2.2重沸器溫度

三甘醇重沸器采用常壓火管加熱再生工藝，通過火管加熱三甘醇富液至200℃左右來蒸發(fā)掉其中的水分，達(dá)到再生目的。通過現(xiàn)場試驗(yàn)測定了重沸器再生溫度與貧液濃度的關(guān)系，當(dāng)重沸器的溫度升至192℃后，三甘醇貧液濃度基本保持在99.6%左右，且三甘醇的熱分解溫度為206.5℃。建議重沸器溫度最優(yōu)設(shè)置值為192～200℃。

2.3泵的循環(huán)量

為了保證三甘醇和天然氣充分接觸，脫1 kg水所需三甘醇量為25～60L，在此區(qū)間，三甘醇循環(huán)量的變化對脫水深度的影響不大。

---所需三甘醇量，m3

---天然氣量，104m3

---每立方米天然氣含水量，以5.5Mpa壓力下水露點(diǎn)為14℃時的含水量計算，取值0.3g/m3

---脫1kg水所需三甘醇量，取值60L

以**儲氣庫210×104m3國產(chǎn)天然氣脫水撬為例，分別計算處理量為105萬、210萬時，其所需三甘醇量。

①當(dāng)天然氣量為105?104m3時，所需三甘醇量為0.7875m3

②當(dāng)天然氣量為210?104m3時，所需三甘醇量為1.575m3

其三柱塞容積式循環(huán)泵，最大循環(huán)量是5.0m3/h，泵最大頻率為50HZ，最小頻率為20HZ。容積式循環(huán)泵的循環(huán)量直接取決于其容積大小和泵的頻率，因此，在理論上20HZ對應(yīng)的理論流量就是2.0 m3/h，泵的效率為65%～85%，按照80%計算，也可以提供1.6 m3/h，這樣的流量完全可以滿足我們的生產(chǎn)需要。

三甘醇泵的循環(huán)量并非越大越好，如果循環(huán)量過大，導(dǎo)致三甘醇在重沸器中停留時間太短而未能充分再生，進(jìn)而導(dǎo)致貧三甘醇濃度不夠高，反而使天然氣的脫水效果下降。三甘醇循環(huán)量過大會引起三甘醇發(fā)泡，影響降低其吸水性。

2.4三甘醇的性質(zhì)

三甘醇與天然氣接觸時，天然氣中的酸性組分（H2S、CO2等）進(jìn)入溶液，導(dǎo)致三甘醇溶液PH值有自然降低的趨勢。裝置運(yùn)行時三甘醇的PH值應(yīng)在7.2～8之間。PH低于7時，三甘醇會對設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，并會加速三甘醇在高溫下的分解。三甘醇變質(zhì)主要表現(xiàn)為熱降解和氧化、發(fā)泡、PH降低、淤渣。引起三甘醇變質(zhì)的因素很多，主要為無機(jī)鹽、重?zé)N、高溫、酸性氣體。

（1）無機(jī)鹽含量的影響

天然氣所帶水汽中的無機(jī)鹽，在天然氣脫水時進(jìn)入三甘醇溶液中。三甘醇再生時，無機(jī)鹽會滯留在三甘醇中。隨著三甘醇循環(huán)次數(shù)的增多，無機(jī)鹽在三甘醇中的濃度會越來越大。某些無機(jī)鹽（CaCl2、NaCl、MgCl2等 ）易與三甘醇發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生結(jié)晶醇，影響三甘醇的吸水性能。同時三甘醇中無機(jī)鹽較多時，在再生過程中會在重沸器的火管上沉積，逐漸形成鹽垢。這些鹽垢不但會加速設(shè)備的腐蝕而且會引起局部的溫度升高導(dǎo)致三甘醇降解。

（2）天然氣中重?zé)N的影響

天然氣所含的重?zé)N，在脫水過程中會進(jìn)入三甘醇溶液。這些重?zé)N除一部分會隨水蒸氣排出外，其余仍會滯留在三甘醇溶液中，隨著三甘醇循環(huán)次數(shù)的增多，三甘醇中的重?zé)N含量增大，會引起三甘醇發(fā)泡，增大了三甘醇脫水過程中的損失。

（3）溫度的影響

三甘醇再生需要在較高的溫度下進(jìn)行。但在三甘醇再生過程中由于溫度控制不好，常常造成三甘醇在高溫下分解和在某些雜質(zhì)的催化下變質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，在溫度為190℃左右，再生三甘醇的顏色不會發(fā)生明顯變化，當(dāng)溫度達(dá)到210℃左右，三甘醇顏色明顯發(fā)生變化，顏色加深。高溫加熱的次數(shù)越多顏色越深。這說明，溫度對三甘醇的性質(zhì)存在明顯影響，再生溫度越高影響就越大。

（4）酸性氣體濃度的影響

三甘醇富液中含有的酸性氣體主要包括硫化氫、二氧化碳。這些氣體在富液中含量濃度較大時，會對設(shè)備和管道造成較大的腐蝕;同時這些酸性氣體還會與三甘醇發(fā)生酯化發(fā)應(yīng)，使三甘醇變質(zhì)，而且三甘醇溶液的變質(zhì)速率隨氣體中的H2S含量的升高而增加。三甘醇富液中酸性氣體對設(shè)備及管道的腐蝕產(chǎn)物，在三甘醇再生過程中會對三甘醇的變質(zhì)起到促進(jìn)作用。

3 結(jié)論與建議

在保證不生成水化物的前提下，盡量降低天然氣進(jìn)塔溫度，溫度控制在20～30℃。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際氣量及泵的效率合理調(diào)控三甘醇循環(huán)泵的頻率，不能盲目提高。合理調(diào)控重沸器的溫度，不能盲目提高，防止高溫造成三甘醇的熱分解，建議溫度控制在192～200℃;針對引起三甘醇變質(zhì)的原因，首先還是要加強(qiáng)天然氣過濾系統(tǒng)和三甘醇過濾系統(tǒng)的檢查，及時清洗或更換濾芯，確保過濾系統(tǒng)的良好運(yùn)行。其次，定期檢測三甘醇PH 值，當(dāng)溶液PH值降低至7.2時，應(yīng)向三甘醇溶液中注入堿性物質(zhì)，以提高溶液的PH值。生產(chǎn)中可以加入一乙醇胺、三乙醇胺、硼砂、疏基苯丙噻唑鈉等弱堿物質(zhì)來調(diào)整三甘醇的PH值。