三甘醇脱水.ppt

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1、1,三甘醇脱水,2012年7月,三甘醇脱水,第2页，共109页,简介,脱水即用于描述从气体或液体中脱除水分的工艺过程的术语。水以水蒸汽的形式存在于天然气中，如空气含有水分一样。气井或油井采出的天然气大多数被水蒸汽饱和：相对湿度为100%。如果将天然气冷却，部分水会冷凝下来。这会造成管线腐蚀，并会导致加热炉熄火。商品天然气中水蒸汽含量规定为 112mg/m3，这是大多数天然气所含水蒸汽量的10%左右。换句话说，脱水装置必须从天然气中脱除约90%的水蒸汽。天然气中水蒸汽含量通常用其露点表示。露点是天然气冷却时，水从天然气中冷凝下来的温度。,三甘醇脱水,第3页，共109页,简介,甘醇是用于脱除天然气

2、中的水蒸汽的液体名称。三甘醇（TEG）是最常用的甘醇溶液。在有些老装置中采用二甘醇（DEG）溶液，但其脱水效果不如TEG。通过称为吸收的过程脱除天然气中的水蒸汽。甘醇从天然气中吸收水蒸汽。,甘醇脱水装置,三甘醇脱水,第4页，共109页,流程和设备描述,图为典型的甘醇脱水装置的简化流程。湿的入口气体物流进入接触塔底，在塔内向上流动，与每层塔盘上向下流动的甘醇溶液接触，一些水蒸气在每层塔盘上被甘醇吸收。离开塔顶部塔盘的气体大部分水蒸气都被脱除出来，进入外输管线或其它接收终端。,甘醇脱水装置简化流程,三甘醇脱水,第5页，共109页,流程和设备描述,接触塔底收集的甘醇中含有从气体中吸收的水蒸汽，称其为

3、富甘醇。富液流入汽提塔或再生塔中，在此，溶液通过重沸器加热，将在接触塔中吸收的水蒸汽汽化出来，自塔顶流出，汽提塔出来的溶液称为贫甘醇，贫液进入缓冲罐中，并用泵送至接触塔。,甘醇脱水装置简化流程,三甘醇脱水,第6页，共109页,流程和设备描述,实际的甘醇脱水装置所包含的设备要比该简图所示的多。典型的甘醇脱水装置设备见图所示流程图：湿气进入入口分液罐，在其中水和烃类液体沉降至底部，并由液位调节器控制其排出。,甘醇脱水装置流程,三甘醇脱水,第7页，共109页,流程和设备描述,分液罐顶部出口气体进入接触塔底，在塔内向上流动，鼓泡通过每层塔盘上向下流动的甘醇。气体中的水蒸气大部分吸收在甘醇中，使接触塔出

4、口气体相对较干燥。塔顶气体再进入一个换热器，使其中的贫甘醇冷凝下来后出装置。,甘醇脱水装置流程,三甘醇脱水,第8页，共109页,流程和设备描述,贫甘醇进入接触塔顶部塔盘，横穿塔盘流过并下落至下部塔盘。液体依次横穿塔盘和向下流动，直到到达塔底，在此，由液位调节器控制自塔底抽出，然后进入闪蒸罐以除去其中可能含的气体或烃类液体。,甘醇脱水装置流程,三甘醇脱水,第9页，共109页,流程和设备描述,闪蒸罐操作压力通常略高于燃料系统压力，使气体可用作生产设施的燃料。闪蒸罐通常有两个液位控制系统：一个用来抽出烃类液体，另一个用来控制甘醇流出闪蒸罐的流率。烃类排放或进其它处理设施。,甘醇脱水装置流程,三甘醇脱

5、水,第10页，共109页,流程和设备描述,闪蒸罐出口甘醇进入汽提塔顶部的回流盘管，再进入过滤器，除去物流中的杂质，然后进入贫富甘醇溶液换热器，在此，富液由出汽提塔重沸器的热贫液加热后，进入汽提塔，将在接触塔中吸收的水蒸汽汽提出来，从塔顶流出。,甘醇脱水装置流程,三甘醇脱水,第11页，共109页,流程和设备描述,甘醇在汽提塔内向下流动，然后进入重沸器，重沸器通常采用燃气加热炉。重沸器出口贫甘醇流经贫富液换热器，在此，热贫液被富液部分冷却后，进入缓冲罐。出缓冲罐的溶液，经泵将压力提高到略高于接触塔压力。贫液经过流量指示仪，流经甘醇气体换热器，在此被出口气体冷却，最后进入接触塔顶部。,甘醇脱水装置流

6、程,三甘醇脱水,第12页，共109页,流程和设备描述-接触塔,在接触塔中脱除气体中的水蒸汽。接触塔为压力容器，严格按规范制造，通常设有412 块塔盘，在塔盘上向上流动的气体鼓泡通过向下流动的甘醇。塔盘上设有泡罩或浮阀，使气体在甘醇溶液中分散。塔径小于或等于45cm的接触塔，可采用填料代替塔盘。塔盘数将影响甘醇从气体中脱除水蒸汽的量。塔盘数越多，脱除水蒸汽的量也越大。,接触塔剖视图,三甘醇脱水,第13页，共109页,流程和设备描述-接触塔,通常在接触塔顶部塔盘的上方安装捕雾网，以脱除出口气相物流夹带的甘醇。在接触塔底设置液位控制系统，以调节出塔富液流量。接触塔常称为吸收塔。无论叫什么，其功能是一

7、样的用甘醇吸收的方法脱除气体中的水蒸汽。,接触塔剖视图,三甘醇脱水,第14页，共109页,流程和设备描述-闪蒸罐,在接触塔内部分气体溶解在富液中。溶解在甘醇中的气体量取决于温度和压力。通常，每升甘醇可溶解约7.5 升气体。此外，入口气体中还可能含烃类液体，这些烃类液体会聚集在接触塔底，并随富液离开接触塔。富液中的烃类气体和液体在闪蒸罐中分离出来。闪蒸罐只是一个将烃类气体和液体与甘醇分离开的分离器。闪蒸罐顶部出口气体通常进入燃料气系统，气体流量由压力控制系统调节。操作压力通常在350500 kPa之间。闪蒸罐有两套液位控制系统，一套用来调节烃类液体的流量，另一套调节富甘醇的流量。通常气体量少于

8、100 000m3/d的装置中不设闪蒸罐，这是由于回收的气体量不足以抵消安装闪蒸罐的投资。,接触塔剖视图,三甘醇脱水,第15页，共109页,流程和设备描述-甘醇过滤器,甘醇在系统内循环时，会吸收随入口气流进入的固体颗粒。此外，甘醇还含有其在接触塔内从气体中吸收的烃类液体或其它可溶液体。这些杂质可能会引起接触塔起泡。,可更换滤芯的过滤器,三甘醇脱水,第16页，共109页,流程和设备描述-甘醇过滤器,可采用可更换滤芯的过滤器脱除甘醇中的固体颗粒。当过滤器吸收较多的杂质时，其压降增大。大多数过滤器允许压降在150200kPa之间。,可更换滤芯的过滤器,三甘醇脱水,第17页，共109页,流程和设备描述

9、-甘醇过滤器,若过滤器滤芯被固体杂质堵塞而不更换，滤芯可能塌裂并使其脱除的杂质进入出口管线中。通常好的做法是在压降正好达到制造商推荐的最大值之前更换滤芯。,可更换滤芯的过滤器,三甘醇脱水,第18页，共109页,流程和设备描述-甘醇过滤器,使用活性炭过滤器脱除甘醇中的烃类液体和缓蚀剂等化学品。这些物质为发泡物质。此类过滤器并不用来除掉固体颗粒。活性炭过滤器通常配备差压计，经常用来判断是否需更换活性炭。压降增加表明过滤器正在过滤固体颗粒物，这并不是活性炭过滤器的功能，滤芯式过滤器是用来除去固体颗粒物的。活性炭用来过滤液体杂质，诸如烃类或化学品。当活性炭被这些液体杂质饱和时，应进行更换，而当出现此情

10、况时压降并不发生变化。,三甘醇脱水,第19页，共109页,流程和设备描述-甘醇过滤器,活性炭过滤器的过滤效果可以通过用带有旋塞的玻璃瓶或透明塑料瓶从过滤器进出口取甘醇样品来确定。将样品剧烈振荡后放置桌上，过滤器出口管线样品中的泡沫应先于入口管线样品中的泡沫破裂，如果其破裂速度不快，应更换活性炭。在某些甘醇脱水装置中，甘醇先经过活性炭过滤器，再经滤芯过滤器。由于这种设置，显然，活性炭过滤器会从甘醇中脱除固体颗粒，且当压降增大时必须更换。滤芯过滤器可过滤掉在过滤器出口管线中存留的破碎活性碳。对这种流程设置，仍应做振荡试验，尤其在发生起泡时。当压降达到最大值时，或振荡试验的结果为负值时，二者取最先发

11、生者，应更换活性炭。,三甘醇脱水,第20页，共109页,流程和设备描述-汽提塔或再生塔,汽提塔用来脱除甘醇在接触塔中吸收的水蒸汽。汽提塔在常压或接近常压下操作，这样该塔制造所执行的规范不必象高压容器那样严格。汽提塔高约 2 米，设有23 块塔盘，若直径小于50cm18in，采用填料。汽提塔顶的回流盘管可提高汽提效率，甘醇富液流经盘管，将流经其四周的部分水蒸汽冷凝。汽提塔底设重沸器，提供所需热量将甘醇溶液中的水汽化。在许多油田应用场合，重沸器采用燃气加热炉为汽提过程提供热量。温度控制系统调节进加热炉的燃料流率，来维持适当的温度。从汽提塔富甘醇液中汽化的水从塔顶流出。,三甘醇脱水,第21页，共10

12、9页,流程和设备描述-汽提塔或再生塔,影响甘醇在接触塔中从气体中脱除水量的主要因素之一是贫液的纯度或浓度。大多数甘醇脱水装置操作中，甘醇的浓度为97.599.5%(wt)，其余为0.52.5wt%为水。高纯度从气体中除去的水量比低纯度的要高。若贫甘醇液浓度为100%，则可以将天然气中的全部水蒸汽除去。甘醇的浓度是在汽提塔中控制的。在汽提塔底重沸器中，富甘醇液被重沸器加热到175205，使甘醇浓度达97.598.5%。提高重沸器的温度会增大甘醇浓度，但会使甘醇发生化学分解，使其不再具有从天然气中吸收水分的能力。因此，若需要用浓度大于98.5%的甘醇以从天然气中脱除所需的水量，必须采用提高重沸器温

13、度以外的其它方法。,三甘醇脱水,第22页，共109页,流程和设备描述-汽提塔或再生塔,汽提气,将甘醇浓度提高到98.5%以上最常用的方法是向重沸器中注入汽提气。汽提气鼓泡通过重沸器中的热流体，在汽提塔内向上流动，从塔顶流出，并带有汽提塔内甘醇溶液蒸出的水蒸汽。汽提气对汽提塔有抽真空的作用。净的结果是除去甘醇物流中更多的水蒸汽，进而提高其浓度。,三甘醇脱水,第23页，共109页,流程和设备描述-汽提塔或再生塔,汽提气,汽提气通常从燃料气管线抽出进入重沸器，由调节阀来控制流量。增大汽提气流率，会从甘醇中脱除更多的水，并使甘醇浓度增大。汽提气流量用气体的升数/每升循环的甘醇表示。通常汽提气流率为15

14、75升气体/升甘醇。过高的汽提气流率下，甘醇浓度并无明显增加。,有汽提气的再浓缩塔,三甘醇脱水,第24页，共109页,流程和设备描述-汽提塔或再生塔,汽提气,向重沸器中注入汽提气可将浓度提高到99.5%。当需要甘醇浓度大于99.5%时，常采用二级汽提工艺。在此种流程设置中，出重沸器的热贫液浓度约为99.2%，进入第二级汽提塔，该塔设有几块塔盘或填料。,三甘醇脱水,第25页，共109页,流程和设备描述-汽提塔或再生塔,汽提气,热的汽提气进入第二级汽提塔塔底，沿塔向上流动，与向下流动的热甘醇逆流接触。汽提气将甘醇中剩余的水脱除，所以自二级汽提塔塔底出来的甘醇中几乎不再含水。通过增大二级汽提塔中汽提

15、气流率，可使甘醇浓度达到99.9%。,三甘醇脱水,第26页，共109页,流程和设备描述-汽提塔或再生塔,汽提液,将甘醇浓度提高到98.5%以上的另一种方法是采用汽提液体。分离器出口汽提液体经泵打入重沸器中的预热线，在此汽化并被加热到重沸器的温度。蒸气进入二级汽提塔的塔底，并沿塔向上流动，与来自重沸器沿塔向下流动的甘醇接触，将甘醇中剩余的大部分水脱除。,采用汽提液体的甘醇再浓缩塔,三甘醇脱水,第27页，共109页,流程和设备描述-汽提塔或再生塔,汽提液,汽提塔顶出口物流为水蒸汽与汽提液体的蒸气的混合物。该物流经冷凝器冷却，水和汽提液体被冷凝下来，进入分离器，两种液体被分离开来。水作为较重液体，落

16、至分离器底部并由液位控制系统抽出，送至处理系统。较轻的汽提液体浮在水层之上，进入汽提液体泵。,采用汽提液体的甘醇再浓缩塔,三甘醇脱水,第28页，共109页,流程和设备描述-汽提塔或再生塔,汽提液,汽提液体为异辛烷或类似的烃类物质，其在水中的溶解度比大多数烃类物质大，溶解度随温度升高而增加。因此，应尽可能降低出汽提塔冷凝器的液体温度，以减少出分离器的汽提液体在水中的溶解量。尽管汽提液体避免了汽提气排入大气，但重沸器需要额外的热负荷来汽化流入重沸器的汽提液体。所增加的热量（及燃料）约相当于相同甘醇浓度所需的汽提气体积的30%。分离器在常压下操作。根据需要给分离器补充汽提液体。汽提液体流率为进接触塔

17、甘醇流率的 520%。提高汽提液体流率会增大甘醇的浓度，甘醇的浓度可以达到99.9%。汽提液体工艺被专利持有者注册标名为 Drizo。一些原设计采用汽提气的脱水装置已改造采用汽提液体工艺，以降低重沸器燃料气和汽提气的消耗。,三甘醇脱水,第29页，共109页,流程和设备描述-汽提塔或再生塔,冷凝管,另一种将甘醇浓度提高到98.5%以上的方法是采用冷凝管工艺。流程与前面的相似，不同之处在于闪蒸罐气相空间有一换热器，接触塔出口富甘醇走该换热器的管内。缓冲罐的甘醇来自重沸器，甘醇浓度为97.598.5%。,带冷凝管的甘醇脱水塔,甘醇脱水装置流程,三甘醇脱水,第30页，共109页,流程和设备描述-汽提塔

18、或再生塔,冷凝管,缓冲罐中的气相组成为，水蒸汽约为60%，甘醇约为40%，温度与重沸器温度相同。缓冲罐气相空间换热器中富甘醇温度低于气相温度，气相被冷到100，其中部分水蒸汽被冷凝下来，落入收集槽，再从收集槽流入重沸器。,带冷凝管的甘醇脱水塔,甘醇脱水装置流程,三甘醇脱水,第31页，共109页,流程和设备描述-汽提塔或再生塔,冷凝管,将一些水蒸气冷凝下来的净效果是改变气液平衡，使一些水从液体甘醇中汽化出来，从而将甘醇浓度提高到99.5%以上。,带冷凝管的甘醇脱水塔,甘醇脱水装置流程,三甘醇脱水,第32页，共109页,流程和设备描述-汽提塔或再生塔,冷凝管,将冷凝管与汽提气组合起来可将甘醇的浓度

19、提高到 99.9%。将冷凝管和汽提气工艺组合起来所得的甘醇浓度为 99.7%以上。汽提气可以使TEG 浓度达到99.9%。汽提气来源是燃料气，流量用压力调节器来控制。,带冷凝管的甘醇脱水塔,三甘醇脱水,第33页，共109页,流程和设备描述-汽提塔或再生塔,冷凝管,气体流经重沸器中的盘管，温度升至重沸器的温度。气体从缓冲罐底沿汽提塔向上流动，与向下流动的TEG 逆流接触，将甘醇中的水汽提出来。汽提气自再生塔顶出来，该物流通常送入火炬或气体回收单元。,带冷凝管的甘醇脱水塔,三甘醇脱水,第34页，共109页,流程和设备描述-汽提塔或再生塔,冷凝管,各种贫甘醇浓度所需的汽提工艺贫甘醇浓度 汽提塔类型9

20、8.5%单汽提塔，无汽提气98.599.5%单汽提塔，有汽提气或汽提液体，或冷凝管99.599.9%两级汽提塔，有汽提气或汽提液体，或冷凝管,三甘醇脱水,第35页，共109页,流程和设备描述-缓冲罐,部分甘醇随接触塔出口气体物流及汽提塔出口水蒸汽离开装置。大多数脱水装置供应商宣称甘醇损失将不超过13 l/百万m3 气体。实际情况是，在设计气体流率下，甘醇损失通常约为65 l/百万m3 气体。缓冲罐可以作为甘醇储罐，不必连续加入以补充损失量。缓冲罐容量可保证约一个月的甘醇供应量。缓冲罐在常压或接近常压下操作，因此其制造所执行的压力容器规范不很严格。缓冲罐中的甘醇贫液温度约为93，因此应做防烫保温

21、。缓冲罐设有玻璃液位计来指示其中甘醇的液位，当液位下降时，应往系统中加入新鲜甘醇。,三甘醇脱水,第36页，共109页,流程和设备描述-缓冲罐,小型脱水装置中的缓冲罐中常设有贫富甘醇换热盘管。这种情形下，保持缓冲罐内甘醇的液位在盘管之上非常重要，这样可保证传热量最大。可能有必要每周向系统中补充一到两次甘醇，以保持缓冲罐中的液位高于盘管。,1,三甘醇脱水,第37页，共109页,流程和设备描述-缓冲罐,某些装置中的缓冲罐安装在重沸器之上。在重沸器和缓冲罐两部分之间有一个溢流堰，该堰顶部略高于火管，甘醇在汽提塔内向下流至重沸器，溢流过堰板进入缓冲罐。重沸器的液位总是在火管以上，不会产生低液位而由于过热

22、使火管熔化。,三甘醇脱水,第38页，共109页,流程和设备描述-甘醇换热器,出汽提塔的贫甘醇温度为 175200。为保证甘醇最大量吸收天然气中的水，甘醇在进接触塔前必须先冷却。冷却经以下两步完成：第一步是经贫富甘醇换热器换热。在此换热器中，贫液中热量的65%传递给进汽提塔富液。出此换热器的贫液温度为100。有几种贫富液换热器可供使用。小型脱水装置通常在缓冲罐内设盘管，管内走富液。热量从盘管外的热贫液传递给盘管内流动的富液。,三甘醇脱水,第39页，共109页,流程和设备描述-甘醇换热器,较大的装置有1 个或更多套管换热器，或一台板式换热器将贫甘醇的热量传递给富甘醇。该换热器对装置的总操作效率非常

23、重要，在该换热器中向富液传递的热量使重沸器所需热量降低。若不使用换热器，重沸器热量（和燃料气）会增加一倍。,三甘醇脱水,第40页，共109页,流程和设备描述-甘醇换热器,贫甘醇冷却的最后一步是将甘醇冷却至比接触塔进口气体温度高5左右。这一点经常是通过一换热器利用接触塔出口干气将接触塔进口贫甘醇冷却来实现的。气体的重量明显大于甘醇的重量，所以气体温度只升高12。在小型脱水装置中，贫甘醇气体换热器通常为套管式，经常是肉眼很难看出来。该换热器是接触塔出口气体管线四周外焊接一个管径较大的管线，在夹套管中走贫液。,三甘醇脱水,第41页，共109页,流程和设备描述-甘醇换热器,另一种甘醇气体换热器为设在接

24、触塔顶的盘管。这种类型换热器也用在小型装置中。大型甘醇脱水装置常采用空冷器冷却贫液。有些甘醇装置在接触塔中多设 23 块塔盘，利用出口气体冷却贫液。这些塔盘只是接触塔的一部分，作用是利用气体通过其中时产生的鼓泡冷却甘醇。在冷却塔盘上，几乎不吸收水分。,三甘醇脱水,第42页，共109页,流程和设备描述-甘醇泵,甘醇泵是常规的往复泵，或是流体驱动泵。在大多数小型脱水装置中使用流体驱动泵。活塞型往复泵一般用做大型装置中的甘醇循环泵。活塞的尺寸和数量取决于甘醇流率。这些泵通常用电机通过皮带来驱动。因此改变流率的唯一方法是改变皮带轮的尺寸，或设旁通管线将部分出口物流返回泵吸入口。大多数流体驱动甘醇泵由

25、Kimray 有限公司制造，常称为Kimray 泵。,三甘醇脱水,第43页，共109页,流程和设备描述-BTEX 脱除设施,BTEX是石油中常见的苯（benzene），甲苯（toluene）、乙基苯（ethylbenzene）、三种二甲基苯的异构体（o-xylene 邻二甲苯，m-xylene 间二甲苯，p-xylene 对二甲苯）的合称，属于单环芳烃类质。BTEX主要存在于原油和石油产品中，作为化工原料，广泛应用于农药、塑料和合成纤维等制造业。BTEX在生产、储存和运输过程中，容易释放到环境内，造成环境污染，并对生态系统和人体健康构成危害。,三甘醇脱水,第44页，共109页,流程和设备描述-

26、BTEX 脱除设施,天然气中大部分烃类不溶于甘醇中，这是甘醇用于从天然气脱除水蒸汽的主要原因之一。有一组烃类溶于甘醇。化学家们把它们定义为芳香烃。其化学结构与普通结构的烃类不同。本节所涉及的芳香烃为苯、甲苯、二甲苯和其它类似的烃类。这些液体常称为BTEX，它们被认为是致癌物质。如果进脱水装置的天然气含 BTEX，部分BTEX 将溶于甘醇中，它们的沸点范围为80150，该温度正好低于甘醇重沸器的温度。因此，BTEX 会从甘醇中汽化出来，与甘醇在接触塔中吸收的水蒸汽一起从再浓缩塔的顶部出来，若允许其扩散至大气中，会造成严重污染。,三甘醇脱水,第45页，共109页,流程和设备描述-BTEX 脱除设施

27、,从再浓缩塔中脱除 BTEX 设施的流程见图。流程简述如下：再生塔顶出来的气相中有水蒸汽、BTEX 蒸气和部分天然气。该物流经冷凝器将水和BTEX 冷凝下来，然后进入分离器，在此将水、天然气和BTEX 彼此分离开，天然气自分离器顶部出来。如果气体流率小于10m3/d，可排入大气中；若流率,大于400m3/d，则可能送入焚烧炉。较大流量的天然气可用压缩机和烃类气体回收设施处理。显然，气体的处理取决于气价与环境约束。,三甘醇脱水,第46页，共109页,流程和设备描述-BTEX 脱除设施,水自 BTEX 分离器底出来，靠重力进入排污系统，或用泵送入其它处理设施。BTEX 由分离器侧部抽出，经泵送入储

28、罐或其它处理设施。,三甘醇脱水,第47页，共109页,流程和设备描述-BTEX 脱除设施,在 1980 年以前，并不认为BTEX 是致癌物质，所以在甘醇脱水装置的设计和操作中并未考虑BTEX。在80 年代，科学家确认BTEX 有毒，并规定了甘醇脱水装置出口物流中BTEX 的浓度限制。结果，在BTEX 排放超标的脱水装置中，已设置或将要设置BTEX 脱除设施。前面介绍的流程是从甘醇再浓缩塔中脱除 BTEX 蒸气的若干设计方法之一，也可将BTEX 焚烧或使用其它方法处理。无论何种处理方法，通过设施的压降应尽可能降低，BTEX 单元的压降会使再生塔压力增加，进而会降低甘醇浓度，因此，会减少接触塔中甘

29、醇的脱水量。,三甘醇脱水,第48页，共109页,甘醇脱水的应用,常用甘醇脱水装置脱除管输供民用或工业用天然气中的水蒸汽。井中采出的天然气大部分含水蒸汽。也就是说，如果将气体冷却，水将冷凝下来。天然气管输之前，必须脱除水蒸汽，原因有以下三点：（1）会造成管道腐蚀。（2）会形成水合物，限制或堵塞管线中气体的流动。（3）会使燃气加热炉的燃烧器熄火，有可能造成爆炸。,三甘醇脱水,第49页，共109页,甘醇脱水的应用,气体中必须除去的水蒸汽量，主要取决于气体在所处管线及处理装置中的最低温度。在美国，大多数管输气水蒸汽的含量降低到气体温度降到1时也不会有水冷凝下来。在寒冷气候条件下，必须降低水蒸汽的含量，

30、以使在较低温度下，也不会有水冷凝下来。一些低温贫油吸收装置要求水蒸汽的含量降低到气体被制冷到40时不会结冰。甘醇脱水装置的其它应用如下：（1）脱除压缩空气的水份，使其能用于大型工业装置中重型机床或喷漆隔间的操作。（2）天然气进LNG 装置液化前进行脱水。（3）炼厂气或石化装置进料气脱水。,三甘醇脱水,第50页，共109页,甘醇脱水的应用,气体中必须除去的水蒸汽量，主要取决于气体在所处管线及处理装置中的最低温度。在美国，大多数管输气水蒸汽的含量降低到气体温度降到1时也不会有水冷凝下来。在寒冷气候条件下，必须降低水蒸汽的含量，以使在较低温度下，也不会有水冷凝下来。一些低温贫油吸收装置要求水蒸汽的含

31、量降低到气体被制冷到40时不会结冰。甘醇脱水装置的其它应用如下：（1）脱除压缩空气的水份，使其能用于大型工业装置中重型机床或喷漆隔间的操作。（2）天然气进LNG 装置液化前进行脱水。（3）炼厂气或石化装置进料气脱水。,三甘醇脱水,第51页，共109页,脱水装置的控制,合理控制脱水装置是使处理后气体质量合格而操作费用最低。气体质量指的是处理后气体中水蒸汽的含量。含水量应略低于处理后气体规定的水含量。若质量要求为 112mg m3，应始终维持处理后气体接近该规格。将气体干燥至规定值以下很多无任何价值，事实上，优于质量指标过多进行干燥会造成操作费用的浪费。主要操作费用是汽提塔重沸器所需燃料或其它热源

32、、汽提气及Kimray 或其它流体驱动泵用气体。,三甘醇脱水,第52页，共109页,脱水装置的控制-气体中水蒸汽的含量,天然气中含水蒸汽，就如空气有湿度一样。气体中水蒸汽含量用 mg 水/m3 气体或kg/百万m3表示。几乎所有的气藏和油藏都位于水层之下。因此，采出的天然气都被水蒸汽饱和。换句话说，其相对湿度为100%。若采出的天然气被冷却，部分水会冷凝下来。水蒸汽的含量取决于天然气的温度和压力；压力增大，水蒸汽的含量会下降；但随着温度升高，水蒸汽含量会增大。,三甘醇脱水,第53页，共109页,脱水装置的控制-气体中水蒸汽的含量,图中 的曲线图为各种温度和压力下天然气中水蒸汽的最大含量。该图用

33、来确定气井或油井采出的天然气中水蒸汽的含量。,三甘醇脱水,第54页，共109页,脱水装置的控制-气体中水蒸汽的含量,气体温度 45气体压力 7500,气体中水蒸汽含量 1220mg/m3,三甘醇脱水,第55页，共109页,脱水装置的控制-气体中水蒸汽的含量,气体温度 24气体压力 7500,气体中水蒸汽含量 725mg/m3,三甘醇脱水,第56页，共109页,脱水装置的控制-气体中水蒸汽的含量,注意，将气体冷却 11，可将水蒸汽含量从1220 降到 725mg/m3，减少了40%。因此进脱水装置的气体温度应尽可能的低，以减少脱水装置所要脱除水蒸汽的量。气体冷却的最低温度应高于水合物的形成温度。

34、,三甘醇脱水,第57页，共109页,脱水装置的控制-气体中水蒸汽的含量,进脱水装置天然气流率为3 百万m3/d，操作温度38，压力7500 kPa。处理后气体进入冷冻处理装置，温度降至18。干气的露点为23。求天然气日脱水量。,三甘醇脱水,第58页，共109页,脱水装置的控制-气体中水蒸汽的含量,入口气体温度 38 入口气体压力 7500kPa,入口天然气含水量900kg/百万m3,三甘醇脱水,第59页，共109页,脱水装置的控制-气体中水蒸汽的含量,出口气体露点23气体压力 7500kPa,出口气体含水量（在 D.P 温度下）19kg/百万m3,三甘醇脱水,第60页，共109页,脱水装置的控

35、制-气体中水蒸汽的含量,入口天然气含水量 900kg/百万m3出口气体含水量 19 kg/百万m3脱水装置脱除的水量 881 kg/百万m3气体流率 3百万m3/d 脱水总量/日 881X3=2623kg/d,三甘醇脱水,第61页，共109页,脱水装置的控制-气体中水蒸汽的含量,进脱水装置天然气流率为1.4 百万m3/d，操作温度35，压力5000 kPa。出口气体含水量为112kg/百万m3。求日脱水量。,三甘醇脱水,第62页，共109页,脱水装置的控制-气体中水蒸汽的含量,入口气体温度 35 入口气体压力 5000kPa,入口天然气含水量1060kg/百万m3,三甘醇脱水,第63页，共10

36、9页,脱水装置的控制-气体中水蒸汽的含量,入口气体含水量 1060kg/百万m3 出口气体含水量 112 kg/百万m3脱水装置脱除的水量 948 kg/百万m3气体流率 1.4百万m3/d脱水总量/日 1.4X948=1327kg/d,三甘醇脱水,第64页，共109页,脱水装置的控制-露点,由于甘醇装置的目的是脱除天然气中的水分，可通过测定接触塔出口气体中的含水量来评定装置的性能。含水量经常用测量气体露点的设备来测定。露点是当气体冷却时其中的水开始冷凝的温度。在露点温度下气体的相对湿度为100%。换句话说，含水蒸汽的天然气被冷却到某一温度，在该温度下部分水变为液相，当水开始变为液相时的温度即

37、为露点温度。,三甘醇脱水,第65页，共109页,脱水装置的控制-露点,露点温度下天然气中的含水量取决于气体压力。图为不同温度和压力下天然气的含水量。当气体处于露点温度时，它的含水量为曲线上气体压力和露点温度下的那个点。,三甘醇脱水,第66页，共109页,脱水装置的控制-气体中水蒸汽的含量,出脱水装置气体的露点为7，压力6000kPa。求露点温度下气体的含水量。,得水蒸汽含量为75kg/百万m3,三甘醇脱水,第67页，共109页,脱水装置的控制-水合物,水合物是水和天然气在 0以上冻结的混合物。未经脱水的气体冷却到水合物形成温度且有水存在时，就会形成水合物。水合物会限制或完全堵塞流体流动。水合物

38、形成的条件见图。,三甘醇脱水,第68页，共109页,脱水装置的控制-水合物,水合物常在生产汇管和空冷器中形成。在冬季，由于环境冷却作用，气体温度会降到水合物形成的温度。若气体中有水蒸汽冷凝，就会形成水合物，阻碍流体流动。为避免脱水装置形成水合物，进入脱水器的气体温度应比水合物形成点高一定的安全值。通常气体在进脱水装置前，都先进行压缩和冷却。在寒冷的冬季操作时，气体冷却器的操作要使出口气体温度比水合物形成温度高1015。,三甘醇脱水,第69页，共109页,脱水装置的控制-水合物,海上平台油井采出的天然气，经 3 级压缩增压到8 500kPa。出口天然气流经一空冷器和分液罐，然后进脱水塔。计算水合

39、物形成的温度及出空冷器气体的最低温度。气体压力 8 500kPa,在气体压力下水合物形成的温度 18 温度安全余量 12 出空冷器的最低温度 30,三甘醇脱水,第70页，共109页,脱水装置的控制-水合物,只要出脱水装置的气体露点低于设计值，装置就能正常运行，无论操作条件如何。但令人满意的操作未必是理想操作。当出口气体含水量略低于规格要求，且装置操作费用最低时的操作才为理想操作。装置的主要费用为重沸器的燃料气和汽提气。因此，为降低操作费用，应尽量使燃料气和汽提气的流率最小。重沸器燃料流率（或其它热源流率）取决于甘醇的流率。甘醇流率增大 10%，重沸器的热量也增加10%。汽提气的流率取决于要求从

40、天然气中脱除的水量所需的甘醇浓度。因为这些参数是甘醇脱水装置的主要控制参数，所以以下将对每项进行详细介绍。,三甘醇脱水,第71页，共109页,脱水装置的控制-甘醇流率,进接触塔的甘醇流率主要取决于入口气体温度及接触塔的塔盘数。表列出从天然气中脱除1kg水蒸汽所需的甘醇流率。,脱水装置接触塔有 6 块塔盘，如果入口气体温度为32，则脱除1kg 水蒸汽所需的甘醇循环流率为24L。,三甘醇脱水,第72页，共109页,脱水装置的控制-甘醇流率,甘醇脱水装置每天自气体物流中脱除 2623kg 水蒸汽。接触塔有8 块塔盘，入口气体温度为38。确定甘醇流率。脱除水蒸汽的量 2623kg/d,在38和8 块塔

41、盘条件下的单位甘醇流率 24 l/kg甘醇日流率 2623x24=62 952 l 甘醇分钟流率 62952/24/60=43.7l/min,三甘醇脱水,第73页，共109页,脱水装置的控制-甘醇浓度,处理后气体中剩余水蒸汽的含量主要取决于进接触塔甘醇的浓度。如果甘醇浓度为100%，则可以将气体中的水全部脱除。浓度低，脱水量也低，换句话说，处理后气体将含有较多水蒸汽。甘醇浓度指的是甘醇溶液中甘醇的百分比和水的百分比，浓度98%的溶液中含水2%，含甘醇98%。,三甘醇脱水,第74页，共109页,脱水装置的控制-甘醇浓度,所需的TEG 浓度取决于入口气体温度和处理后气体的露点。图为不同入口气体温度

42、下，处理后气体满足各种露点条件所需的TEG 浓度。,三甘醇脱水,第75页，共109页,脱水装置的控制-甘醇浓度,甘醇浓度在再浓缩塔中控制，通过提高重沸器温度或使用汽提液体来增大甘醇浓度。图为不同重沸器温度和不同海拔高度下的甘醇浓度。如前所述，重沸器最高温度为204。温度过高时甘醇会分解。为保证有一定的安全系数，最高温度控制为194，这时在海平面处的甘醇浓度为98.4%。注意在较高的海拔高度下可得到较高的浓度。,三甘醇脱水,第76页，共109页,脱水装置的控制-甘醇浓度,气体进入位于海平面处的脱水装置，温度为29。处理后气体露点要求为2，求接触塔中所需甘醇浓度和再生塔中重沸器中甘醇的温度。,从图

43、查得甘醇浓度应为98.0%。,三甘醇脱水,第77页，共109页,脱水装置的控制-甘醇浓度,气体进入位于海平面处的脱水装置，温度为29。处理后气体露点要求为2，求接触塔中所需甘醇浓度和再生塔中重沸器中甘醇的温度。从图查得甘醇浓度应为98.0%。,从图中查得重沸器温度为183可得到98.0%的浓度。,三甘醇脱水,第78页，共109页,脱水装置的控制-甘醇浓度,如果所需浓度太高，重沸器温度无法达到，则需使用汽提流体。最常用的使用汽提气的设计流程见图。在该流程中，汽提气注入至重沸器底部，鼓泡通过重沸器的甘醇，与水蒸汽一起自汽提塔顶出来。,三甘醇脱水,第79页，共109页,脱水装置的控制-甘醇浓度,汽提

44、气的效果见图所示曲线。只有重沸器温度达到最大值时，约为193，才使用汽提气。,三甘醇脱水,第80页，共109页,脱水装置的控制-甘醇浓度,气体进脱水装置温度为 40，处理后气体露点为3，甘醇循环流率为30 l/kg。确定甘醇浓度和汽提气流率。,从图 可知，TEG 浓度为98.9%。,三甘醇脱水,第81页，共109页,从图可知，在以上甘醇循环流率下，浓度达到98.9%时汽提气流率为38 l 气体/l TEG。,脱水装置的控制-甘醇浓度,气体进脱水装置温度为 40，处理后气体露点为3，甘醇循环流率为30 l/kg。确定甘醇浓度和汽提气流率。从图 可知，TEG 浓度为98.9%。,三甘醇脱水,第82

45、页，共109页,脱水装置的控制-甘醇浓度,大多数甘醇装置的主要费用为重沸器的热量消耗，每升循环溶液约需要燃料气 7.5升，或与之等当量物。因此，应保持最小循环量，除非使用汽提流体。汽提气的体积通常约为重沸器燃料气的5 倍。因此，高甘醇流率、低汽提气流率要比低甘醇流率、高汽提气流率的经济性好。本节图表准确度为 9095%。各种教科书、文献和化学品供应商提供的甘醇处理性质有很大区别。本分册中的资料来源为各种可靠资料的平均值，以及作者的实际操作经验。,三甘醇脱水,第83页，共109页,脱水装置的控制-其它控制点,尽管甘醇浓度和流率控制为收银机控制点，但其它控制点对于装置的稳定操作也同样重要。脱水装置

46、的其它控制点通常包括如下内容：（1）接触塔和闪蒸罐的液位控制。调节器应调校为能保持容器出口液体流率均匀，不使液体产生非稳态流动。保持流量稳定而允许罐中液位上下波动几cm比保持罐中液位稳定而使液体流量产生波动更好。将液位调节器的比例度设在50%以上可以保持流量稳定。（2）闪蒸罐压力调节器。该仪表应调校为能保持压力在设计点14kPa范围内。压力不必精确地保持在设计点处。,三甘醇脱水,第84页，共109页,脱水装置的控制-其它控制点,（3）通过从罐或储罐向缓冲罐填加新鲜甘醇来维持缓冲罐液位。富甘醇液位应始终保持高于盘管。其它液位应在1/2 液位之上，如果液位太低，甘醇泵会由于甘醇液位不足而发生气阻。

47、（4）进接触塔的甘醇贫液温度应比入口气体温度高510，以防气体被冷却而使部分烃冷凝，造成接触塔起泡。（5）过滤器两侧的压降。当压降达到140kPa或制造商规定的数值时，应更换过滤器滤芯。当振荡试验表明过滤器失效时，应更换活性炭。,三甘醇脱水,第85页，共109页,脱水装置的控制-甘醇脱水装置控制小结,影响处理后气体水蒸汽含量（或露点）的四个因素：（1）入口气体温度（2）甘醇流率（3）重沸器温度（4）汽提流体流率（如使用的话）如果入口气体温度可以控制的话，应尽可能降低，但应高于水合物形成的温度。,三甘醇脱水,第86页，共109页,脱水装置的控制-甘醇脱水装置控制小结,对其它控制因素进行调节的步骤

48、如下：（1）使重沸器在最高操作温度-193下操作。（2）对无汽提流体的脱水装置，调节甘醇流率以满足露点规格要求。（3）对有汽提流体的脱水装置，参照表 2，调节甘醇流率以满足露点规格要求。脱水装置脱除的水分若比要求的多，会浪费燃料气和汽提流体。如果要求处理后气体露点为5，而出装置气体露点为10，则装置脱除的水分比所要脱除的水分多，应降低甘醇浓度或流率，直到出装置气体露点略低于规定值，如4。,三甘醇脱水,第87页，共109页,脱水装置的控制-甘醇脱水装置控制小结,以下脱水装置中，接触塔设有8 块塔盘，确定甘醇流率、浓度和汽提气流率。入口气体温度 43 入口气体压力 5500kPa 入口气体流率 1

49、百万m3/d 处理后气体水蒸汽含量 112kg/百万m3,三甘醇脱水,第88页，共109页,脱水装置的控制-甘醇脱水装置控制小结,以下脱水装置中，接触塔设有8 块塔盘，确定甘醇流率、浓度和汽提气流率。入口气体温度 43 入口气体压力 5500kPa 入口气体流率 1百万m3/d 处理后气体水蒸汽含量 112kg/百万m31 求脱除的水蒸汽重量2 处理后气体露点3.8 块塔盘，43条件下的单位甘醇流率4.在入口气体温度及露点规格条件下的甘醇浓度5已知 TEG 浓度时，满足浓度要求的汽提气流率和单位甘醇流率,三甘醇脱水,第89页，共109页,脱水装置的控制-甘醇脱水装置控制小结,接触塔设有8 块塔

50、盘入口气体温度 43 入口气体压力 5500kPa 入口气体流率 1百万m3/d 处理后气体水蒸汽含量 112kg/百万m31 求脱除的水蒸汽重量 112kg/百万m3入口气体流率 1百万m3/d 脱除的水蒸汽 1388 kg/百万m3气体日流率 1 百万m3/d日脱除总水量 1388x1=1388kg,三甘醇脱水,第90页，共109页,脱水装置的控制-甘醇脱水装置控制小结,接触塔设有8 块塔盘入口气体温度 43 入口气体压力 5500kPa 入口气体流率 1百万m3/d 处理后气体水蒸汽含量 112kg/百万m31 求脱除的水蒸汽重量,1500kg/百万m3,三甘醇脱水,第91页，共109页