甘醇脱水一、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／m，这是大多数天然气所含水量的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。天然气中水蒸汽的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。甘醇是用于脱除天然气中水蒸汽的液体名称。三甘醇（TEG）是天然气脱水的常用溶液。在有些老装置中采用二甘醇(DEG)溶液，但其脱水效果不如TEG。图S-3-1甘醇脱水装置流程和设备描述图S-3-2为典型的甘醇脱水装置的简化流程。流程如下所述：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被脱除出来，进入外输管线或其它接收终端。接触塔底收集的甘醇中含有从气体中吸收的水蒸汽，称其为富甘醇。富液流入汽提塔后再生，在此，溶液通过重沸器加热，将在接触塔中吸收的水蒸气汽化出来，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，并用泵送入接触塔。实际的甘醇脱水装置所包含的设备要比所示的多，流程简述如下：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。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出装置。•贫甘醇进入接触塔顶部塔盘，横穿塔盘流过并下落至下层塔盘。液体依次横穿塔盘并向下流动，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有的气体或烃类液体。•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管理系统：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。•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。甘醇在汽提塔内向下流动，然后进入重沸器，重沸器一般会用燃气加热炉。•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。1、接触塔在接触塔中脱除气体中的水蒸气。接触塔为能承受压力的容器，严格按照规范制造，通常设有4～12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，使气体在溶液中分散。塔径小于或等于45厘米的接触塔，可采用填料代替塔盘。塔盘数将影响甘醇从气体中脱出水蒸气的量。塔盘数越多，脱出的水蒸气量就越大。接触塔通常称为吸收塔，无论叫什么，其功能是一样的，即用甘醇吸收的方法脱出气体中的水蒸气。闪蒸罐•在接触塔内部部分气体溶解富液中，溶解在甘醇中的气体取决于温度和压力。通常，每升甘醇可溶解约7.5升气体（1加仑的甘醇可溶解1立方英尺的气体）。此外，入口气体还可能含有烃类液体，这些烃类液体会聚集在接触塔底，并随着富液离开接触塔。•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液体和气体与甘醇分离开的分离器。其顶部出口气体通常进入燃料气系统，气体流量由压力控制管理系统调节。操作压力通常在350～500Kpa之间。•闪蒸罐有两套液位控制管理系统，一套用来调节烃类液体流量，另一套用来调节甘醇流量。典型的闪蒸罐参见图S-3-4。•通常气体量少于10000m/d的装置不设闪蒸罐，这是由于回收的气体量不足以抵消安装闪蒸罐的投资。3、甘醇过滤器甘醇在系统内循环时，会吸收随入口气体进入的固体颗粒。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他的可溶液体。这些杂质可能会导致接触塔起泡。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150-200Kpa之间。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前正好达到制造商推荐的最大值之前更换滤芯。•使用活性炭过滤器脱出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，应来更换，而当出现此情况时压降并不发生明显的变化。•活性炭过滤器的过滤效果能够最终靠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的活性碳。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，二者取最先发生者，应更换活性炭。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汽提塔高约2米，设有2～3块塔盘，若直径小于50cm，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。温度控制管理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影响甘醇在接触塔中从气体中脱除水量的重要的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97．5～99.5％(wt)。高纯度的甘醇从气体中除去的水量比低纯度的要高。若贫甘醇液浓度为l00％，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175～205，使甘醇浓度达97．5～98．5％。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。一定要采用提高重沸器温度以外的其它方法。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汽。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 水蒸气，进而提高其浓度。汽提气通常从燃料气管线抽出进入重沸器，用调节阀来控制流 量。加大汽提气流率，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15～75升气体/升甘醇。在过高的汽提气 流率下，甘醇浓度并无显著增加。 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。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塔中汽提气流率，可以使甘醇浓度达到 99．9％。 ．汽提液体 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，如图S-3-8所示。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 自重沸器的向下流动的甘醇接触，将甘醇中剩余的大部分水脱除。 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。落至分离器底部并由液位控制管理系统抽出，送至处理系统， 较轻的汽提液体浮在水层之上，进入汽提液体系。 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，流程见图S-3-9， 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97．5～98．5％。 •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不高于气相温度，气相被冷却到100，其中部 分水蒸汽被冷凝下来，进入收集槽，再从收集槽流入重沸器。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。 将冷凝管与汽提气组合起来可将甘醇的浓度提高到99.9％，带有汽提气的流 程示于图S-3-10。 汽提气来源是燃料气，流量用压力调节器来控制。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。各种贫甘醇浓度所需的汽提工艺 贫甘醇浓度 汽提塔类型 98．5％ 98.5—99 .5％ 单汽提塔，有汽提气或汽提液体，或冷凝管 99．5—99．9％ 两级汽提塔，有汽提气或汽提液体，或冷凝管 、缓冲罐 部分甘醇随接触塔出口气体物流以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。真实的情况是，在设计气体流率下， 甘醇损失通常为65L／百万m3气体。 缓冲罐可当作甘醇储罐，不必连续加入甘醇以补充损失量。缓冲罐容量能保 证甘醇一个月的用量。 缓冲罐在常压或接近常压下操作，因此其制造所执行的能承受压力的容器规范不很严格， 缓冲罐中的甘醇贫液温度约为93，因此应做防烫保温。 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。 小型脱水装置中的缓冲罐中常设有贫富甘醇换热盘管，参见图S-3-11。这种情形下，保持缓冲罐内甘醇的液位 在盘管之上很重要。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。 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下流至重沸器，溢流过堰板 进入缓冲罐，重沸器的顶部总是在火管以上，不会产 生低液位而由于过热使火管熔化。 甘醇换热器出汽提塔的贫甘醇温度为175～200。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：