1、天然气脱水医学宣教天然气脱水医学宣教第一节第一节 天然气水合物天然气水合物一、天然气饱和含水量一、天然气饱和含水量二、天然气水合物二、天然气水合物2天然气脱水医学宣教一、天然气饱和含水量一、天然气饱和含水量 天然气饱和水含量的大小取决于温度、压力和气体组成。确天然气饱和水含量的大小取决于温度、压力和气体组成。确定天然气饱和水含量的方法有三类：定天然气饱和水含量的方法有三类：图解法、实验法和状态方程图解法、实验法和状态方程法法。根据气体内是否含有酸气，天然气饱和含水量与压力、温度根据气体内是否含有酸气，天然气饱和含水量与压力、温度的关系分为两类：一类为不含酸气的关系分为两类：一类为不含酸气(或酸
2、气含量较少或酸气含量较少)的称的称甜气图甜气图，另一类为含酸性气体的称另一类为含酸性气体的称酸气图酸气图。3天然气脱水医学宣教1、甜气图、甜气图 如图，天然气饱和水含量随压力、如图，天然气饱和水含量随压力、温度的变化关系。可见，压力越高、温温度的变化关系。可见，压力越高、温度越低，饱和水含量越小。度越低，饱和水含量越小。在一定压力下与天然气饱和水含量在一定压力下与天然气饱和水含量相对应的温度称为相对应的温度称为天然气水露点天然气水露点。在某一压力下，水露点愈低，饱和在某一压力下，水露点愈低，饱和含水量愈小。当气体实际温度高于水露含水量愈小。当气体实际温度高于水露点时，气体处于未饱和状态，无液态
3、水点时，气体处于未饱和状态，无液态水析出；当气体实际温度低于水露点时，析出；当气体实际温度低于水露点时，气体过饱和，有液态水析出。气体过饱和，有液态水析出。4天然气脱水医学宣教 当天然气相对密度当天然气相对密度0.60.6时，气体饱和水含量降低，可乘以时，气体饱和水含量降低，可乘以相对相对密度修正系数密度修正系数进行修正。进行修正。天然气与含盐水接触也会降低天然气的饱和水含量，可乘以天然气与含盐水接触也会降低天然气的饱和水含量，可乘以含含盐修正系数盐修正系数进行修正。进行修正。5天然气脱水医学宣教 sxgt水中含盐量，g/L；气体相对密度；气体温度，。6天然气脱水医学宣教2 2、酸气图、酸气图
4、 当压力小于当压力小于2.0MPa2.0MPa时，酸气浓度对天然气含水量的影响不大，时，酸气浓度对天然气含水量的影响不大，可以按甜气图查得。可以按甜气图查得。高压时，高压时，天然气饱和含水量随酸气浓度的增大而增大天然气饱和含水量随酸气浓度的增大而增大。压力大。压力大于于2.0 MPa2.0 MPa时，可用时，可用CampbellCampbell法求酸性天然气含水量。法求酸性天然气含水量。Campbell Campbell法：法：hcW2COW2H SW按甜气查得的天然气中水的质量浓度，按甜气查得的天然气中水的质量浓度，mg/m3；CO2中水的质量浓度，中水的质量浓度，mg/m3；H2S中水的质
5、量浓度，中水的质量浓度，mg/m3；y气体组分摩尔分数。气体组分摩尔分数。2222ShchcCOCOH SH SWy WyWyW7天然气脱水医学宣教天然气内饱和天然气内饱和COCO2 2的有效水含量的有效水含量 天然气内饱和天然气内饱和H H2 2S S的有效水含量的有效水含量 8天然气脱水医学宣教3 3、饱和含水量的测试方法饱和含水量的测试方法 有多种气体含水量测定方法，常见的有有多种气体含水量测定方法，常见的有露点法露点法、吸收质量法吸收质量法和和KarlKarlFischerFischer（卡尔卡尔-费希尔费希尔）法。）法。1)1)露点法：在恒定压力下，气体以一定流量流经露点法：在恒定压
6、力下，气体以一定流量流经露点仪露点仪，仪器的测量，仪器的测量腔室内有抛光金属镜面，其温度可人为控制精确调节并准确测定。腔室内有抛光金属镜面，其温度可人为控制精确调节并准确测定。随着镜面温度逐步降低，气体被水饱和时镜面上开始结露，此时的随着镜面温度逐步降低，气体被水饱和时镜面上开始结露，此时的镜面温度即为水露点。由水露点查表可得气体饱和含水量。镜面温度即为水露点。由水露点查表可得气体饱和含水量。2)2)吸收法：气体通过吸收法：气体通过充满充满P P2 2O O5 5的吸收管的吸收管，吸收剂，吸收剂P P2 2O O5 5吸收气体内的水分，吸收气体内的水分，精确测定精确测定P P2 2O O5 5
7、的质量增加值和通过吸收管的气体量，即可求得气体的质量增加值和通过吸收管的气体量，即可求得气体内的含水量。内的含水量。3)Karl-Fischer3)Karl-Fischer法：利用法：利用卡尔卡尔-费希尔试剂费希尔试剂吸收天然气中的水分，测出吸收天然气中的水分，测出中和卡尔中和卡尔-费希尔试剂所需的天然气量即可求得气体的含水量。卡尔费希尔试剂所需的天然气量即可求得气体的含水量。卡尔-费希尔试剂的配制：费希尔试剂的配制：8 mol 8 mol吡啶吡啶+2 mol+2 mol二氧化硫二氧化硫+15 mol+15 mol甲醇甲醇+1 mol+1 mol碘碘9天然气脱水医学宣教二、天然气水合物二、天然
8、气水合物 在一定温度和压力条件下、天然气的某些组分与液态水生在一定温度和压力条件下、天然气的某些组分与液态水生成的一种外形像冰、但晶体结构与冰不同的笼形化合物称为成的一种外形像冰、但晶体结构与冰不同的笼形化合物称为天天然气水合物然气水合物。1 1、物理性质、物理性质 白色固体结晶，外观类似压实的冰雪；白色固体结晶，外观类似压实的冰雪；轻于水、重于液烃轻于水、重于液烃，相对密度为，相对密度为0.960.96 0.980.98；半稳定性，在大气环境下很快分解。半稳定性，在大气环境下很快分解。10天然气脱水医学宣教2 2、结构、结构 采用采用X X射线衍射法对水合物进行结构测定发现，气体水合射线衍射
9、法对水合物进行结构测定发现，气体水合物是由多个填充气体分子的笼状晶格构成的晶体，晶体结构有物是由多个填充气体分子的笼状晶格构成的晶体，晶体结构有三种类型：三种类型：I I、IIII、H H型型。1 1）I I型晶体结构：体心立方结构，由型晶体结构：体心立方结构，由4646个水分子构成，共有个水分子构成，共有8 8个笼个笼状晶格，可容纳状晶格，可容纳8 8个气体分子。其中个气体分子。其中6 6个大的（个大的（1212个正五边形、个正五边形、2 2个正六边形组成的十四面体，平均自由直径个正六边形组成的十四面体，平均自由直径0.590.59纳米）、纳米）、2 2个个小的（正五边形组成的十二面体，平均
10、自由直径小的（正五边形组成的十二面体，平均自由直径0.520.52纳米）。纳米）。分子式为分子式为S S2 2L L6 646H46H2 20 0 11天然气脱水医学宣教2 2）IIII型晶体结构：金刚石晶体立方结构，由型晶体结构：金刚石晶体立方结构，由136136个水分子构成，个水分子构成，共有共有2424个笼状晶格，可容纳个笼状晶格，可容纳2424个气体分子。其中个气体分子。其中8 8个大的个大的（1212个正五边形、个正五边形、4 4个正六边形组成的十六面体，平均自个正六边形组成的十六面体，平均自由直径由直径0.690.69纳米）、纳米）、1616个小的（正五边形组成的十二面体，个小的（
11、正五边形组成的十二面体，平均自由直径平均自由直径0.480.48纳米）。纳米）。分子式为分子式为S S1616L L8 8136H136H2 20 0 12个正五边形、个正五边形、2个正六边形个正六边形正五边形正五边形12个正五边形、个正五边形、4个正六边形个正六边形12天然气脱水医学宣教3 3）H H型晶体结构：对型晶体结构：对H H型水合物尚处于研究中，知之甚少，型水合物尚处于研究中，知之甚少，H H型水合型水合物由物由3434个水分子构成，共有个水分子构成，共有6 6个笼状晶格，可容纳个笼状晶格，可容纳6 6个气体分子。个气体分子。其中其中1 1个大的（个大的（1212个正五边形、个正五
12、边形、8 8个正六边形组成的二十面个正六边形组成的二十面体）、体）、2 2个中的（个中的（3 3个正四边形、个正四边形、6 6个正五边形、个正五边形、3 3个正六边形个正六边形组成的十二面体）、组成的十二面体）、3 3个小的（正五边形组成的十二面体）。个小的（正五边形组成的十二面体）。分子式为分子式为S S3 3S S 2 2L L1 134H34H2 20 0 13天然气脱水医学宣教 由于晶格空腔有大有小，因此不同直径的气体分子会形成不同类型由于晶格空腔有大有小，因此不同直径的气体分子会形成不同类型的气体水合物。的气体水合物。天然气中天然气中CHCH4 4、C C2 2H H6 6、C0C0
13、2 2、H H2 2S S可形成稳定的可形成稳定的I I型水合物。每个气体分型水合物。每个气体分子周围有子周围有6 6 8 8个水分子，即：个水分子，即：CHCH4 46H6H2 2O CO C2 2H H6 68H8H2 2O HO H2 2S6HS6H2 2O O C0C02 26H6H2 2O O 大分子量组分大分子量组分C C3 3H H8 8和和i-Ci-C4 4H H1010(异丁烷异丁烷)仅能进入仅能进入IIII型水合物内的大腔型水合物内的大腔室，形成室，形成IIII型水合物。每个气体分子周围有型水合物。每个气体分子周围有1717个水分子，即：个水分子，即：C C3 3H H8
14、817H17H2 2O O i-Ci-C4 4H H101017H17H2 2O O。气体分子填满腔室的程度取决于外部压力和温度，腔室内充满气体气体分子填满腔室的程度取决于外部压力和温度，腔室内充满气体分子程度愈高、水合物愈稳定。腔室未被气体分子占据时，结构处于亚分子程度愈高、水合物愈稳定。腔室未被气体分子占据时，结构处于亚稳定状态，称为稳定状态，称为相相；气体分子占有腔室后形成稳定结构，称；气体分子占有腔室后形成稳定结构，称H H相相。14天然气脱水医学宣教3 3、生成条件、生成条件（1 1）气体处于水蒸汽的过饱和状态或者有液态水，即气体和液）气体处于水蒸汽的过饱和状态或者有液态水，即气体和
15、液态水共存；态水共存；（2 2）一定的压力温度条件）一定的压力温度条件高压、低温；高压、低温；（3 3）气体处于紊流脉动状态，如：压力波动或流向突变产生搅）气体处于紊流脉动状态，如：压力波动或流向突变产生搅动，或有晶种动，或有晶种(固体腐蚀产物、水垢等固体腐蚀产物、水垢等)存在都会促进产生存在都会促进产生水合物。水合物。因此，在孔板、弯头、阀门、管线上计量气体温因此，在孔板、弯头、阀门、管线上计量气体温度的温度计井等处极易产生水合物。度的温度计井等处极易产生水合物。15天然气脱水医学宣教4 4、图解法预测水合物的生成、图解法预测水合物的生成 即当水分条件满足时，预测生成水合物的压力、温度条件。
16、即当水分条件满足时，预测生成水合物的压力、温度条件。常用的图解法有两种，一种是只考虑气体相对密度的常用的图解法有两种，一种是只考虑气体相对密度的相对密相对密度法度法，另一种是考虑相对密度和酸气含量的，另一种是考虑相对密度和酸气含量的酸性气体图酸性气体图。（1）相对密度法）相对密度法 曲线左上方为水合物存在区。右下方曲线左上方为水合物存在区。右下方为水合物不可能存在区。为水合物不可能存在区。已知气体相对密度，由图可查一定温已知气体相对密度，由图可查一定温度下生成水合物的压力，或在一定压力度下生成水合物的压力，或在一定压力下生成水合物的温度。下生成水合物的温度。回归相关式：回归相关式：16天然气脱
17、水医学宣教（2）酸性气体图）酸性气体图 若天然气中同时含有若天然气中同时含有CO2和和H2S时，将时，将CO2折算成折算成H2S含量含量，折算关系为折算关系为1 mol H2S=0.75 mol CO2，求得，求得H2S总含量。总含量。根据气体压力、根据气体压力、H2S含量、含量、气体相对密度，可以查图得到水气体相对密度，可以查图得到水合物生成温度。合物生成温度。C3含量校正含量校正：根据：根据H2S含量、含量、气体内气体内C3含量、气体压力可查得含量、气体压力可查得修正值。修正值。C3含量高时修正值为正，含量高时修正值为正，低时为负。低时为负。17天然气脱水医学宣教 5、防止水合物生成的方法
18、、防止水合物生成的方法 破坏水合物的生成条件即可防止水合物的生成。主要有三种破坏水合物的生成条件即可防止水合物的生成。主要有三种方法（方法（1）加热气流，使气体温度高于气体水露点；（）加热气流，使气体温度高于气体水露点；（2）对天然）对天然气进行干燥剂脱水，使其露点降至操作温度以下；（气进行干燥剂脱水，使其露点降至操作温度以下；（3）向气流）向气流中注入抑制剂。目前广泛采用的抑制剂是中注入抑制剂。目前广泛采用的抑制剂是水合物抑制剂水合物抑制剂，90年代年代以后开发的动力学抑制剂和防聚剂也日益受到重视和使用。以后开发的动力学抑制剂和防聚剂也日益受到重视和使用。动力动力学抑制剂学抑制剂和和防聚剂防
19、聚剂的共同特点是不改变生成水合物的压力、温度的共同特点是不改变生成水合物的压力、温度条件，而是通过延缓水合物成核和晶体生长或阻止水合物聚结和条件，而是通过延缓水合物成核和晶体生长或阻止水合物聚结和生长，从而防止水合物堵塞管道。生长，从而防止水合物堵塞管道。1）长距离输气管线水合物的预防措施）长距离输气管线水合物的预防措施 对于长距离输气管线要防止水合物的生成可以采用如下方法：对于长距离输气管线要防止水合物的生成可以采用如下方法：天然气脱水，天然气脱水，降低气体内水含量和水露点降低气体内水含量和水露点；提高输送温度，提高输送温度，使气体温度高于气体水露点；使气体温度高于气体水露点；注入水合物抑制
20、剂。注入水合物抑制剂。天然气脱水是天然气脱水是长距离输气管线长距离输气管线防止水合物生成的最有效和最防止水合物生成的最有效和最彻底的方法。彻底的方法。18天然气脱水医学宣教2）矿场采气管线和集气管线水合物的预防措施）矿场采气管线和集气管线水合物的预防措施 采气管线上：气体通过控制阀或孔板时，气体压力降低，同时采气管线上：气体通过控制阀或孔板时，气体压力降低，同时发生发生J-T效应，气体膨胀降温，使节流件下游易生成水合物而堵塞效应，气体膨胀降温，使节流件下游易生成水合物而堵塞管线。管线。集气管线：管线的热损失使气体温度降低，使下游易生成水合集气管线：管线的热损失使气体温度降低，使下游易生成水合物
21、而堵塞管线。物而堵塞管线。矿场采气管线和集气管线，防止水合物生成的方法：矿场采气管线和集气管线，防止水合物生成的方法：加热；加热；注入抑制剂。注入抑制剂。常用的加热设备是蒸汽逆流式套管换热器和水套炉。常用的加热设备是蒸汽逆流式套管换热器和水套炉。6、水合物抑制剂、水合物抑制剂 某些盐和醇类溶解于水中，吸引水分子，改变水合物相的化学某些盐和醇类溶解于水中，吸引水分子，改变水合物相的化学位，降低气体水合物生成温度和或提高水合物生成压力，从而防位，降低气体水合物生成温度和或提高水合物生成压力，从而防止生成水合物。这类物质称止生成水合物。这类物质称水合物抑制剂水合物抑制剂或热力学抑制剂，俗称防或热力学
22、抑制剂，俗称防冻剂。冻剂。19天然气脱水医学宣教 水合物抑制剂主要有两大类：氯化物和醇类。水合物抑制剂主要有两大类：氯化物和醇类。氯化物抑制剂氯化物抑制剂 多数氯化物，如多数氯化物，如NaCl、KCl、MgCl2、CaCl2和和AlCl3等都能用作等都能用作水合物抑制剂，其防冻效果为：水合物抑制剂，其防冻效果为：Al3+Mg2+Ca2+Na+K+。缺点缺点：有腐蚀性并有腐蚀性并易在金属表面沉积；易在金属表面沉积；只适用于只适用于处理小流量、处理小流量、露点要求不高的场合。因此，在实践中很少采用。露点要求不高的场合。因此，在实践中很少采用。醇类抑制剂醇类抑制剂 用作水合物抑制剂的醇类主要有：甲醇
23、用作水合物抑制剂的醇类主要有：甲醇(MeOH)、乙二醇、乙二醇(EG)或二或二甘醇甘醇(DEG)，三者对比：，三者对比：甲醇使水合物生成温度的降幅最大，抑制效果最好，乙二醇次之，二甘甲醇使水合物生成温度的降幅最大，抑制效果最好，乙二醇次之，二甘醇最小。醇最小。甲醇的凝点远低于乙二醇和二甘醇，因而甲醇适用于任何气体温度，而甲醇的凝点远低于乙二醇和二甘醇，因而甲醇适用于任何气体温度，而乙二醇不得用于温度低于乙二醇不得用于温度低于-9、二甘醇不得用于低于、二甘醇不得用于低于-6的场合。的场合。20天然气脱水医学宣教甲醇的蒸气压最高，容易汽化，可直接注入（一般不回收）；乙二醇甲醇的蒸气压最高，容易汽化
24、，可直接注入（一般不回收）；乙二醇与二甘醇的蒸气压低，必需经与二甘醇的蒸气压低，必需经喷雾头喷雾头将甘醇雾化成小液滴分散于气流将甘醇雾化成小液滴分散于气流内才能有效地抑制水合物的生成，乙二醇与二甘醇的气相损失小，需内才能有效地抑制水合物的生成，乙二醇与二甘醇的气相损失小，需建回收装置回收、再生后循环使用。建回收装置回收、再生后循环使用。甲醇的投资低、但操作费用高（常用于气量小、断续注人、防止季节甲醇的投资低、但操作费用高（常用于气量小、断续注人、防止季节性生成水合物和临时性管线和设备的防冻）；乙二醇和二甘醇投资高、性生成水合物和临时性管线和设备的防冻）；乙二醇和二甘醇投资高、但操作费用低（常用
25、于气量大、需连续注入抑制剂的场合）。但操作费用低（常用于气量大、需连续注入抑制剂的场合）。甲醇对已形成的水合物有一定解冻作用。甲醇对已形成的水合物有一定解冻作用。甲醇具有中等毒性，需采取相应的防护措施。甲醇具有中等毒性，需采取相应的防护措施。甘醇类抑制剂与液态烃的分离困难甘醇类抑制剂与液态烃的分离困难,造成一部分甘醇损失造成一部分甘醇损失,因而甘醇抑因而甘醇抑制剂适用于温度较高的场合。制剂适用于温度较高的场合。与乙二醇相比，二甘醇的蒸气压低、气相损失小，但防冻效果不如乙与乙二醇相比，二甘醇的蒸气压低、气相损失小，但防冻效果不如乙二醇。二醇。乙二醇和甲醇是最常用的水合物抑制剂。乙二醇和甲醇是最常
26、用的水合物抑制剂。21天然气脱水医学宣教 甘醇水溶液的凝点（粘稠甘醇水溶液的凝点（粘稠糊状）与其在水溶液中的质量糊状）与其在水溶液中的质量浓度有关。浓度有关。从图中可以看出，从图中可以看出，质量浓度质量浓度6075时凝点最时凝点最低，流动性最好。因此，在实低，流动性最好。因此，在实践中常用该浓度范围的甘醇水践中常用该浓度范围的甘醇水溶液作为抑制剂。溶液作为抑制剂。22天然气脱水医学宣教第二节第二节 甘醇脱水甘醇脱水 一、甘醇一、甘醇二、甘醇脱水原理流程二、甘醇脱水原理流程三、三甘醇脱水典型流程三、三甘醇脱水典型流程四、甘醇再生方法四、甘醇再生方法五、甘醇脱水的主要设备五、甘醇脱水的主要设备六、
27、甘醇污染和质量要求六、甘醇污染和质量要求23天然气脱水医学宣教 天然气脱水可以采用的方法有：甘醇吸收脱水、固体干燥天然气脱水可以采用的方法有：甘醇吸收脱水、固体干燥剂吸附脱水、冷凝脱水以及国内外正在研发的膜分离脱水等。剂吸附脱水、冷凝脱水以及国内外正在研发的膜分离脱水等。其中甘醇脱水和固体干燥剂脱水是油气田最常用的天然气脱其中甘醇脱水和固体干燥剂脱水是油气田最常用的天然气脱水方法。水方法。脱水深度用脱水深度用露点降露点降表示，是指进入脱水装置前气体露点与表示，是指进入脱水装置前气体露点与脱水后气体露点之差。脱水后气体露点之差。24天然气脱水医学宣教一、甘醇一、甘醇1、甘醇、甘醇 甘醇有很强的吸
28、水性能甘醇有很强的吸水性能。甘醇是乙二醇的缩聚物，称为多。甘醇是乙二醇的缩聚物，称为多缩乙二醇，俗称甘醇。其化学通式为缩乙二醇，俗称甘醇。其化学通式为CnH2n(OH)2。2个乙二醇缩聚生成一个二甘醇和一个水，二甘醇和乙二个乙二醇缩聚生成一个二甘醇和一个水，二甘醇和乙二醇再缩聚可以生成一个三甘醇和一个水。醇再缩聚可以生成一个三甘醇和一个水。2、与二甘醇相比，三甘醇脱水的优点、与二甘醇相比，三甘醇脱水的优点沸点高，因此可以在较高温度下再生，再生贫液浓度高，气体沸点高，因此可以在较高温度下再生，再生贫液浓度高，气体露点降高。露点降高。蒸气压低，因而三甘醇的蒸发和被气体的携带损失小。蒸气压低，因而三
29、甘醇的蒸发和被气体的携带损失小。分解温度高，热稳定性好，不易受热变质，对再生有利。分解温度高，热稳定性好，不易受热变质，对再生有利。脱水操作费用低。脱水操作费用低。因此，三甘醇脱水应用较为广泛。因此，三甘醇脱水应用较为广泛。25天然气脱水医学宣教二、甘醇脱水原理流程二、甘醇脱水原理流程 甘醇脱水工艺主要甘醇脱水工艺主要由甘醇由甘醇高压吸收高压吸收和和常压常压加热再生加热再生两部分组成。两部分组成。（少量甘醇蒸气）26天然气脱水医学宣教三、三甘醇脱水典型流程三、三甘醇脱水典型流程1一吸收塔；一吸收塔；2一气贫甘醇换热器；一气贫甘醇换热器；3一分流阀；一分流阀；4一冷却盘管；一冷却盘管；5一再生塔
30、；一再生塔；6一重沸器；一重沸器；7一甘醇缓冲罐；一甘醇缓冲罐；8一贫富甘醇换热器；一贫富甘醇换热器；9一富甘醇预热换热器；一富甘醇预热换热器；10-闪蒸分离器；闪蒸分离器；1 1一织一织物过滤器；物过滤器；12一活性炭过滤器；一活性炭过滤器；13一甘醇泵；一甘醇泵；14-涤气段涤气段底部的涤气段27天然气脱水医学宣教四、甘醇再生方法四、甘醇再生方法1、降压再生：甘醇再生在常压下进行，降低重沸器压力至真空状态，、降压再生：甘醇再生在常压下进行，降低重沸器压力至真空状态，在相同重沸温度下能提高甘醇溶液浓度。在相同重沸温度下能提高甘醇溶液浓度。2、汽提再生：以湿气或干气作为汽提气，、汽提再生：以湿
31、气或干气作为汽提气，在再生塔的高温下其为不饱和气体，在与在再生塔的高温下其为不饱和气体，在与甘醇富液接触中能够降低溶液表面的水蒸甘醇富液接触中能够降低溶液表面的水蒸汽分压，从甘醇内吸收大量水汽，从而提汽分压，从甘醇内吸收大量水汽，从而提高甘醇贫液浓度。汽提气可直接注入重沸高甘醇贫液浓度。汽提气可直接注入重沸器，也可经汽提柱注入，后者提浓效果更器，也可经汽提柱注入，后者提浓效果更好。好。1一再生塔；一再生塔；2一重沸器；一重沸器；3一贫液汽提柱；一贫液汽提柱；4-甘醇换热器。甘醇换热器。28天然气脱水医学宣教3、共沸再生：在重沸器内，、共沸再生：在重沸器内，共沸剂共沸剂与与甘醇溶液中的残留水形成
32、低沸点共甘醇溶液中的残留水形成低沸点共沸物汽化，从再生塔顶流出，经冷沸物汽化，从再生塔顶流出，经冷却冷凝进入分离器分出水后，共沸却冷凝进入分离器分出水后，共沸剂用泵打回重沸器循环使用。剂用泵打回重沸器循环使用。采用的共沸剂应具有不溶于水采用的共沸剂应具有不溶于水和三甘醇，与水能形成低沸点共沸和三甘醇，与水能形成低沸点共沸物，无毒，蒸发损失小等性质。常物，无毒，蒸发损失小等性质。常用的共沸剂是异辛烷。用的共沸剂是异辛烷。1一重沸器；一重沸器；2一再生塔；一再生塔；3一冷却器；一冷却器；4-共沸物分离器；共沸物分离器；5一循环泵；一循环泵；6一甘醇换热器。一甘醇换热器。29天然气脱水医学宣教五、甘
33、醇脱水的主要设备五、甘醇脱水的主要设备 1、入口分离器、入口分离器 入口分离器的作用是分出进料湿天然气内的液体和固体杂质，如：入口分离器的作用是分出进料湿天然气内的液体和固体杂质，如：游离水、液烃、泥沙和铁锈等固体杂质以及流程上游采气、集气过程中游离水、液烃、泥沙和铁锈等固体杂质以及流程上游采气、集气过程中加人气流内的各种化学剂等。加人气流内的各种化学剂等。进料湿天然气内液体和固体杂质的存在会带来以下几个方面的危害：进料湿天然气内液体和固体杂质的存在会带来以下几个方面的危害：液烃及固体杂质液烃及固体杂质使塔内甘醇容易发泡、堵塞塔板，使塔内甘醇容易发泡、堵塞塔板，降低甘醇脱水降低甘醇脱水能力能力
34、；游离水增加了甘醇循环量、重沸器热负荷、热耗，以及游离水增加了甘醇循环量、重沸器热负荷、热耗，以及甘醇损失甘醇损失量增多。量增多。盐水可使钢材腐蚀，以及重沸器盐水可使钢材腐蚀，以及重沸器火管表面局部过热和结焦等。火管表面局部过热和结焦等。因此，为保证脱水质量并延长装置的使用寿命，必须在吸收操作之因此，为保证脱水质量并延长装置的使用寿命，必须在吸收操作之前进行液、固杂质的分离。前进行液、固杂质的分离。30天然气脱水医学宣教2、吸收塔、吸收塔1）组成）组成 吸收塔的组成包括四部分：吸收塔的组成包括四部分：底部的涤气段：与入口分离器构成底部的涤气段：与入口分离器构成两级涤气两级涤气，以减小气体杂质对
35、甘醇的，以减小气体杂质对甘醇的污染；污染；中部吸收段；中部吸收段；顶部的气贫甘醇冷却盘管：控制贫甘醇溶液与气体有合适的温差；顶部的气贫甘醇冷却盘管：控制贫甘醇溶液与气体有合适的温差；捕雾器。捕雾器。2）类型）类型 吸收塔可采用板式塔或填料塔吸收塔可采用板式塔或填料塔：塔径小于塔径小于035 m时，用常规填料塔。时，用常规填料塔。大型脱水装置往往采用板式塔或规整填料塔。在相同气体处理量下，规大型脱水装置往往采用板式塔或规整填料塔。在相同气体处理量下，规整填料塔的塔径小，塔高比板式塔小。整填料塔的塔径小，塔高比板式塔小。31天然气脱水医学宣教3）塔板数量）塔板数量 塔板数量、甘醇贫液浓度和循环量是
36、影响气体露点降的因塔板数量、甘醇贫液浓度和循环量是影响气体露点降的因素。塔板数愈多、甘醇贫液浓度愈高、循环量愈大则气体露点素。塔板数愈多、甘醇贫液浓度愈高、循环量愈大则气体露点降愈大。其中塔板数量对气体露点降的影响最大。降愈大。其中塔板数量对气体露点降的影响最大。根据脱水目的和对干气露点要求，吸收塔塔板数一般为根据脱水目的和对干气露点要求，吸收塔塔板数一般为412块。若为满足管输气的脱水要求，一般为块。若为满足管输气的脱水要求，一般为68块。由于甘醇块。由于甘醇溶液容易发泡，塔板间必须有足够的间距，常为溶液容易发泡，塔板间必须有足够的间距，常为0.6 m。顶层塔。顶层塔板与捕雾器间距为板与捕雾
37、器间距为1.5倍的塔板间距。倍的塔板间距。32天然气脱水医学宣教已知：塔压、塔温、甘醇溶液进出塔器的浓度、进出塔气体水含量。已知：塔压、塔温、甘醇溶液进出塔器的浓度、进出塔气体水含量。求：理论平衡塔板数和实际塔板数。求：理论平衡塔板数和实际塔板数。吸收塔塔板数确定步骤：吸收塔塔板数确定步骤：查出一定塔温下，不同甘醇浓查出一定塔温下，不同甘醇浓度所对应的气体平衡露点。度所对应的气体平衡露点。33天然气脱水医学宣教查出一定塔压下，不同查出一定塔压下，不同平衡露点温度所对应的平衡露点温度所对应的气体平衡水含量。气体平衡水含量。由此得到一定压力、温度条由此得到一定压力、温度条件下，不同甘醇浓度下所对件
38、下，不同甘醇浓度下所对应的气体平衡水含量。作出应的气体平衡水含量。作出曲线曲线ODB。34天然气脱水医学宣教作出操作线作出操作线 F点表示塔顶甘醇浓度和点表示塔顶甘醇浓度和气体平衡水含量，气体平衡水含量，A点表示塔点表示塔底甘醇浓度和气体平衡水含量，底甘醇浓度和气体平衡水含量，连线连线AF表示塔内气体含水量表示塔内气体含水量的变化情况，称的变化情况，称操作线操作线。35天然气脱水医学宣教作图确定理论塔板数作图确定理论塔板数 由点由点A作垂线交作垂线交ODB线于线于B点，说明进入塔底的湿气与点，说明进入塔底的湿气与甘醇富液接触、达到平衡状态甘醇富液接触、达到平衡状态时，气体达到时，气体达到B点所
39、对应的水点所对应的水含量，即一块理论塔板达到的含量，即一块理论塔板达到的脱水效果；脱水效果；B点的水平线交点的水平线交AF线于线于C点，点，C点的垂直线交点的垂直线交ODB线于线于D点，说明达到塔顶点，说明达到塔顶要求的气体水含量所需塔板数要求的气体水含量所需塔板数为为CECD。理论塔板数理论塔板数=1+CECD 36天然气脱水医学宣教 每块理论塔板按每块理论塔板按4块实际塔板计，则：块实际塔板计，则：实际塔板数实际塔板数=理论塔板数理论塔板数 4 4 若采用填料塔，填料高度的确定：若采用填料塔，填料高度的确定：处理低露点气体时，每块理论塔板相当于处理低露点气体时，每块理论塔板相当于2.4 m
40、高的填料，高的填料，处理中等露点气体时，每块理论塔板相当于处理中等露点气体时，每块理论塔板相当于1.2 m高的填料。高的填料。4）塔径）塔径 按气体处理量确定塔径：按气体处理量确定塔径：按能够分出按能够分出120150m甘醇液滴粒径确定气体允许流速甘醇液滴粒径确定气体允许流速 37天然气脱水医学宣教5）操作参数）操作参数（1）塔压）塔压 塔压的确定应考虑这样几个方面：塔压的确定应考虑这样几个方面：塔压对吸收效果的影响：高压低温有利于吸收，当塔压对吸收效果的影响：高压低温有利于吸收，当塔压小于塔压小于20 MPa时，操作压力对气体露点降影响极小。时，操作压力对气体露点降影响极小。塔压对处理量的影
41、响：塔压增大，使原料气的饱和水含量降低，需塔压对处理量的影响：塔压增大，使原料气的饱和水含量降低，需要脱出的水量减少，可增大气体处理量。要脱出的水量减少，可增大气体处理量。塔压对设备尺寸和壁厚的影响：塔压对设备尺寸和壁厚的影响：塔压增大，在一定气体处理量下，塔压增大，在一定气体处理量下，塔内气体流速减小，可减小塔径，但壁厚增大。塔内气体流速减小，可减小塔径，但壁厚增大。塔压的大小受原料气压力的制约。塔压的大小受原料气压力的制约。因而，在考虑原料气压力的基础上，吸收塔压力和塔制造费用、因而，在考虑原料气压力的基础上，吸收塔压力和塔制造费用、操作成本间存在寻优问题。一般，塔压在操作成本间存在寻优问
42、题。一般，塔压在3.48.3 MPa间的经济性间的经济性较好。较好。38天然气脱水医学宣教（2）塔温）塔温 吸收塔内液相负荷很小，塔的温吸收塔内液相负荷很小，塔的温度与原料气温度接近。度与原料气温度接近。原料气温度的确定应考虑这样几原料气温度的确定应考虑这样几个方面：个方面：对吸收效果的影响：对吸收效果的影响：一方面，温度愈一方面，温度愈低，气体与甘醇接触后的气体平衡露低，气体与甘醇接触后的气体平衡露点愈低，脱水效果愈好；另一方面，点愈低，脱水效果愈好；另一方面，温度太低使得甘醇粘度太大影响有效温度太低使得甘醇粘度太大影响有效脱水，并容易和气体内的液烃生成稳脱水，并容易和气体内的液烃生成稳定乳
43、状液产生泡沫，因而要求不低于定乳状液产生泡沫，因而要求不低于22 。气体平衡露点与温度的关系39天然气脱水医学宣教对处理量的影响：温度降低，原料气饱和含水量减小，需要脱出对处理量的影响：温度降低，原料气饱和含水量减小，需要脱出的水量减少，可增大气体处理量。的水量减少，可增大气体处理量。对设备尺寸的影响：对设备尺寸的影响：温度降低，在一定气体处理量下，塔内气体温度降低，在一定气体处理量下，塔内气体流速减小，可减小塔径。流速减小，可减小塔径。水合物问题：水合物问题：原料气温度应大于水合物生成温度。原料气温度应大于水合物生成温度。蒸发损失问题：温度愈高，蒸发损失愈大。蒸发损失问题：温度愈高，蒸发损失
44、愈大。塔温一般要求不得高塔温一般要求不得高于于49，否则将导致甘醇蒸发损失过大。，否则将导致甘醇蒸发损失过大。冷凝负荷和设备的投资问题：如果冷凝负荷和设备的投资问题：如果原料气温度过高，应经冷却后原料气温度过高，应经冷却后进塔。进塔。因此应综合考虑冷凝能耗、设备投资、脱水效果和费用，从因此应综合考虑冷凝能耗、设备投资、脱水效果和费用，从中寻找平衡，据此确定吸收塔温。推荐吸收塔温为中寻找平衡，据此确定吸收塔温。推荐吸收塔温为2738。40天然气脱水医学宣教（3）甘醇贫液进塔温度）甘醇贫液进塔温度 甘醇贫液进塔温度的确定应考虑这样两个方面：甘醇贫液进塔温度的确定应考虑这样两个方面：蒸发损失问题：贫
45、液温度过高，甘醇蒸发损失增大，会被流出蒸发损失问题：贫液温度过高，甘醇蒸发损失增大，会被流出吸收塔的气体带走，为达到要求的气体露点降不得不增大甘醇吸收塔的气体带走，为达到要求的气体露点降不得不增大甘醇循环量。循环量。发泡问题：贫液温度也不能低于出塔气体温度，否则气液接触发泡问题：贫液温度也不能低于出塔气体温度，否则气液接触时气体骤冷会析出液烃，造成甘醇发泡。时气体骤冷会析出液烃，造成甘醇发泡。甘醇贫液进塔温度一般高于出塔气体温度甘醇贫液进塔温度一般高于出塔气体温度5左右。左右。41天然气脱水医学宣教（4）甘醇浓度）甘醇浓度 贫液浓度：直接影响干气露点，在贫液浓度：直接影响干气露点，在甘醇循环量
46、和吸收塔塔板数一定的甘醇循环量和吸收塔塔板数一定的前提下，贫液浓度愈高，干气露点前提下，贫液浓度愈高，干气露点愈低。愈低。富液浓度：塔底富液浓度对吸收塔富液浓度：塔底富液浓度对吸收塔底部几层塔板的脱水效果有影响，底部几层塔板的脱水效果有影响，所以不能过低，而且富液浓度过低所以不能过低，而且富液浓度过低会增大重沸器热负荷。会增大重沸器热负荷。一般控制贫、富液浓度差小于一般控制贫、富液浓度差小于6%。气体平衡露点与甘醇浓度的关系42天然气脱水医学宣教（5）甘醇循环量）甘醇循环量 常以从气体中脱出单位质量水所需要的甘醇体积数来表示甘醇常以从气体中脱出单位质量水所需要的甘醇体积数来表示甘醇循环量。循环
47、量的大小会影响到两方面：循环量。循环量的大小会影响到两方面：气体的露点降：在吸收塔塔板数和甘醇贫液浓度一定的条件下，甘气体的露点降：在吸收塔塔板数和甘醇贫液浓度一定的条件下，甘醇循环量愈大，气体的露点降就愈大醇循环量愈大，气体的露点降就愈大。重沸器的热负荷：甘醇循环量正比于重沸器的热负荷。即甘醇循环重沸器的热负荷：甘醇循环量正比于重沸器的热负荷。即甘醇循环量愈大，重沸器的热负荷愈大。量愈大，重沸器的热负荷愈大。因此，在满足所需脱水深度的前提下，循环量应愈小愈好。近因此，在满足所需脱水深度的前提下，循环量应愈小愈好。近代大型脱水装置的循环量已减少到代大型脱水装置的循环量已减少到17 Lkg，小型
48、装置多数为，小型装置多数为25 Lkg，最大不应超过，最大不应超过59 Lkg。43天然气脱水医学宣教3、闪蒸分离器、闪蒸分离器 闪蒸分离器的作用是从甘醇富液内分出烃蒸气和凝析油。闪蒸分离器的作用是从甘醇富液内分出烃蒸气和凝析油。甘醇中含烃带来的问题：含烃甘醇直接进入低压再生塔内甘醇中含烃带来的问题：含烃甘醇直接进入低压再生塔内将闪蒸出大量烃蒸气，增大再生过程的甘醇损失，甚至破坏陶将闪蒸出大量烃蒸气，增大再生过程的甘醇损失，甚至破坏陶瓷填料。瓷填料。闪蒸分离器的操作压力大多为闪蒸分离器的操作压力大多为0.240.34 MPa，操作温度，操作温度为为75.93，甘醇停留时间为，甘醇停留时间为15
49、30 min。44天然气脱水医学宣教4、过滤器、过滤器 甘醇溶液往往采用织物过滤器和活性炭过滤器进行过滤。甘醇溶液往往采用织物过滤器和活性炭过滤器进行过滤。织物过滤器织物过滤器由布、纸、或玻璃纤维织物为过滤介质，用来除由布、纸、或玻璃纤维织物为过滤介质，用来除去甘醇溶液内大于去甘醇溶液内大于5m的固体颗粒，以防止甘醇泵磨损、甘醇发的固体颗粒，以防止甘醇泵磨损、甘醇发泡、吸收塔和再生塔污染、重沸器火管产生局部过热点、金属腐泡、吸收塔和再生塔污染、重沸器火管产生局部过热点、金属腐蚀等问题。蚀等问题。活性炭过滤器活性炭过滤器主要是用于清除甘醇溶液内含有的液烃、泵、主要是用于清除甘醇溶液内含有的液烃、
50、泵、压缩机等增压设备的润滑油以及流程上游注入的各种化学剂等杂压缩机等增压设备的润滑油以及流程上游注入的各种化学剂等杂质。质。45天然气脱水医学宣教5、再生塔、再生塔1）类型）类型 再生塔大多采用填料塔，充填再生塔大多采用填料塔，充填1.22.4 m高的陶瓷或不锈钢高的陶瓷或不锈钢填料，甘醇循环量愈大、热负荷愈大则需要的填料高度愈大。大填料，甘醇循环量愈大、热负荷愈大则需要的填料高度愈大。大型装置有时也采用板式塔。型装置有时也采用板式塔。2）组成）组成 再生塔由再生段和顶部冷却盘管两部分组成。顶部冷却盘管再生塔由再生段和顶部冷却盘管两部分组成。顶部冷却盘管以甘醇富液为冷剂，使升至塔顶的部分水蒸汽
