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1、1,表6-1 天然气的质量指标,2,第一节 天然气脱除酸性组分的方法,天然气脱水就是脱除天然气中的水蒸气，使其露点或含水量达到一定的要求。,第一节 概 述,1、低温冷凝法,2、溶剂吸收脱水法,3、固体吸附脱水法,3,第二节 溶剂吸收法脱水,一、甘醇脱水的基本原理和物理性质,4,每个甘醇分子中都有两个羟基（）。羟基在结构上与水相似，可以形成氢键，氢键的特点是能和电负性较大的原子相连，包括同一分子或另一分子中电负性较大的原子。这是甘醇与水能够完全互溶的根本原因。,5,表7-1 甘醇的物理性质,6,二、TEG吸收脱水的工艺流程,7,提高三甘醇贫液浓度的方法主要采用气体汽提法。,8,三、含硫天然气脱水
2、,9,2、含硫天然气TEG脱水存在的主要问题（1）系统构成复杂，可能泄漏的点增多，运行管理要求高，运行成本较高；（2）各集气站均需要设置尾气焚烧炉对TEG闪蒸过程中的含硫气进行焚烧后排放，环境污染较大；（3）TEG存在一定的降解，TEG更换较频繁，运行成本高；（4）湿气及富液对设备的腐蚀严重；（5）需从天然气净化厂建一条高压净化气管道至各集气站，且汽提气还需增压后才能返回原料气中，流程复杂；（6）废弃的TEG处理困难。,10,四、工艺操作条件,影响三甘醇脱水装置操作的主要因素是吸收塔的操作条件、三甘醇贫液浓度和三甘醇循环量。而三甘醇贫液浓度又是最关键的因素。,1、吸收温度,甘醇溶液的吸收温度一
3、般为1054，但最好在2738。吸收温度低于21时，甘醇溶液粘度过大，起泡增多，因而使塔板效率降低，甘醇损失增加，如低于10，脱水效果就明显下降。吸收温度高于43，进料气中含水量太高，而且甘醇溶液的脱水能力也会下降。,11,2、塔内压力,通常认为3.458.27MPa的脱水压力是最经济,3、吸收塔的塔板数,25%的塔板效率,相邻塔板的间隔一般为610mm,4、贫甘醇的温度,贫甘醇温度较吸收塔的出口气体温度高38。,12,5、甘醇的浓度,图7.7 吸收塔温度、进塔TEG贫液质量分数和出塔干气平衡露点关系,离开吸收塔的气体的实际露点，一般较平衡露点高58。,13,6、甘醇重（再）沸器温度,把重沸器
4、的温度限制在177199之间，,7、重沸器的压力,重沸器的压力一般接近于常压。,8、汽提气,使用被水蒸气饱和的湿气作为汽提气。,图7.8气提气量对TEG质量分数的影响,14,9、甘醇比循环量,三甘醇的比循环量一般为12.533L/kg水,10、精馏柱温度,精馏柱顶的温度可通过调节柱顶回流量使其保持在99左右，柱顶温度低于93时，由于水蒸气冷凝量过多，会在柱内产生液泛，甚至将液体从塔顶吹出；柱顶温度超过104时，甘醇就可能显著地被蒸发而损失。,15,表7-2 甘醇脱水装置操作温度推荐值,循环量和塔板数固定时，三甘醇浓度愈高则露点降愈大；循环量和三甘醇浓度固定时，塔板数愈多则露点降愈大，但一般都不
5、超过10块实际塔板；,循环量、浓度与塔板数的相互关系,塔板数和三甘醇浓度固定时，循环量愈大则露点降愈大，但循环量升到一定程度后，露点降的增加值明显减少，而且循环量过大会导致重沸器超负荷，动力消耗过大，故最高不应超过33L/kg水。,17,五、TEG吸收脱水主要设备的设计计算,1、吸收塔直径计算,2、吸收塔塔板数的确定,18,3、闪蒸分离器,停留时间，min。两相分离器为510min；三相分离器为2030min；,4、再生塔,精馏柱的直径：,19,5、重沸器,（1）重沸器热负荷,（2）重沸器的尺寸,重沸器火管表面平均热通量的正常范围是18kW/m225 kW/m2，最高不超过31 kW/m2。,
6、20,第三节 固体吸附法脱水,一、吸附操作原理,tB吸附过程的转效点,单一可吸附物质（水汽）的气体混合物在固定床上的基本吸附过程,C0进料气的浓度,CB转效点浓度。,图1 吸附转效曲线,图1（b）中阴影部分为吸附传质段，其长度用hz表示；在吸附传质段上部的吸附剂床层已被吸附物所饱和，称为饱和吸附段，其长度用hs表示；在吸附传质下部的吸附剂则尚未吸附物质，称为未吸附段，其长度用hb表示；当AA线到达床层出口端时，达到了吸附的转效点，出口气流中吸附物浓度迅速上升，床层必须进行再生。,22,二、吸附剂,主要有活性氧化铝、硅胶、分子筛等,23,1、活性氧化铝,2、硅胶,SiO2.nH2O,24,3、分
7、子筛,Me某些碱金属或碱土金属离子，如Na+、K+、Ca2+等；,分子直径为2.73.1,分子筛作为吸附剂的显著优点是：,（1）具有很好的选择吸附性,（2）具有高效吸附特性,(3)在较高温下只有分子筛才是有效的脱水剂。,25,表7-6 各种分子筛性能表,26,三、吸附法脱水,1、吸附法脱水工艺流程,27,2、酸性天然气分子筛脱水,图7.12 酸性天然气分子筛脱水工艺流程示意图,28,4、分子筛吸附器设计计算,（1）吸附周期确定,短周期8小时,24小时周期,应作全面的技术经济分析来确定吸附周期。,3、分子筛吸附器设计计算,2）吸附器直径,（2）吸附器直径计算,（3）吸附剂用量计算,式中：m吸附剂
8、用量，m3；wH每小时脱出的水量，kg/h；吸附周期，h；xS吸附剂动态饱和吸附量，kg（水）/kg（吸附剂）；,g分子筛的堆密度，kg/m3。,3、分子筛吸附器设计计算,（4）吸附传质区长度,式中：hZ吸附传质区长度，m；A系数，分子筛=0.6；q床层截面积的水负荷，kg/m2.h；vg空塔线速，m/min；进吸附器气体相对湿度，以%表示。,3、分子筛吸附器设计计算,（5）转效点计算,式中：B到达转效点时间，h；x选用的分子筛有效吸附容量，%；hT整个床层长度，m；,3、分子筛吸附器设计计算,（6）气体通过床层的压力降,式中：P压降，kPa；L床层高度，m；气体粘度，mPa.s；vg气体流速
9、，m/min；g气体操作状态密度，kg/m3。,3、分子筛吸附器设计计算,（7）再生气用量计算,再生气进吸附器温度一般为260左右。当再生气出吸附器温度升到180200，并恒温约2小时后，可认为再生完毕。,1）再生加热所需的热量,式中：Q1加热分子筛的热量，kJ；Q2加热吸附器本身(钢材)的热量，kJ；Q3脱附吸附水的热量，kJ；Q4加热铺垫的瓷球的热量，kJ；,34,图8 再生过程的温度变化曲线,1.再生气进床层的温度变化曲线2.再生气出床层的温度变化曲线3.原料湿气温度（环境温度）,吸附剂的再生过程可划分为A、B、C、D四个阶段:在A阶段，烃类全部被脱附，水的脱附集中在阶段B，阶段C主要清
10、除重烃等不易脱附的物质，增加再生后吸附剂的湿容量，阶段D则冷却床层至吸附温度。T2110，T3127，TB116，T4175260。再生气体温度和流量控制了每一阶段的时间。,3、分子筛吸附器设计计算,式中：G再生气用量，kg；Q再生加热所需的热量，kJ；cp再生气用定压比热，kJ/(kg.)；再生气平均温降，；t2再生加热结束时气体出口温度，；t3再生气进吸附器时的温度，。,吸附后床层温度是t1，热再生气进出口平均温度为t2,2）再生加热所需的气量计算,3、分子筛吸附器设计计算,3）冷却吸附器计算,冷却吸附塔需移去的热量Q，总共需冷却气量（G）：,吸附后床层温度是t 1，热再生气进出口平均温度
11、为t 2，冷却气初温为（再生气的初温）ta,3、分子筛吸附器设计计算,4）加热炉热负荷：,一般取再生气出加热炉的温度比再生气进吸附器时的温度t3高1015，加热炉热负荷Q。,式中：G再生加热气量，kg/h；cpm平均比热，kJ/(kg.)；ta再生气进加热炉温度，。,四、脱水工艺的选择,三甘醇法用于一般要求的场合，分子筛用于深度脱水。,能耗小，操作费用低；处理量小时，可作成撬装式，紧凑并造价低，搬迁 和移动方便，预制化程度高；三甘醇使用寿命长，损失量小，成本低；脱水后干气露点可达-30左右，能满足一般的天然 气脱水要求。干气露点不能满足深冷回收轻烃凝液的要求；原料气中携带有轻质油时，易起泡，破坏吸收。,1、三甘醇吸收脱水的优缺点,2、吸附法脱水的优缺点,脱水后，气体中水含量可低于1ppm，露点温度可达-70 以下；对进料气的温度，压力，流量变化不敏感，操作弹性大；操作简单，占地面积小。对于大装置，设备投资大，操作费用高；气体压降大于溶剂吸收脱水；吸附剂使用寿命短，一般使用三年就得更换；能耗高，低处理量时更明显。,
