天然气脱水工艺设计.doc

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1、新疆工程学院设计2013 届 题 目 天然气脱水工艺设计 专 业 石油化工生产技术 学生姓名 学 号 2010231211 小组成员 指导教师 完成日期 2013年4月7日 新疆工程学院教务处印制新疆工程学院毕 业 论 文（设 计） 任 务 书班级 105（3）班 专业 石油化工生产技术 姓名 董 翔 日期 2013.4.7 1、论文（设计）题目： 天然气脱水工艺设计 2、论文（设计）要求：（1）学生应在教师指导下按时完成所规定的内容和工作量，最好是独立完成。（2）选题有一定的理论意义与实践价值，必须与所学专业相关。（3）主题明确，思路清晰。（4）文献工作扎实，能够较为全面地反映论文研究领域内

2、的成果及其最新进展。（5）格式规范，严格按系部制定的论文格式模板调整格式。（6）所有学生必须在 月 日之前交论文初稿。3、论文（设计）日期：任务下达日期 2013.3 完成日期 2013.4.7 4、指导教师签字： 管述哲 新疆工程学院毕 业 论 文（设 计）成 绩 评 定 报 告序号评分指标具 体 要 求分数范围得 分1学习态度努力学习，遵守纪律，作风严谨务实，按期完成规定的任务。010分2能力与质量调研论证能独立查阅文献资料及从事其它形式的调研，能较好地理解课题任务并提出实施方案，有分析整理各类信息并从中获取新知识的能力。015分综合能力论文能运用所学知识和技能，有一定见解和实用价值。02

3、5分论文（设计）质量论证、分析逻辑清晰、正确合理，020分3工作量内容充实，工作饱满，符合规定字数要求。绘图(表)符合要求。0 15分4撰写质量结构严谨，文字通顺，用语符合技术规范，图表清楚，字迹工整，书写格式规范， 0 15分合计0100分评语：成 绩：评阅人（签名）： 日 期： 毕业论文答辩及综合成绩答 辩 情 况自 述 情 况清 晰、完 整流 利简 练清 晰完 整完 整熟 悉内 容基 本完 整熟 悉内 容不 熟悉 内容提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩小组评语及建议成绩：答辩委员会综合成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日600万立方米/年天然

4、气脱水工艺设计2010231211 董翔(新疆工程学院, 乌鲁木齐 830091)摘要：刚从井里采出来的天然气里充满了饱和水蒸气。水蒸汽可能是天然气中最令人讨厌的杂质。天然气被压缩或冷却时，水蒸汽会转变成液态或固态。液态水会加速设备的腐蚀，降低输气效率；而固态的冰则会堵塞阀门、管件甚至输气管线。为避免出现这些问题，在天然气进入输气管网之前，必须除掉其中的部份水蒸气。天然气工业常用的脱水方法有膨胀冷却法、加压冷却法、固体吸附剂吸附法、溶剂吸收法等。目前世界上天然气脱水应用最多的方法是溶剂吸收法中的甘醇法, 此次设计采用三甘醇脱水。湿气通过入口分离器，除去液态烃和固态杂质后，进入吸收塔底部。 在吸

5、收塔内向上通过充满甘醇的填料段或一系列泡帽或阀盘和甘醇充分接触，被甘醇脱去水后，再经过吸收塔内顶部的捕露网将夹带的液体留下。最后脱水后的干气离开吸收塔，经过贫甘醇冷却器( 甘醇干气热交换器)后进入销售输气管网。贫甘醇沿沿不断地被泵入吸收塔顶部，在塔内经溢流管向下依次流过每一个塔盘，将在塔内向上流动的天然气中的水蒸汽吸收。吸满了水的甘醇(富甘醇)从塔底排出，经过贫甘醇缓冲器中的大的预热盘管后，通过闪蒸罐过滤器后进入重沸器上的精馏柱顶部。本次设计主要是脱水主要单体设备设计，包括吸收塔、闪蒸罐、过滤分离器、甘醇再生器等设备。设计包括各设备的尺寸、物料衡算、热量衡算及设备选材。通过此设计工艺后的天然气

6、在设计条件下水露点-10。关键词：天然气加工，三甘醇脱水，设备设计目录1绪论11.1设计的选题意义11.2国内外研究现状及发展趋势21.3设计内容31.4方案选取31.5设计重点91.5.1 脱水主要单体设备设计91.5.2 确定脱水装置运行主要参数152 基础数据计算152.1建设规模152.2甘醇用量162.3物料衡算162.3.1贫甘醇浓度的确定162.3.2脱水量172.3.3 三甘醇贫液循环量192.3.4 三甘醇富液循环量192.4吸收塔192.4.1塔板数的确定192.4.2塔直径的计算222.4.3泡罩塔板设计242.4.4塔壁厚计算292.4.5塔顶空间高度292.4.6塔板

7、间距292.4.7塔底空间高度302.4.8塔高度302.5 再生塔302.5.1 精馏柱302.5.2重沸器312.5.3 重沸器火管的计算313.热量衡算323.1重沸器323.2贫富甘醇换热器333.3干气贫甘醇换热器334.其他设备的计算344.1循环泵344.2闪蒸罐344.3贫/富甘醇换热器344.4干气富甘醇换热器355.脱水装置选型356.注意事项406.1腐蚀406.2发泡416.3溶剂损失417.节能427.1装置能耗427.2节能措施427.2.1三甘醇的损失途径427.2.2目前所改进的措施438.环境保护448.1主要污染源和污染448.2污染控制45总结46参考文献

8、47致谢481绪论1.1设计的选题意义随着世界经济迅速发展，人口急剧增加，能源消费不断增长，温室气体和各种有害物质排放激增，人类生存环境受到极大挑战。在这种形势下，清洁的、热值高的天然气能源正日益受到重视，发展天然气工业成为世界各国改善环境和促进经济可持续发展的最佳选择。天然气燃烧后产生的温室气体只有煤炭的1/2、石油的2/3，对环境造成的污染远远小于石油和煤炭。煤气热值为3000多大卡，而天然气热值高达8500大卡，可见天然气是一种高效清洁的能源。初步测算，全球天然气可采储量约为137亿吨石油当量，与石油基本相当。随着勘探、开发和储运技术的进步，过去20年内，探明储量平均每年增长4.9%，产

9、量平均每年增长3.15%。有关专家预测，未来10年内，全世界天然气消费年均增长率将保持3.9%，发展速度超过石油、煤炭和其他任何一种能源，特别是亚洲发展中国家的增长速度会更快。全世界天然气储采比很高（701），而且石油和煤炭消费领域里有70以上都可以用天然气取代。在全球范围内，天然气取代石油的步伐加快，尤其是在东北亚、南亚、东南亚和南美地区，随着其输送管网的建设，天然气在21世纪初期将会有更快的发展。天然气将是21世纪消费量增长最快的能源，占一次性能源消费的比重将越来越大。预计2020年前后，天然气在全球能源结构中的份额将超过煤炭、石油成为能源组成中的第一。刚从井里采出来的天然气里充满了饱和水

10、蒸气。水蒸汽可能是天然气中最令人讨厌的杂质。天然气中有水汽存在时，会减少输气管道对天然气的输送能力，降低天然气的热值。当管输压力和环境温度变化时，可能引起水汽从天然气中析出形成液态水，在一定条件下还会与烷烃分子等形成固态水合物，这些物质的存在会增加输压，减少管线的输气能力；严重时还会堵塞阀门、管线等，影响平稳输气。在输送含有酸性组分的天然气时，液态水的存在还会加速酸性组分（H2S，CO2等）对管壁、阀件的腐蚀，减少管线的使用寿命；严重时还会引起管道破裂等突发事件，造成天然气的大量泄漏和安全事故。 为避免出现这些问题，在天然气进入输气管网之前，必须除掉其中的部份水蒸气。天然气脱水工程就是采用一定

11、的方法使天然气中饱和的水蒸气脱除出来的工艺。1.2国内外研究现状及发展趋势1天然气工业常用的脱水方法有膨胀冷却法、加压冷却法、固体吸附剂吸附法、溶剂吸收法等。目前世界上天然气脱水应用最多的方法是溶剂吸收法中的甘醇法, 而国内普遍采用的是三甘醇法。 天然气脱水的几种主要方法：（1）低温冷凝脱水 该方法采用各种方法把高压天然气节流降压致冷, 用低温分离法从天然气中回收凝析液。这种方法是国内气田中除三甘醇法外应用较多的天然气脱水工艺。长庆采气二厂、塔里木克拉2等均采用该方法, 它具有工艺简单、设备较少等优点, 但也有耗能高、水露点高等缺点。（2）J-T阀和透平膨胀机 J-T 阀和透平膨胀机脱水属于低

12、温冷凝方法脱水。对于高压天然气,冷却脱水是非常经济的。例如大庆油田目前采用很多透平膨胀机脱水, 四川的卧龙河和中坝气田则使用了J-T 阀脱水。这些方法的缺点是: 脱水循环的一部分处于水合物生成范围内, 容易生成水合物, 因此需要采取添加抑制剂等防止水合物生成的措施，以及相应配套的抑制剂回收系统；需要深度脱水时需配备制冷设备，会引起工程投资和使用成本的提高；透平膨胀机有高速运动部件，制造难度大、可靠性差。（3）三甘醇脱水 三甘醇脱水属于溶剂吸收法脱水，在天然气工业中得到了广泛的应用。这种脱水系统包括分离器、吸收塔和三甘醇再生系统。存在的主要问题是：系统比较复杂；三甘醇溶液再生过程的能耗比较大；三

13、甘醇溶液会损失和被污染, 因此需要补充和净化；三甘醇与空气接触会发生氧化反应，生成有腐蚀性的有机酸。所以，三甘醇脱水的投资和运行成本比较高。目前国内的橇装三甘醇脱水系统多从国外引进。虽然性能很好,但是也存在很多问题。如一次性投资比较大；各种零配件和消耗品不易购买，而且价格昂贵；计量标准与我国现行标准不同；测量系统不适合我国的天然气性质等。例如四川大天池天然气输送干线引进的橇装三甘醇脱水系统，1999年3月25日至7月27日试运行过程中，日平均三甘醇消耗量为1119kg，而且随着装置运行时间延长，三甘醇消耗逐渐增加。由于使用的三甘醇需要进口，价格为36元/kg，因此三甘醇消耗量成为影响生产成本的

14、重要因素。（4）分子筛脱水2 分子筛脱水属于固体吸附法脱水，脱水系统主要包括2个或3个处于脱水、再生和冷却状态的干燥器，以及再生气加热系统。分子筛脱水法更适合于深度脱水，露点可以降低到-73以下。但是，对于大装置，设备投资和操作费用都比较高，如果脱水要求的露点相同，建设1座处理量为28万m3/d的处理站, 分子筛脱水的投资比三甘醇多53%。另外,分子筛脱水的再生过程能耗比较大，干燥器下层的吸附剂需要经常更换。（5）超音速脱水 作为新型脱水技术的超音速脱水，国外主要是在壳牌石油公司支持下开展研究，包括计算机数值模拟、实验室研究和现场试验研究。基础的实验研究和数值模拟研究主要在荷兰的埃因霍恩科技大

15、学等几所大学中进行；现场的试验研究正在荷兰( 1998年)、尼日利亚( 2000年)和挪威( 2002年) 的天然气气田和海上平台进行，主要验证系统长期稳定工作的能力, 并在实际应用中进行不断的改进。所有的研究都取得了满意的结果。目前，这项技术已经进入商业应用状态。通过多年的自身努力和引进消化吸收国内外先进技术，国内天然气脱水工艺已基本配套，能在一定范围内较合理点资源条件选择脱水方案，能满足国内绝大多数气田的建设。国内中石油股份公司内天然气集输系统采用的脱水设备主要有长庆油田的三甘醇脱水净化系统；西南油气田分公司的J-T阀低温分离系统；大庆油田的透平膨胀脱水系统；塔里木气田的分子筛脱水及低温分

16、离脱水系统。随着科学技术的不断发展和提高，在传统的天然气脱水方法得到改进和完善的同时，更具有工业竞争力的脱水技术，如膜分离脱水和超音速脱水技术，将成为天然气脱水技术的发展趋势。1.3设计内容（1） 设计规模天然气处理量：6000000m3/年（2） 原料气组成如表1-1:表1-1 原料气代表性组成（mol%）组分CO2H2OC1C2C3N2组成1.26.0590.131.00.51.12（3）设计边界条件原料气的压力：4.0MPa（表），原料气的温度： 20 （4） 产品气要求如表1-2：表1-2 产品气要求外输量m3/年温度压力MPa(g)H2S含量mg/m3总硫含量（以硫计）mg/m3CO

17、2含量（mol）水露点在4.0MPa(g)条件下烃露点在4.0MPa(g)条件下2000000423.94.2202003%-10-101.4方案选取31. 天然气脱水的必要性水是天然气从采出至消费的各个处理加工步骤中最常见的杂志组分，且其含量经常达到饱和，冷凝水的局部积累将限制管道中天然气的流率，降低输气量，而且水的存在使输气过程增加了不必要的动力消耗，液相水与CO2或H2S的接触后会生成具有腐蚀性的酸，H2S不仅导致常见的电化学腐蚀，它溶于水生成的HS还会促使阴极放氢加快，HS阻止原子氢结合为分子氢，从而造成大量原子态氢积聚在钢材表面，导致钢材氢鼓泡、氢脆及硫化合物应力腐蚀开裂。湿天然气还

18、经常遇到另一个麻烦，其中所含水分和小分子气体及其混合物可在较高的压力和温度高于0的条件下，形成一种外观类似于冰的固体水合物，因此，天然气一般都应先经过脱水处理，使之达到规定的指标后才能进入输气管线。天然气脱水就是脱除天然气中的水蒸气，使其露点达到一定的要求，脱水前含水天然气与脱水后干气的露点差成为露点降，一般用露点降来表示天然气的脱水深度。2. 天气脱水的方法天然气脱水的方法一般包括低温法、溶剂吸收法、固体吸附法、化学反应法和膜分离法等。低温法脱水是利用高压天然气节流膨胀降温或利用气波机膨胀降温而实现的，这种工艺适合与高压天然气，而对低压天然气，若要使用则必须增压，从而影响了过程的经济性。溶剂

19、吸收法脱水是目前天然气脱水工业中应用最普遍的方法。表1-3列出天然气脱水方法的情况。天然气净化厂脱水工艺方法主要是有低温分离、固体吸附和溶剂吸收三类方法。低温分离法主要有膨胀制冷法和丙烷外制冷法。膨胀制冷法又有节流阀制冷、膨胀机制冷等方法。节流制冷法为防止天然气温度在节流阀之前、后迅速降低生成水合物，在预冷器前需要加入水合物抑制剂，以防止水合物的形成。采用节流制冷法脱水，装置设备简单，一次性投资低，装置操作费用较低。该方法主要用于有压力能可供利用的高压气田。优点有：设备简单，占地面积小；投资低，装置操作费用低。缺点：只适用于高压天然气并且有足够压力能可利用的气田天然气处理，对于压小的天然气，达

20、不到足够的水露点要求。如果没有足够的压力就必须采用增压时，装置的投资和运行费用将会较高。固体吸附是利用干燥剂吸附张力从而使气体的水分子被干燥剂内孔吸附而从天然气中除去的方法。常用的干燥剂有硅胶、分子筛等。该类方法中分子筛脱水应用最广泛，技术成熟可靠。这类方法适用于深度脱水装置。优点：对进料气体温度、压力、流量变化不敏感；操作简单，占地面积小；无严重腐蚀和发泡方面的问题。缺点：设备投资和操作费用较高；气体压降大会导致吸附剂易破碎；再生耗热量较高；再生气气量较大；压力较低。适合应用场合：水露点高以及需要深度脱水的场合，如下游有采用深冷法回收乙烷或液化石油气的轻烃回收装置，则就必须采用分子筛法脱水，

21、以避免形成水合物，堵塞管道、阀门以及膨胀机入口。溶剂的吸收是利用脱水溶剂的良好吸水性能，通过在吸收塔内进行气液传质脱除天然气中的水分。脱水剂中甘醇类化合物应用最为广泛，其中尤以三甘醇(TEG)作吸收剂最佳，该方法是目前天然气工业中普遍采用的脱水方法。采用三甘醇脱水后的干天然气水露点远低10，可以满足管输对天然气的水露点要求，工艺成熟可靠。主要用于油气田无压力能可利用的气源。优点：TEG溶液要在操作温度下性质稳定、吸湿性高、容易再生成99以上的浓度；蒸汽压低气相携带损失小；装置操作简单，占地面积小；装置投资及运行费用较低；气体压降小。缺点：天然气中要是存在轻质油时，会有一定程度的发泡倾向，有时需

22、加入消泡剂；含有酸性组分(如CO2、H2S)的天然气在脱水过程中，会腐蚀设备、管道，会使三甘醇溶液呈酸性，有时需加入缓蚀剂或中和剂6。比较各种方法结合实际情况最终选择溶剂吸收法，因为溶剂吸收法有各种优点。吸收法脱水是根据吸收原理，采用一种亲水液体与天然气逆流接触，从而将气体中的水蒸气进行吸收而达到脱水目的，脱水吸收剂应该对天然气中的水蒸气有很强的亲和能力，热稳定性好，不发生化学反应，容易再生，蒸汽压低，黏度小，对天然气和液烃的溶解度低，起泡和乳化倾向小，对设备无腐蚀，同时还应价格低廉，容易得到。目前国内外普遍是用三甘醇作为吸收剂。表1-3 脱水方法比较方法名称分离原理脱水溶剂特点应用情况低温法

23、高压天然气节流膨胀降温能同时控制水露点、烃露点适宜于高压天然气溶剂吸收法天然气与水在脱水溶剂中溶解度的差异氯化钙水溶液费用低，需更换，腐蚀严重，露点降较低（1025）适宜于高压天然气氯化锂水溶液对水有高的容量，露点降为2236适宜于边远、寒冷、气井等不宜建脱硫厂的情况甘醇-胺水溶液同时脱除水、H2S、CO2，携带损失大，再生温度要求高，露点降低于三甘醇水溶液仅限于酸性天然气脱水二甘醇水溶液（DEG）对水有高的容量，溶液再生容易，再生质量分数不超过95%；露点降低于三甘醇水溶液，携带损失大应用较多三甘醇水溶液（TEG）对水有高的容量，再生容易，质量分数达98.7%，蒸汽压低，携带损失小，露点降较

24、高（2858）应用最普遍固体吸附法固体吸附法利用多孔介质对不同组分吸附作用的差异活性氧化铝湿容量较活性铝土矿高，干气露点可达-73，能耗高不易处理含硫天然气分子筛高湿容量，高选择性，露点降大于120，投资及操作费用高于二甘醇及三甘醇适用于深度脱水化学反应法利用与H2O的化学反应可使气体完全脱水但再生困难用于水分测定膜分离法利用H2O与烃类渗透通过薄膜性能的差异高分子薄膜工艺简单，能耗低，露点降较低（-20），存在烃的损失问题国外已有工业装置运行3. 三甘醇简介三甘醇学名三乙二醇醚，分子式为HO(CH2)O(CH2)O(CH2)OH，是环氧乙烷水合制乙二醇的副产品，也可有环氧乙烷和乙二醇副作用得

25、到，从其分子结构可以看出，三甘醇的亲水性之所以较好是因为含有3各游离的氧原子，能够与水中的氢原子形成氢键。除此之外，其热稳定性更好，容易再生，蒸汽压也更低，而且三甘醇的毒性也很轻微，沸点较高，常温下基本不挥发，故使用时不会引起呼吸中毒，与皮肤接触也不会造成伤害，因此，三甘醇脱水方法是天然气工业中应用最普遍的方法。4. 三甘醇脱水的优缺点甘醇法脱水与固体吸附法脱水是目前采用的两种天然气脱水方法。对于甘醇脱水来讲，由于三甘醇水露点降大、成本低和运行可靠，在各种甘醇化合物中其经济效益最好，因而在国内外广为采用。其优点为：1）投资较低2）压降较小，甘醇脱水的压降为3570kpa3）为连续操作，补充甘醇

26、较容易4）甘醇富液再生时，脱除1kg水所需热量较少5）甘醇脱水装置可将天然气中水含量降低到0.008g/m3，如有贫液气提柱，利用气提再生，天然气的水含量至少降到0.004g/m3其缺点为：天然气露点要求低于32时，需要采用气提法再生。三甘醇溶液污染和分解后有腐蚀性5. 三甘醇脱水工艺流程三甘醇脱水主要工艺流程，可分为两个：低温高压(天然气脱水) 系统 ；高温低压(甘醇再生) 系统。图1-1 天然气脱水流程如图1-1所示为三甘醇的脱水装置工艺流程。该装置由高压吸收系统及低压再生系统两部分组成。来自脱硫装置的湿净化天然气经原料分离器自吸收塔下部进入吸收塔，由于进入吸收塔的气体不允许含有游离液体（

27、水与液烃）、化学剂、压缩机润滑油及泥沙等物，所以湿天然气进入装置后，先经过进口气涤器除去游离液体和固体杂质。如果天然气中杂质过多，还要采用过滤分离器。进口气涤器顶部设有捕雾气（除沫器），用来脱除出口气体中携带的液滴。图中所示的吸收塔为板式塔，此处应选用泡帽塔板。由进口气涤器顶部分出的湿天然气进入吸收塔底部，向上通过各层塔板，与向下流过各层塔板的甘醇溶液逆向接触时，使气体中的水蒸汽被甘醇溶液所吸收。吸收塔顶部设有捕雾气（除沫器），用来脱除出口气中携带的甘醇溶液液滴，减少甘醇损失。离开吸收塔的干气经过气体/贫甘醇换热器（贫甘醇冷却器），用来冷却进入吸收塔的甘醇贫液（贫甘醇）。然后，经产品气分离后，

28、调压、计量后进入管道外输。经气体/贫甘醇换热器冷却后的贫甘醇进入吸收塔顶部，由顶层塔板依次经过每层塔板流至底层塔板。底层塔板的溢流管上装有液封槽，用以对塔板进行液封。吸收了天然气中水蒸汽的甘醇溶液（富甘醇）从吸收塔流出，先经高压过滤器除去由进料气带入的固体杂质，再与再生好的热甘醇贫液换热后进入闪蒸分离器（闪蒸罐），经过低压闪蒸分离，分出被甘醇溶液吸收的烃类气体。从闪蒸分离器底部排出的富甘醇依次经过纤维过滤器和活性炭过滤器除去甘醇溶液在吸收塔中吸收与携带过来的少量固体、液烃化学剂及其它杂质。这些杂质可以引起甘醇溶液气泡、堵塞再生系统的精馏柱（通常是填料柱），还可使重沸器的火管结垢。由纤维过滤器和

29、活性炭过滤器来的富甘醇经贫/富甘醇换热器预热后，进入重沸器上部的精馏柱中。精馏柱一般充填填料。富甘醇在精馏柱内向下流入重沸器时，与由重沸器中气化上升的热甘醇蒸汽和水蒸汽接触，进行传热和传质。精馏柱顶部装有回流冷凝器，以在精馏柱顶部产生部分回流。回流冷凝器可以采用空气冷却，也可以采用冷的富甘醇冷却。从富甘醇中气化的水蒸汽，最后从精馏柱顶部排至大气中。从精馏柱流入重沸器的富甘醇，在重沸器中被加热到177204左右，以便充分脱除所吸收的水蒸汽，并使甘醇溶液中的甘醇浓度提浓到99%（w）以上。再生好的热贫甘醇由重沸器流经贫/富甘醇换热器等冷换设备进行冷却后。当采用装有换热盘管的缓冲罐时，热贫甘醇则由重

30、沸器的溢流管流入缓冲罐中，与流经缓冲罐内换热盘管的冷富甘醇换热。缓冲罐也起甘醇泵的供液罐作用。离开贫/富液换热器的贫甘醇经甘醇泵加压后去气体/贫甘醇换热器进一步冷却，然后再进入吸收塔顶部打循环使用。1.5设计重点1.5.1 脱水主要单体设备设计41. 入口分离器入口分离器一般为立式分离器和卧式分离器，一般采用立式分离器（图1-2）。分离器用于分离原料天然气中烃类所夹带的固体或液滴等杂质，常见杂质由以下几类：(1) 游离水 水会增加甘醇的循环量、重沸器的热负荷和燃料费用。(2) 油 溶解的油会减弱甘醇的脱水能力，由游离水存在时，回引起溶液发泡，不可溶的油会在换热器的热交换表面结焦，同时会增加甘醇

31、的粘度。(3) 盐 溶解于甘醇中会腐蚀钢材，易引起重沸器火管穿孔。(4) 添加剂 如腐蚀防护剂、酸化和压裂液，这些物质易引起发泡、腐蚀和对火管造成热蚀。(5) 固体杂质 如砂、腐蚀产物（FeS、铁锈等），这些物体易引起发泡、侵蚀泵和阀门、堵塞踏板和填料。 图1-2 立式分离器简图2. 闪蒸罐在甘醇吸收水分的过程中，较重的烃类包括芳香烃会不可避免地部分溶解于甘醇溶液中。闪蒸罐（图1-3）的作用就是在较低压力下除去甘醇富液中的烃类气体，以减少再生塔的负荷。原料天然气较贫时可选用两相分离器，溶液的停留时间为510min。原料天然气较富时，甘醇吸收了大量的重质烃，气体的相对密度大，应选用三相分离器，其

32、停留时间应为20-30min。气体凝液甘醇分离的最佳条件是温度为38-65，压力为350-500kPa，但闪蒸时的压力一定要保证甘醇能流过下游的设备如换热器和过滤器等图1-3 闪蒸灌简图3. 过滤器过滤器（图1-4）的作用是过滤溶液以除去腐蚀产物及其他杂质，减小溶液发泡的可能性。过滤器一般设置在闪蒸罐之后，此时溶液温度较高，粘度较低，便于过滤。常用的过滤器有固体过滤器和活性炭过滤器。其中固体过滤器以纤维制品、纸张或玻璃纤维为滤料，可除去5微米以上的粒子，固体过滤器的容量应满足处理全部循环溶液的需要。活性炭过滤器主要是除去溶液中的溶解性杂质，如高沸点的烃类、表面活性剂、压缩机润滑油及甘醇降解产物

33、等。循环溶液可以全部进入活性炭过滤器处理，也可以部分处理，视溶液中杂质含量而定。溶液在过滤器内的停留时间应为1520min，以保证处理效果。图1-4 过滤器流程图4. 循环泵循环泵（图1-5）是脱水装置中唯一的转动设备，它使甘醇贫液增压后进入吸收塔。常用的循环泵有三种驱动方式：高压气体驱动、高压液体驱动和电动泵。一般设置两台泵，每台泵的能力都要能满足全部甘醇循环的需要，一台工作，另一台备用。对大型装置选择电动泵、水平或正位移泵。对小型的边远装置，经常选用高压液体或气体驱动的循环泵。从吸收塔底出来的高压甘醇可给双动泵提供部分动力，从吸收塔顶出来的高压气体也能提供部分动力，当然这就要求吸收塔内有较

34、高的压力。图1-5 循环泵流程图5. 贫富甘醇换热器贫富液换热器用来控制闪蒸罐和过滤器的富液温度，并回收贫液的热量，是富液升温至148左右进再生塔，以减轻重沸器的热负荷。最常用的是管壳式换热器。对小型装置可以不设置专门的换热器，而在缓冲罐中用换热盘管来代替，采用这种换热形式可以简化流程，节省投资，但其换热效果较差，换热后的入塔富液温度很难超过936. 甘醇再生塔再生塔主要由精馏柱、重沸器和带有换热盘管的缓冲罐构成，其作用是蒸出甘醇富液中的水分而使之再生。精馏柱安装在重沸器上部，柱内一般填充1.22.4m高的填料，或采用塔板。精馏柱顶部设有冷却盘管作回流冷凝器，使部分水蒸气冷凝而提供柱顶回流，从

35、而控制柱顶温度。重沸器主要提供热量将甘醇加热至一定温度，使其所吸收的水分汽化。重沸器一般采用釜式，可以用燃料气直接加热，也可以用水蒸汽或加热管的直燃式重沸器，形状为U形管。缓冲罐的主要作用是容纳从吸收塔出来的全部甘醇。正常运行期间，缓冲罐应半满，同时应设置气封以防止甘醇和空气接触。7. 吸收塔作用：气液传质的场所，也就是使气相中的水蒸气被甘醇吸收的场所。种类：吸收塔分为板式塔（逐级接触式）和填料塔（微分接触式）。塔板结有浮阀、泡罩和筛孔。结构：板式塔由一个园柱形的壳体及其中按一定间距水平设置的若干块塔板组成。主要有泡罩塔板和浮阀塔板。天然气三甘醇脱水装置的核心部分为吸收塔，吸收塔分为板式塔和填

36、料塔两种类型。前者通常采用泡罩塔板，在确定了进料气所要求的露点降、吸收塔的温度和压力等参数后三甘醇浓度、三甘醇循环量和露点降之间的关系，来选择合适的贫三甘醇塔塔板数。实践证明，任何泡罩式甘醇吸收塔至少要有4块实际塔板数才脱水效果，一般采用412块。填料塔主要采用瓷质鞍形填料和不锈钢环填料效率和填料系数选择填料的尺寸。板式吸收塔和填料式吸收塔优缺点对比：板式塔优点：(1)可在气液比较低时使用，(2)当气体流量较低时不会发生漏液或排干塔板上的液体，(3)技术发展成熟，应用广泛。板式塔缺点：(1)当气体流量过大时塔板上的“吹液”现象会恶化。填料塔优点：(1)当处理量较高时，由于液体以润湿膜的形式流过

37、填料表面，不受“吹液”现象的影响，(2)由于液体受气体搅动程度相对低，有利于处理三甘醇溶液的起泡现象，填料塔缺点：(1)若三甘醇流量较低，塔内填料不能完全湿润，会降低接触效率，（当塔径小于300mm时，宜于选）(2)使用不广泛。鉴于板式塔技术发展成熟，且一直存在这样的看法，即填料塔直径不宜超过600mm，直径大了其造价比板式塔高，因而海洋石油工业所用的三甘醇脱水装置均采用板式吸收塔。但近年来，随着新型高效开孔填料的开发，上述看法值得商榷，采用新型填料塔代替泡罩板式塔做为三甘醇吸收塔，在某些方面显现出较为优越的特性。据国外报道，对已有的板式吸收塔进行改造，用规整填料取代塔板，可以使处理量增大1倍

38、，脱水效率比原来增加50%;且从现场实验中发现，规整填料塔具有相当好的调节比，即12:1。采用规整填料塔作为吸收塔，可缩小了塔的尺寸，减少了相应的费用。采用规整填料塔无论是在空间尺寸、整体质量还是费用上都比泡罩塔板式节省得多。综合以上各类型塔的优缺点以及结合实际情况得出本设计采用板式吸收塔。尽管浮阀塔板比泡罩塔板的效率高，但因甘醇脱水装置通常气液比很高，即甘醇循环量很少，且甘醇有较高的粘度，在低气量时采用泡罩塔板不会发生漏液，因此，实际过程中往往采用泡罩塔板。图1-6 吸收塔简图1.5.2 确定脱水装置运行主要参数 1温度脱水装置的脱水效率对来气的温度特别敏感。在常压下，来气温度升高，气中的水

39、含量亦升高。入口温度升高，甘醇的蒸发损失也增大。10被认为是甘醇脱水的最低操作温度。 贫甘醇进入吸收塔的温度至少应高于天然气入口温度10，以防烃类在吸收塔内冷凝而引起发泡。贫甘醇温度太高常造成甘醇损失增大和脱水不深。重沸器的温度和压力决定着贫甘醇的浓度，在204 以下，重沸器的温度提高有利于再生出高浓度的贫甘醇。精馏柱顶部的温度也很重要，它关系到水的蒸发和甘醇的回流，不应太高和太低，建议柱顶温度为107度，低于105度水蒸气就会开始冷凝而流回精馏柱，高于120度，甘醇的损失就会增大。2压力在常温下，压力降低，入口天然气中水的含量增加。然而在正常操作范围内，甘醇脱水装置的压力并不十分重要。应注意

40、闪蒸罐的压力和吸收塔的压差。3循环量吸收塔的塔盘数和甘醇的浓度一定，饱和天然气的露点降就成为甘醇循环量的函数。脱去1kg水需要25-60L三甘醇。提高甘醇的浓度比增加甘醇的循环量更容易获得大的露点降。如果循环量太大，特别是超过装置的设计能力，会使重沸器过载而降低甘醇的再生的浓度，同时也造成塔内气液两相接触又不充分和增加泵的维护工作量。循环量过大同样会造成甘醇的损失量升高。 4浓度提高甘醇的浓度比增加甘醇的循环量更容易获得大的露点降。甘醇脱水的脱水深度主要取决于被重沸器蒸发掉的水量。进入吸收塔内的甘醇浓度越高，它的脱水效果就越好。2 基础数据计算2.1建设规模本设计天然气处理规模为600万方/年

41、。根据实际生产停车估算，年开工时间按300天计，天然气天处理量为20000方/天。2.2甘醇用量5对于三甘醇脱水工艺，影响脱水效果的关键参数是三甘醇贫液浓度、三甘醇循环量、吸收塔和再生塔的塔板数、再生塔温度、再生方式。在甘醇循环量和塔板数一定的情况下，三甘醇的浓度越高，天然气露点降就越大。因此，降低出塔干气露点的主要途径是提高三甘醇贫液浓度。根据溶液吸收原理，循环量、浓度与塔板数的相互关系如下：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；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

42、循环量过大会导致重沸器超负荷，动力消耗过大。三甘醇循环量是控制脱除天然气中总水量，必须保证甘醇与气体接触较好的最小循环率，一般从天然气中脱除1 kg水需要25 L 60L三甘醇。2.3物料衡算2.3.1贫甘醇浓度的确定当吸收塔塔顶气体与吸收剂充分接触达到平衡时，离塔干气的水露点是可能达到的最低露点，即干气的平衡露点；而干气中所含水汽量为塔顶吸收温度、压力下可能达到的最低水汽量。即饱和水汽量。此时，进塔贫三甘醇溶液的浓度即为达到最低干气露点所必须的最低浓度。实际上，吸收塔塔顶气-液两相接触时间不足以达到平衡，出塔干气不能达到平衡水露点，而出塔干气的真实水露点比平衡水露点略高，即： 其中:出塔吸收

43、干气的平衡露点,。:出塔吸收干气的实际露点,。 :偏差值，一般为811，此处取8。 因为原料气进料温度为20，设原料气进口温度为20，而吸收温度比原料气温度高38，此处取5，因此设吸收温度为25，则由不同三甘醇质量分数下出塔干气平衡露点与吸收温度的关系图2-1可得：进塔贫甘醇浓度为98.5%。图2-1 不同三甘醇质量分数下出塔干气平衡露点与吸收温度的关系2.3.2脱水量6吸收装置单位时间所需要的三甘醇贫液用量可根据给定的工艺参数，先计算出单位时间的脱水量（），再确定三甘醇溶液用量V式中：脱出的水量， 进入吸收塔天然气的量，y进入吸收塔的天然气含水量， y离开吸收塔的干气含水量，由已知条件可得：当进口原料气温度为20，压力为4.0时，查天然气含水量图可知，y=0.75；出口干气温度为-10，压力为4.0时，查天然气水含量图2-2可知，y=0.08；则可求得： 图2-2 天然气含水量图2.3.3 三甘醇贫液循环量天然气中吸收1水需要2560升三甘醇溶液，低于该值可能造成塔板上液封不够或不能润湿填料，高于此值则可能会过多地增加动力消耗和冷却水的消耗。在此通过先确定脱水量再用经验公式确定三甘醇贫液用量： 式中：天然气中每吸收1水所需要的三甘醇溶液量，一般取0.025-0.06，此处取0.05。 则三甘醇贫液用量为：在25，三甘醇浓度为98.7%的情况下，查得三甘醇溶液密度