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天然氣脫水方法

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以下簡要介紹溶劑吸收法和固體吸附法。
溶劑吸收法
 

溶劑吸收法脫水是目前天然氣工業中應用最普遍的方法之一。其利用吸收原理,采用一種親水的溶劑與天然氣充分接觸,使水傳遞到溶劑中從而達到脫水的目的。
溶劑吸收法中常采用甘醇類物質作為吸收劑,在甘醇的分子結構中含有羥基和醚鍵,能與水形成氫鍵,對水有極強的親和力,具有較高的脫水深度。
 

2.1 甘醇脫水
 

在天然氣氣脫水工業中曾成功應用的甘醇是:乙二醇(EG)、二甘醇(DEG)、三甘醇(TEG)和四甘醇(TREG)。最早用於天然氣脫水的甘醇是二甘醇,由於受再生溫度的限製,貧液質量分數一般為95%左右,露點降較低;而三甘醇再生容易,貧液質量分數可達98%~99%,具有更大的露點降,且運行成本較低,因此得到了廣泛應用。
 

2.2 甘醇脫水工藝流程
 

(1)無硫天然氣的甘醇脫水工藝
甘醇脫水過程一般都是連續的,其典型的工藝流程是三甘醇脫水工藝流程,用於處理井口無硫天然氣或來自醇胺法裝置的淨化氣。
TEG脫水裝置主要由吸收係統和再生係統兩部分構成,工藝過程的核心設備是吸收塔。天然氣脫水過程在吸收塔內完成,再生塔完成三甘醇富液的再生操作。
原料天然氣從吸收塔的底部進入,與從頂部進入的三甘醇貧液在塔內逆流接觸,脫水後的天然氣從吸收塔頂部離開,三甘醇富液從塔底排出,經過再生塔頂部冷凝器的排管升溫後進入閃蒸罐,盡可能閃蒸出其中溶解的烴類氣體,離開閃蒸罐的液相經過過濾器過濾後流入貧/富液換熱器、緩衝罐,進一步升溫後進入再生塔。在再生塔內通過加熱使三甘醇富液中的水分在低壓、高溫下脫除,再生後的三甘醇貧液經貧/富液換熱器冷卻後,經甘醇泵泵入吸收塔頂部循環使用。
 

(2)含硫天然氣的甘醇脫水工藝
對於H2S含量較高的天然氣,TEG法不適合處理高含H2S的天然氣,需采用特殊的甘醇脫水流程。該流程在再生塔前設置富液汽提塔,解吸出H2S並返回吸收塔,與CH4等烴類一起輸送到脫硫脫碳裝置。
處理含硫天然氣的裝置一般建在井場,處理量不太大時,盡量采用撬裝裝置。
固體吸附法
當液體與多孔的固體表麵接觸時,由於流體分子與固體表麵分子之間的相互作用,流體分子會被吸附在固體表麵上,導致流體分子在固體表麵上含量增多,這種現象稱為固體表麵的吸附現象。固體吸附法就是利用多孔固體顆粒選擇性地吸附流體中一定組分在其內外表麵上,從而使流體混合物得以分離的方法。具有一定吸附能力的固體材料稱為吸附劑,被吸附的物質稱為吸附質。
目前,固體吸附法在化工、冶金、石油煉製和輕工業等部門獲得了廣泛的應用。在天然氣加工中,脫水、脫硫過程都可以應用吸附法。特別是吸附法脫水,由於其具有深度脫水高、裝置簡單、占地麵積小等優點,在天然氣在深度脫水、深冷液化和海上平台等方麵居於不可動搖的地位。
根據吸附劑表麵與吸附質之間作用力的不同,吸附可分為物理吸附和化學吸附。在實際過程中,有時物理吸附與化學吸附相伴發生,同一物質在低溫時物理吸附為主,在高溫時以化學吸附為主。在通常的吸附分離中,主要是物理吸附。
 

3.1 吸附劑類型與吸附性能
(1)吸附劑的性能對吸附操作極為重要,工業用吸附劑應滿足如下要求:高選擇性,較大的內表麵積,高的吸附活性,一定的機械強度和物理特性,良好的化學惰性、熱穩定性以及價廉易得等。
(2)天然氣氣工業中常用的吸附劑:矽膠,活性氧化鋁,活性鋁土礦和分子篩等。
 

3.2 工藝流程
天然氣脫水的吸附設備多采用固定床吸附塔。為了保證幹氣的連續生產必須循環操作,且要用許多個並聯的吸附塔。吸附塔的數量和形式,從兩個交替到多個不等。在每個吸附塔內,三種不同的功能或循環必須交替起作用。這三個循環是:吸附或幹燥循環,加熱或再生循環,冷卻循環。
其典型的工藝流程是分子篩脫水雙塔工藝流程(具體流程圖此處略)。
其他脫水方法
目前,除溶劑吸收法和固體吸附法兩種脫水方法外,有時在井場或集氣站還采用氯化鈣法和低溫法脫水。
 

4.1 氯化鈣法
氯化鈣(CaCl2)用作消耗性的吸附劑也可脫除天然氣中的水分。無水CaCl2可結合水分而形成CaCl2水合物(CaCl2·xH2O),隨著CaCl2不斷從天然氣中吸收水分,而變成穩定性好的結晶水合物,最後形成CaCl2鹽溶液。
對用CaCl2進行脫水的天然氣,出口氣體的含水量可達16mg/m3(GPA)。
值得注意的是,雖然用CaCl2脫水有價廉、沒有火災隱患、裝置緊湊等優點。但由於床層下部的CaCl2會溶於水兒形成鹽溶液,因此存在CaCl2的消耗、腐蝕和由此而引起的環境影響等問題。此外,在一定的操作條件下,固定床層內的CaCl2還會形成橋連,從而造成氣體溝流而使脫水性效果變差。
 

4.2 低溫脫水法
在一定壓力下,隨著溫度下降,天然氣中的飽和水含水量也會下降。因此,可采用降低天然氣溫度使氣體中部分水蒸氣冷凝析出而脫水的方法。該法需要利用氣體膨脹獲得冷量,而且能夠同時控製水露點和烴露點,因此,大多用於高壓凝析氣或含重烴的高壓濕天然氣等井口多餘壓力可供利用的場合。若是針對低壓伴生氣或無壓差利用的高壓濕天然氣,需要采用製冷劑製冷。

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