天然气脱水工艺优化分析与研究

＊程小飞

（宁夏哈纳斯液化天然气有限公司 宁夏 750000）

目前，对于天然气脱水工艺，我国应用最多的是三甘醇法，国际上应用最广泛的是甘醇法。本文主要对天然气脱水过程进行分析研究。了解天然气脱水器的基本工作原理，可以让找出甘醇消耗量不符合相关设计要求的具体原因，汇集相关知识寻找具体有效的措施来解决问题，并确保满足相关的项目要求。三甘醇脱水技术成熟可靠、工艺简单、投资和运行费用低、能耗低，广泛应用于国内外管道天然气的干燥过程。本文分析了三甘醇脱水装置存在的问题，提出优化脱水工艺的措施，有助于天然气脱水器的安全稳定运行。

1.使用甘醇法进行天然气脱水的必要性

使用甘醇法进行天然气脱水是因为三甘醇的低凝固点使其更稳定。常温下不挥发，毒性低。在使用过程中，不会对人体皮肤或内脏造成伤害，而且是一种可再生资源。三甘醇脱水法是一种物理脱水法。在集气塔中，三甘醇与天然气充分接触，利用三甘醇的亲水性，保证三甘醇完全吸收天然气中的水分，从而显著降低含水量。此时水分充足的三甘醇变为富甘醇，再将富甘醇在再生系统中加热，使其失水成为贫甘醇，从而达到资源循环利用的效果[1]。

2.三甘醇脱水工艺及存在的问题

在实际应用中，三甘醇脱水工艺的工艺流程可能因原料气的质量以及水露点的要求等原因，在细节上有所差异，但整体的主要工艺流程基本上是一致的。主要的工艺流程包括入口分离、气-甘醇泵吸收和脱水、即时分离过滤、富三甘醇液体再生、贫富换热、贫液泵循环等工艺。对多家实际运行的三甘醇脱水装置研究可以发现，在大多数情况下，脱水装置的工艺运行较为稳定，基本上其水露点要求都可以满足通过管道输送天然气的标准。主要的差异与不同是由于气源质量的不同以及采出水水质的差别等导致在设计中技术要求不足，部分工艺参数设置不合理，以及设备选择问题等。以上问题会造成三甘醇脱水装置在实际运行条件下出现成本上升，脱水效果不稳定以及水露点无法满足工艺要求等情况。主要存在的问题包括以下几点：

(1)一些问题导致甘醇起泡劣化

甘醇气泡劣化这一问题的主要原因是原料气的质量，或者分离问题。由于在设计过程中，对原料气的成本分析不足。可能导致在设计之初，即出现原料气的初始设置与设备选择出现问题，比如设备质量不过关、设备工艺无法满足分离要求以及设计参数与实际参数相差过大等，导致了原料气的分离质量无法达到相关的要求。这会使得原料气中过量的杂质，比如烃类、盐类以及其他污染物进入甘醇富液中，造成甘醇气泡劣化，降低脱水的质量。此外，对于低硫三甘醇脱水装置，甘醇富液中含有一定量的H2S和CO2，进入闪蒸罐进行热交换时，如果闪蒸效果不理想。甘醇富液的液体中的H2S和CO2会严重腐蚀再生塔及其部件，导致甘醇起泡变质。对于重组分含量较高的脱水装置，富液中含有凝析油，闪蒸效果不好，会导致甘醇起泡；而三甘醇富液在重沸器中再生时，温度较高。在一定条件下，大量的碳氢化合物原料气会进入废气，造成环境污染。

(2)盘管换热器传热效果差

目前，很多三甘醇脱水装置主要利用盘管换热器进行换热，此类换热器虽然设备的投入成本较低，但是其传热效果较差，实际的换热效果不足，会导致无法达到应用的换热效果，从而在进入再生塔后增加重沸器的热负荷，这会使得设备的运行成本上升，使得换热后的温度过高。

(3)甘醇污染

在实际运行过程中由于分离的效果无法达到要求，会导致大量杂质进入脱水装置中，脱水后由于溶解度的原因析出无机盐附着在设备上，从而造成设备结垢，进一步影响设备的脱水效果，降低设备的脱水效率。此外，部分原料气中含有腐蚀性杂质，如氯离子等，进入脱水工艺后，由于换热盘管和三甘醇后冷器温度高，会导致热盘管和附加三甘醇冷却器会受到严重腐蚀，它们的腐蚀产物会导致三甘醇起泡。

(4)运行时水露点未达到设计值

其一是低三甘醇循环。在正常情况下，我们假设所需的三甘醇循环次数保持不变。如果含水量较低的贫三甘醇的浓度较低，则三甘醇的吸收水能力会减少，那会直接影响天然气的脱水程度。其次，三甘醇的循环量低于所需量，不能满足实际需要。三是进入集气塔的天然气温度过低。即使在炎热的夏季，进入塔内的天然气温度也不会超过35℃，正常情况下需要天然气进口温度必须低于35℃才能使天然气出口温度低于-10℃。通常至少为15℃，这对天然气干燥器的正常运行没有帮助，因为它降低了三甘醇温度，从而降低其吸水能力，并最终导致更高的水露点。

(5)三甘醇消耗量高

使用甘醇法对天然气进行脱水所消耗的三甘醇量有时远高于正常的标准。主要原因是采用了天然气脱水的甘醇法。集气塔中的三甘醇会起泡，导致集气塔顶部形成更多的雾和泡沫。这将导致三甘醇使用量的显著增加，从而导致三甘醇的大量损失。

3.三甘醇脱水装置工艺流程改进措施

(1)优化工艺设备设计

在进行工艺设计时，采用的分离设备一定要根据原料气的成本与质量进行合理的设计与调整，以符合原料气的分离要求。比如当天然气含有大量重烃时，闪蒸分离器应采用气、甘醇、液态烃三相分离器。还可以通过改变热交换顺序提高热交换效果。甘醇富液先进行热交换再闪蒸的过程可以提高液体的闪蒸温度。在此过程中，甘醇过滤回路必须有三级过滤，即甘醇富液经过闪蒸后依次经过机械前置过滤器、活性炭过滤器和机械后置过滤器，可以使过滤效果得到显著提高。

(2)采用高效板式换热器对贫甘醇贫富液进行热交换

相比与传统的管式换热器，板式换热器的换热效果更好。因此，在实际应用中，可采用高效板式换热器，为甘醇贫液进行热交换。板式换热器的结构波纹形状的金属片组成，片材之间有很多流动截面，介质通过换热板换热。板式换热器由于其特殊设计，整体传热系数高。无需在甘醇泵前设置水冷却器和水循环。该系统在脱水设计和技术改造中值得推广应用。

(3)设备材料使用抗腐蚀材料

由于在原料气中可能含有一些腐蚀性杂质，因此，在制造设备时，采用的设备材料应考虑实际需求合理采用抗腐蚀设备。针对原料气、工艺水以及甘醇溶液中存在的腐蚀性介质为基础，与实际运行条件和工艺要求相结合，对设备和管道材料要求，做出正确的选择。

(4)气体脱水工艺与甘醇法相结合

在每个集气站，处理天然气以去除固体和游离液体，并转化为富含水分的潮湿天然气。从塔底向湿天然气供应三甘醇，使其与三甘醇充分接触。集气塔内放置各种填料，增加气液接触面积，进一步提高天然气的脱水效率。脱水的天然气从集气塔顶部排出。干燥的天然气出塔后，通过气液换热器与贫三甘醇进行热交换，从而降低温度进入塔的耗尽的三甘醇。温度下降后，干燥的天然气被分离器分离，最后排放到天然气外管网。

(5)尽可能提高三甘醇的再生

由于贫三甘醇中的水含量低，它从塔顶进入集气塔。在这个过程中，湿天然气在集气塔底部与贫三甘醇充分接触后，从湿天然气中吸收水分，吸收水分后，富三甘醇流出集气塔。从集气塔底部进入换热板进行再加热，加热后流出，经过滤装置完全过滤，达到使用标准。三甘醇充分利用完后，由能量循环泵泵送，最后进入集气塔再生。

(6)尽可能满足水露点要求

为保证除湿过程中所有设备的正常稳定运行，安装检测仪器，定期测定完全干燥的天然气出口处的水露点。三甘醇可以在各种操作条件下进行测试，循环次数因具体的水露点要求而异。例如，当进入集气塔的天然气温度低于25℃时，离开天然气的水露点一般应在-10℃以下。正常情况下，待处理的天然气体积越小，集气塔内的操作压力就越高。进入集气塔的天然气温度越低，天然气中的水分越少，因此必须缩短三甘醇周期。反之，待处理的天然气体积越大，进入集气塔的天然气越多，天然气的水分含量越高。因此，有必要增加三甘醇循环。为满足三甘醇循环的不同要求，可以通过开米尔泵的进出口来手动调节相应的阀门，即调节泵次数和控制用量。

(7)有效提升分布式控制系统的使用

分布式控制系统是一种基于生产活动和计划管理的干燥设备自动控制系统。利用计算机技术和网络通讯技术，管理人员可以获得脱水装置的各种设备和物料参数。设计完成后，自动控制系统可以为以后的生产奠定良好的基础，确保生产安全。特别是分析站安装在脱水装置外，提供自动控制和无人值守操作。设备和物料的所有参数上传到相应的上级调度中心，同时接收上级调度中心的控制指令；天然气厂设有顶层控制中心，部分生产管理人员和操作人员配备了具有联锁功能的天然气厂脱水装置的过程控制和安全设备。

4.结束语

为简化脱水工艺，提高脱水装置效率，降低脱水能耗，本文分析了三甘醇脱水装置在运行中存在的主要问题，并提出了优化设计方案。根据设备的实际运行情况，分析未达到设计值的原因，相应提高塔的工作压力，降低进入塔的天然气温度；加强吸收塔天然气进口前的过滤分离，有效抑制三甘醇发泡，合理调整精馏塔顶部的冷却盘管旁通阀，使塔顶进行灌溉。流速保持在合适的范围内等。