淺析天然氣處理裝置的脫水方法

裴慶銀　鄭成新　姚廣君　張云玲　吳婷

摘要：天然氣處理裝置根據制冷溫度不同可分為深冷裝置和淺冷裝置兩類。深冷裝置采用分子篩吸附脫水法;淺冷裝置脫水采用噴注乙二醇抑制法。對兩種脫水方法從工藝原理和工藝流程兩方面進行分析，分子篩價格昂貴，但脫水后的原料氣溫度可達-100℃以下，滿足深冷裝置的運行條件;乙二醇價格便宜，在要求脫水效果不高、制冷溫度不深的淺冷裝置，乙二醇脫水可以滿足其運行條件。

關鍵詞：天然氣;深冷;淺冷;脫水;分子篩;乙二醇

天然氣處理裝置根據制冷溫度不同可分為淺冷裝置和深冷裝置兩類。對于天然氣處理裝置，天然氣進到冷凍系統，如果露點達不到設計要求，含水的天然氣溫度降低到某一值后，就會形成水合物，堵塞閥門、管道和設備。因此，在天然氣進入冷凍系統之前必須進行防凍處理，即防止水合物形成。對于天然氣處理裝置，采用兩種防止水合物形成，一種方法是降低天然氣水含量，也叫溶液吸收法或固體干燥劑吸附法，即將天然氣種中的水分脫出，使其露點降低到操作溫度以下;另一種方法是降低水合物的形成溫度，也叫熱力學抑制劑法，即向氣流中加入化學劑，抑制水合物形成。深冷裝置采用的是第一種方法，將天然氣脫水，即利用固體干燥劑（分子篩）吸附脫水法。淺冷裝置采用的是第二種方法，向天然氣中加入化學劑，即向天然氣中噴注乙二醇水溶液，使天然氣在低溫防凍，脫除水分。

1 深冷裝置脫水方法

1.1 深冷裝置的脫水原理

深冷裝置原料氣脫水采用的是固體干燥劑吸附法脫水。原料氣經過固體干燥劑時與固體表面接觸，由于水分子與固體表面分子之間的相互作用，水分子會被吸附在固體表面上，這種現象稱為固體表面的吸附現象。通常具有吸附作用的固體物質稱為吸附劑，被吸附的物質（水分子）稱為吸附質。深冷裝置采用分子篩脫水法，水分子就是吸附質，分子篩就是吸附劑。水分子與分子篩表面分子間存在范德華力，水分子被分子篩吸附在表面，無法隨氣體進入到冷凍系統。當氣體壓力降低或系統溫度升高到某一數值時，被分子篩吸附的水分子很容易從分子篩表面脫附下來，被氣體攜帶走。深冷裝置就是利用分子篩的這個特性，改變分子篩脫水塔的操作條件，使分子篩表面的水分子脫附，保證分子篩再生、吸附循環進行，達到天然氣脫水的目的。

1.2 深冷裝置的脫水工藝流程

分子篩脫水系統采用兩塔循環吸附流程，一塔吸附一塔再生。原料氣從分子脫水塔底部進入，經分子篩吸附脫水。原料氣首先經過壓縮機增壓，空冷器降溫，在級間分離器內分離出游離水后，進入潤滑油分離器，靠聚結分離脫除原料氣中的微量潤滑油和烴、水霧滴，進入分子篩脫水塔進行脫水。再生氣取自干氣管網。對分子篩脫吸時，再生氣先進入導熱油換熱器進行加熱，加熱后的再生氣，去分子篩脫水塔脫除分子篩吸附的水分，經再生氣粉塵分離器，脫除再生氣夾帶的粉塵后，進入再生氣空冷器冷卻，冷凝下來的水在再生氣分水罐分離出。脫吸后的分子篩，由于溫度過高，需要進行冷卻操作，冷卻氣與再生氣取自同一股氣源，冷卻操作時，冷卻氣無需加熱，直接進再生后的分子篩脫水塔對塔內溫度進行冷卻。

2 淺冷裝置脫水方法

由于制冷溫度較高，乙二醇水溶液的冰點能夠滿足淺冷裝置的制冷溫度要求，因此，在淺冷裝置中，采用熱力學抑制劑法。

2.1 淺冷裝置的脫水原理

淺冷裝置原料氣脫水采用的是熱力學抑制劑法。向天然氣中加入一種化學劑后，可以改變天然氣中水分形成水合物的條件，使形成條件移向較低的溫度或較高的壓力范圍，抑制水合物形成。淺冷裝置采用向天然氣中噴注乙二醇水溶液防凍低溫分離脫水法。在天然氣進入冷凍系統前，向天然氣中注入濃度為80%的乙二醇溶液，乙二醇充分和天然氣接觸后，天然氣中的水分被乙二醇溶液完全吸收，使乙二醇溶液濃度變為70%，冰點在-45℃左右，天然氣露點也隨之降低，此時降低天然氣溫度，使乙二醇溶液分離出來，將天然氣中的水分帶走，達到天然氣防凍脫水的目的。

2.2 淺冷裝置的脫水工藝流程

乙二醇系統在淺冷工藝流程中是一個單獨循環的系統，貧乙二醇溶液經噴注點注入到天然氣管線中，天然氣與貧乙二醇溶液充分混合，貧乙二醇溶液吸收天然氣中的水分，成為富乙二醇溶液，經制冷系統降溫后再在三相分離器中與天然氣、輕烴分離。分離出來的富乙二醇溶液先作為乙二醇再生塔塔頂冷凝器的冷介質進行冷卻，再與貧乙二醇溶液在貧富乙二醇換熱器中進行換熱，進入乙二醇閃蒸罐，閃蒸出輕烴后進入乙二醇再生塔，經重沸器加熱后，貧乙二醇溶液塔底出料，與富乙二醇溶液換熱后，進入乙二醇儲罐，再經乙二醇循環泵加壓后噴注到天然氣貧富氣換熱器和丙烷蒸發器中脫除天然氣中的水分，隨氣流再進入到三相分離器中循環使用。

3 結束語

分子篩價格昂貴，但脫水后的原料氣溫度可達-100℃以下，滿足深冷裝置的運行條件。分子篩再生時只需控制好吸附時間，但變壓再生時步驟較多，操作時容易混亂。另外，分子篩升壓、降壓操作時要緩慢進行，防止壓差過大對分子篩產生沖擊，造成分子篩粉化，堵塞下游設備。乙二醇價格便宜，成本低，脫水后的原料氣溫度必須高于-35℃運行。在要求脫水效果不高、制冷溫度不深的淺冷裝置，乙二醇水溶液防凍低溫分離脫水法可以滿足其運行條件，但操作時要精心，控制好各項參數，要注意乙二醇水溶液對管線的腐蝕作用。對于天然氣處理裝置，主要用于回收輕烴，應根據輕烴回收深度即所達到的低溫程度選擇脫水方法。

參考文獻：

[1]諸林.天然氣加工工程[M].北京：石油工業出版社，2008.