【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 醇的循環(huán)量、重沸器的熱負(fù)荷和燃料費(fèi)用。油或烴類：可溶解的烴會(huì)減弱甘醇的脫水能力．有游離水存在時(shí)不可溶的油會(huì)在換熱器的熱交換表面結(jié)焦，同時(shí)會(huì)增加甘醇的濃度。帶入的鹽水：鹽溶解于甘醇中會(huì)腐蝕鋼材，特別是不銹鋼，容易引起重沸器火管穿孔.添加劑：如腐蝕防護(hù)劑、酸化和壓裂液，這些物質(zhì)易引起發(fā)袍、腐蝕和對(duì)火管造成熱腐蝕.團(tuán)體雜質(zhì)：如砂、腐蝕產(chǎn)物(FeS、鐵銹等)，這些固體易引起發(fā)泡，侵蝕閥門和泵，堵塞塔板和填料。 進(jìn)口濕氣的完全洗滌是保證裝置安全生產(chǎn)的必要前提。許多大的三甘醇脫水裝置都在吸收塔前設(shè)有分離器或洗滌器，可能的話．還設(shè)有過(guò)濾器。洗滌器的負(fù)荷要能處理最大氣體流量的125％。（2）吸收塔 如圖2—2所示，吸收塔由底部的洗氣段、中部的傳質(zhì)或干燥段、頂部的甘碎冷卻和捕霧器組成。圖2—2甘醇吸收塔 濕天然氣切向進(jìn)入塔底部一體化的氣體洗滌器，然后穿過(guò)絲網(wǎng)捕霧器以去除隨氣體帶入的殘余液體顆粒，通過(guò)這樣的兩級(jí)處理使可能進(jìn)入甘醇體系的污染物最小化。一體化的氣體洗滌器是對(duì)入口分離器的補(bǔ)充，它不能代替入口分離器。在干燥段，氣體由下而上與由上而下三甘醇進(jìn)行逆流接觸，一般需4～12層泡罩塔板或浮閻塔板，盡管浮閥塔比泡罩塔有較高的效率，但由于泡罩在低氣速下不致漏液，且適合粘性液體。因此，實(shí)際過(guò)程中，往往采用泡罩塔板。甘醇趨向于發(fā)袍，因此塔板間距至少應(yīng)保持204mm，比較合適的值是6l0～760mm。安裝時(shí)，應(yīng)保持塔體垂直，否則由于塔板上液位不一致將影響到氣液接觸效果。塔頂?shù)牟鹅F器保證氣相中盡可能少地夾帶甘醇，捕集墊由l00～200mm的不銹鋼和滌綸組成。液體的分離空間是十分重要的，從捕霧器到第一塊塔板的距離至少應(yīng)為板間距的1．5倍。（3）閃蒸罐在甘醇吸收水分的過(guò)程中，較重的烴類包括芳香烴會(huì)不可避免地部分溶解于甘醇溶液?？蓱?yīng)用兩相分離器進(jìn)行分離，此時(shí)溶液的停留時(shí)間為5—10min。如果甘醇吸收有大量的重質(zhì)烴，氣體的相對(duì)密度大，這時(shí)可選用三相分離器，其停留時(shí)間應(yīng)為20—30min。氣體—凝液—甘醇分離的最佳條件是350—500kpa(表)，38—65℃，該條件下閃蒸出的閃蒸氣可不經(jīng)壓縮而直接作燃料氣或汽提氣使用。當(dāng)油被除去后，富甘醇在閃蒸前經(jīng)過(guò)甘醇/甘醇換熱器進(jìn)行預(yù)熱，加熱減小了溶液的粘度并加速了甘醇與液烴的分離。要注意的是：閃蒸時(shí)的壓力一定要能保證甘醇能流過(guò)下游的設(shè)備如換熱器和過(guò)濾器等。使用臥式閃蒸罐一般能獲得較好的凝液—甘醇分離效果，而立式閃蒸罐卻占有更少的平臺(tái)面積，這要進(jìn)行具體的分析選用。（4）過(guò)慮器在甘醇中固體顆粒應(yīng)少于0．01％(質(zhì)量)以避免泵的損壞、換熱器阻塞、溶液發(fā)泡、吸收塔板和再生精餾柱填料的污染、火管的熱腐蝕等。常用固體過(guò)濾器和活性炭過(guò)濾器來(lái)保證溶液的純度。前者以纖維制品、紙張或玻璃纖維為濾料，除去5181。m以上的粒子。固體過(guò)濾器置于閃蒸罐后，此時(shí)溶液溫度較高，粘度較低，便于過(guò)濾。固體過(guò)濾器的容量應(yīng)滿足處理全部循環(huán)溶液的需要?；钚蕴窟^(guò)濾器主要是除去溶液中的溶解性雜質(zhì)，加高沸點(diǎn)的烴類、表面活性劑、壓縮機(jī)潤(rùn)滑油以及TEG降解產(chǎn)物等。循環(huán)溶液可以全部進(jìn)入活性炭過(guò)濾器處理，也可以部分處理，視溶液中雜質(zhì)含量而定。溶液在過(guò)濾器內(nèi)的停留時(shí)間應(yīng)為15—20min以保證處理效果。(5) 甘醉泵甘醇循環(huán)泵是脫水裝置的唯一一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，它將貧甘醇從低壓升為高壓后入塔。常用的泵有三種驅(qū)動(dòng)方式：高壓氣體驅(qū)動(dòng)高壓液體驅(qū)動(dòng)電動(dòng)沒(méi)有甘醇的循環(huán)，就不能繼續(xù)脫水。因此，應(yīng)選配兩臺(tái)泵，每臺(tái)泵的能力都要能滿足全部甘醇循環(huán)的需要，一臺(tái)工作，另一臺(tái)備用：對(duì)大型裝置選擇電動(dòng)、水平或正位移泵都是有利的。對(duì)小型的邊遠(yuǎn)裝置，經(jīng)常選用高壓液體或氣體驅(qū)動(dòng)的甘醇泵。從吸收塔底出來(lái)的高壓甘醇可給雙動(dòng)泵提供部分動(dòng)力，從吸收塔出來(lái)的高壓氣體也能提供部分動(dòng)力，當(dāng)然這就要求吸收塔內(nèi)有較高的壓力。 （6）緩沖罐緩沖罐的體積要足夠大以容納從吸收塔出來(lái)的全部甘醇。正常運(yùn)行期間緩沖器應(yīng)半滿。同時(shí)應(yīng)有氣封以防止甘醇與空氣接觸。（7）貧／富液換熱器貧/富溶液換熱器是用來(lái)控制進(jìn)閃蒸罐和過(guò)濾器的富液溫度，并回收貧濃的熱量，使富液升溫至148℃左右進(jìn)再生塔，以減輕重沸器的熱負(fù)荷。最常用的是管殼式換熱器。對(duì)小型裝置可以不設(shè)置專門的換熱器，而在貧液緩沖罐中用換熱盤管來(lái)代替(即換熱罐)。采用這種換熱形式可以簡(jiǎn)化流程，節(jié)省投資，但其換熱效果較差，即使整個(gè)盤管均浸沒(méi)在貧液之中，換熱后的人塔富液溫度也很難超過(guò)93℃。TEG脫水的各種工藝流程，吸收部分大致相同，再生部分有所不同，目的是 提高TEG的濃度。最初采用的是常壓加熱,只靠加熱來(lái)提濃TEG，受到熱分解溫度的限制，只能提濃到98．5％(質(zhì))左右，大約可使露點(diǎn)降達(dá)35℃左右。由于這種方法不能滿足要求，因而發(fā)展了其它三種再生方法。第一種是減壓再生方法。 在一定溫度壓力下，比常壓加熱多蒸出水分，提高濃度。但此法系統(tǒng)復(fù)雜，操作費(fèi)用高；第二種是氣體汽提。它是國(guó)內(nèi)外通常采用的方法。將TEG溶液與熱的汽提氣 接觸，降低水蒸氣的分壓。可以提濃到99．95％(質(zhì)) ，露點(diǎn)降可達(dá)75—85。氣與蒸出的水汽一起排 向大氣，因含大量水汽而點(diǎn)不著火，不能燃燒而產(chǎn)生污染。第三種是共沸再生，這是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的方法，采用的共沸再生沸應(yīng)具有不溶于水和TEG、與水能形成低沸點(diǎn)共沸物、無(wú)毒、蒸發(fā)損失小的性質(zhì)，最常用的是異辛烷。此法可將TEG提濃到99．95％(質(zhì))，露點(diǎn)降達(dá)75—85℃，共沸劑在閉路內(nèi)循環(huán)，無(wú)大氣污染。此法雖然不用汽提氣，但是增加了設(shè)備和汽化共沸劑的能耗。 到目前為止，國(guó)外設(shè)計(jì)的一些TEG吸收脫水裝置仍采用汽提氣再生的方法。因汽提氣量很少，雖有污染，但不影響達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。它的成本低、操作方便、提濃效果好，是該法的一大優(yōu)點(diǎn)，所以國(guó)內(nèi)大都使用此法。基本原理：混合氣體中各組分在壓力的推動(dòng)下透過(guò)膜的傳遞速率不同，從而達(dá)到分離的目的。膜法脫水技術(shù)是利用特殊設(shè)計(jì)和制備的高分子氣體分離膜對(duì)天然氣中水分的優(yōu)先選擇滲透性，當(dāng)原料天然氣流經(jīng)膜表面時(shí)，水分優(yōu)先透過(guò)分離膜而被脫除掉。膜法脫水特點(diǎn)[5]： ①利用天然氣自身壓力作為凈化的推動(dòng)力，幾乎無(wú)壓力損失； ②無(wú)試劑加入，屬“干法”凈化，凈化過(guò)程中無(wú)額外材料消耗；無(wú)須再生，無(wú)二次污染； ③工藝相容性強(qiáng)，具有同時(shí)脫除性，如在脫水的同時(shí)，部分地脫除H2S、CO2； ④工藝簡(jiǎn)單，組裝方便，易操作，易橇裝； ⑤技術(shù)單元使用靈活，占地面積小。隨著膜分離法天然氣脫水越來(lái)越被人們重視成為常規(guī)胺、物理吸收和甘醇脫水等傳統(tǒng)工藝強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。世界上許多廠家、商家，如美國(guó)的Separex、Grace、Monsanto和挪威的AirProduct等大化工企業(yè)以及日本的日東電工、東麗、松下等，都相繼投入大量資金和精力到天然氣膜脫水工藝及裝置的研究開發(fā)中，國(guó)外膜法天然氣脫水已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，一些國(guó)家對(duì)天然氣膜脫水技術(shù)進(jìn)行了研究開發(fā)，目前已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化 美國(guó)Separex公司開發(fā)了醋酸纖維素螺旋卷式膜組件，用于海上開發(fā)平臺(tái)天然氣脫水，其H2O/CH4分離因子為500，、38℃下脫水后的天然氣的水露點(diǎn)溫度可達(dá)48℃，水蒸氣含量在Ф104時(shí)，可以除去97%的水分，這對(duì)天然氣的輸送，避免管道腐蝕十分有利。由于膜分離法天然氣脫水裝置體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，減少了海上采油平臺(tái)建設(shè)的投資費(fèi)用。美國(guó)Grace公司利用卷式膜組件開發(fā)了天然氣水分和酸性氣體脫除的工業(yè)試驗(yàn)裝置，并在加拿大等地現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了試驗(yàn)，取得了良好效果。近幾年來(lái)，挪威AirProducts公司已經(jīng)開發(fā)出適用于海洋開發(fā)平臺(tái)的天然氣脫水裝置。國(guó)內(nèi)膜分離法天然氣脫水情況：我國(guó)于20世紀(jì)90年代初開始膜分離法天然氣脫水研究及其應(yīng)用，中科院大連化學(xué)物理所、中科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)所等單位在該方面進(jìn)行了積極有益的探索，并取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。中國(guó)科學(xué)研究院大連化學(xué)物理研究所于1994年在我國(guó)長(zhǎng)慶氣田研制出中空纖維膜天然氣脫水裝置，并在長(zhǎng)慶氣田進(jìn)行了天然氣膜法脫水先導(dǎo)性試驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上開發(fā)出天然氣膜法脫水工業(yè)試驗(yàn)裝置，繼而進(jìn)行了工業(yè)規(guī)模的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。該方法采用了復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，其致密層是聚砜材料，支撐層是硅橡膠；膜組件的構(gòu)造是中空纖維式。試驗(yàn)結(jié)果表明： 凈化氣水露點(diǎn)達(dá)到8℃~13℃，甲烷回收率不低于98%。膜法天然氣脫水挑戰(zhàn)傳統(tǒng)脫水方法：膜分離法脫除天然氣中水分有諸多優(yōu)點(diǎn)，可保持其原來(lái)的壓力，且無(wú)二次污染，具有低能耗、 低成本，易操作，花費(fèi)低，高負(fù)荷和高功效等特點(diǎn)。膜分離器用于去除天然氣中的水汽時(shí)，它能處理含He，H2 ，CO2，CO等多種雜質(zhì)的天然氣，少量芳香烴、氯代烷、烯烴、重?zé)N及液態(tài)烴都不會(huì)影響膜的分離性能。膜分離作為一種處理工藝，有較寬的流量適用范圍。原料氣流量發(fā)生變化，可通過(guò)增加或減少膜分離器數(shù)量或者分離器內(nèi)的單元數(shù)來(lái)獲得同樣的分離效果，具有良好的市場(chǎng)前景，已經(jīng)或者正在成為傳統(tǒng)天然氣脫水方法強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。美國(guó)BenBikson等2003年在給美國(guó)能源部關(guān)于天然氣濃縮用新穎合成膜和膜過(guò)程開發(fā)的年度報(bào)告中，對(duì)膜過(guò)程和傳統(tǒng)的三甘醇(TEG)過(guò)程天然氣脫水進(jìn)行了性能和經(jīng)濟(jì)性兩方面的評(píng)價(jià)對(duì)比。他們成功地研制了工業(yè)化的天然氣脫水用聚酰亞胺合成中空纖維膜，膜器在大于7MPa 操作壓力下，性能可靠。在凈化比為2%~3%時(shí)，當(dāng)進(jìn)氣溫度大于32℃時(shí)，可使水露點(diǎn)下降到1℃。用兩種膜器進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)分析，一種是新研制的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用膜器（膜壓差7MPa左右）， 一種是膜壓力等于5MPa左右的膜器。小規(guī)模試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)膜過(guò)程在處理氣量小于283168m3/d時(shí)比TEG方法性能和經(jīng)濟(jì)性好，而在大規(guī)模試驗(yàn)條件下，比TEG 性能和經(jīng)濟(jì)性好。全面驗(yàn)證了膜過(guò)程天然氣脫水的優(yōu)勢(shì)和適用條件。應(yīng)用前景：膜法脫水不僅適用于凈化廠集中脫水和集氣站小站脫水，同時(shí)也能夠靈活方便地應(yīng)用于邊遠(yuǎn)井站單井脫水。天然氣集成凈化工藝脫除天然氣中的雜質(zhì)天然氣集成處理技術(shù)，可利用各自技術(shù)特有的優(yōu)勢(shì)，在滿足應(yīng)用要求的前提下降低裝置的投資和運(yùn)行費(fèi)用，簡(jiǎn)化操作工藝。各種集成技術(shù)的研究和開發(fā)，必將為膜分離技術(shù)在天然氣工業(yè)中的應(yīng)用開拓廣闊的天地。膜分離技術(shù)是目前世界上比較先進(jìn)的技術(shù)之一，它具有易于操作、使用壽命長(zhǎng)、適應(yīng)范圍廣、安全可靠、能耗低等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。國(guó)外的膜分離生產(chǎn)和研發(fā)技術(shù)已走在我國(guó)的前面，我國(guó)的天然氣行業(yè)雖然起步晚，但發(fā)展勢(shì)頭猛勁，更需要開發(fā)和應(yīng)用先進(jìn)的工藝方法。基本原理：核心部件為超音速分離器，其基本原理是利用拉瓦爾噴管。使天然氣在自身壓力作用下加速到超音速，這時(shí)天然氣的溫度和壓力會(huì)急劇下降，使天然氣中的水蒸氣冷凝成小液滴，然后在超音速下產(chǎn)生強(qiáng)烈的氣流旋轉(zhuǎn)將小液滴分離出來(lái)，并對(duì)于氣進(jìn)行再壓縮。第一個(gè)商業(yè)化的脫水系統(tǒng)于2003年12月在馬來(lái)西亞的B11海上平臺(tái)上安裝。目前，國(guó)內(nèi)在這方面的研究較少。技術(shù)優(yōu)點(diǎn)： ①天然氣超音速脫水系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，需要的設(shè)備少，易形成橇裝系統(tǒng)。由于天然氣高速通過(guò)脫水系統(tǒng)，因此在相同處理能力下，其體積較小。 ②天然氣超音速脫水系統(tǒng)沒(méi)有大的轉(zhuǎn)動(dòng)部件和化學(xué)處理系統(tǒng)，其可靠性很高， 日常維護(hù)很少，允許在最苛刻環(huán)境中運(yùn)轉(zhuǎn)，易實(shí)現(xiàn)無(wú)人職守。 ③超音速脫水技術(shù)利用天然氣本身的壓力工作，能夠在瞬間啟動(dòng)和停止工作，且不需要大量的外部能源供應(yīng)。 ④工藝工程中不添加化學(xué)藥劑，如甲醇、乙二醇、三甘醇，避免了化學(xué)品對(duì)環(huán)境的危害。 ⑤天然氣超音速脫水系統(tǒng)投資少，操作方便，可靠性高，不需外加動(dòng)力