某三甘醇天然气脱水工艺设计甘醇循环量计算.docx
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某三甘醇天然气脱水工艺设计甘醇循环量计算
重庆科技学院
课程设计报告
院（系）:
石油与天然气工程学院专业班级:
学生姓名:
学号:
设计地点（单位）__________________________
设计题目:
_某三甘醇天然气脱水工艺设计——甘醇循环量计算
完成日期：
年6月18日
指导教师评语:
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成绩（五级记分制）:
________________
指导教师（签字）:
________________
摘要
从油藏或地下储集层中采集出来的天然气或者脱硫后的天然气一般都含有水蒸气，而这些水蒸气对于天然气的集输和使用都是有害的，特别是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。
有些天然气还含有硫化氢和二氧化碳，这些酸性气体会使管线和设备腐蚀，减少管线的使用寿命，严重时会引起管道破裂等重大事件，造成天然气大量泄漏和安全事故，因此需要脱去天然气中的硫化氢、水和二氧化碳。
目前天然气工业中使用较为普遍的脱水方法是吸收法脱水，但在天然气技术工艺中，为保证管输天然气在输送过程中不形成水合物，对需要脱水的气体，广泛采用了甘醇吸收法脱水。
用作脱水吸收剂的物质对于天然气中的水蒸气应有很好的亲合能力，热稳定性好，脱水时不发生化学反应，容易再生，蒸汽压低，粘度小，对天然气和液烃的溶解度较低，起泡和乳化倾向小，对设备无腐蚀性，同时价格应该廉价且容易得到。
对比氯化钙水溶液、DEG水溶液和TEG水溶液的吸收剂特性，可以看出三甘醇水溶液具有DEG的优点，理论上，热分解温度较DEG高，再生后的TEG水溶液浓度较高，获得的露点降较大，蒸汽压较DEG低，蒸发损失小，投资及操作费用较DEG低，且使用于集中处理站内大流量、露点降要求较大的天然气脱水。
关键词：
三甘醇脱水工艺循环量计算三甘醇贫液的循环利用
1.设计参数……………………………………………………………………………Ⅰ
1.1基础资料…………………………………………………………………………Ⅰ
1.2天然气物性参数…………………………………………………………………Ⅲ
2.甘醇脱水原理及流程………………………………………………………………Ⅳ
2.1甘醇脱水的基本原理……………………………………………………………Ⅳ
3.2三甘醇吸收脱水流程……………………………………………………………Ⅵ
3.3三甘醇的再生方法………………………………………………………………Ⅶ
3.甘醇循环量计算……………………………………………………………………Ⅷ
3.1天然气含水量……………………………………………………………………Ⅷ
3.2甘醇的浓度………………………………………………………………………Ⅸ
3.3甘醇循环量………………………………………………………………………Ⅺ
4.结论…………………………………………………………………………………
5.参考文献……………………………………………………………………………
1．设计参数
1.1基础资料：
天然气组成如下表：
表1-1
组成
%（mol）
CH4
97.812
C2H6
0.569
C3H8
0.111
i-C4H10
0.022
n-C4H10
0.034
i-C5H12
0.015
n-C5H12
0.015
n-C6H14
0.038
N2
0.976
H2
0.006
O2+Ar
0.015
CO2
0.087
H2S
0.000
H2O
0.296
合计
100.00
原料气处理量40×104m3/d
原料气露点30~36ºC
原料气压力6MPa（g）
拟建天然气脱水装置产品气为干净化天然气，该产品气质量符合国家标准《天然气》（GB17820-1999）中二类气的技术指标。
其有关参数如下：
产品气质量40×104m3/d
产品气温度≤40ºC
产品气压力1.9~2.1mpa
H2S含量≤20mg/m3
总硫含量（以硫计）≤200mg/m3
CO2含量≤3%
水露点≤-8ºC（在2.1mpa条件下）
1.2天然气物性参数
表2-1
相对分子量（g/mol）
16.5389
相对密度（kg/m3
0.571
拟临界压力Mpa
4.636
拟临界温度K
193.039
压缩因子
0.92
饱和含水量kg/m³
683.61
压力Mpa
2.1
温度K
309
粘度mPa.s
0.012663
非天然气饱和水含量kg/m³
561.59
拟对比压力Mpa
1.079
拟对比温度K
1.550
2.甘醇脱水原理及流程
2.1甘醇脱水的基本原理
甘醇是直链的二元醇，其通用化学式是
。
二甘醇（DEG）和三甘醇（TEG）的分子结构如下：
甘醇可以与水完全溶解。
从分子结构看，每个甘醇分子中都有两个羟基（ＯＨ）。
羟基在结构上与水相似，可以形成氢键，氢键的特点是能和电负性较大的原子相连，包括同一分子或另一分子中电负性较大的原子，所以甘醇与水能够完全互溶，并表现出很强的吸水性。
这样，甘醇水溶液就可将天然气中的水蒸气萃取出来形成甘醇稀溶液，使天然气中水汽量大幅度下降。
2.2三甘醇吸收脱水流程
三甘醇脱水工艺主要由和再生两部分组成。
图1-1是三甘醇脱水工艺的典型流程。
含水天然气（湿气）先进入原料气过滤分离器，以除去气体中携带的液体和固体杂质，然后进入吸收塔。
在吸收塔内原料气自下而上流经各塔板，与自塔顶向下流的贫甘醇液逆流接触，甘醇液吸收天然气中的水汽，经脱水后的天然气（干气）从塔顶流出。
吸收了水分的甘醇富液自塔底流出，与再生塔顶部的水蒸气换热后进入三甘醇闪蒸罐，分离出被甘醇溶液吸收的烃类气体后，依次经过纤维过滤器（固体过滤器）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、化学剂及其他杂质，以防止引起甘醇溶液起泡、堵塞再生系统的精馏柱或使再沸器的火管结垢。
过滤后的富三甘醇溶液进入三甘醇缓冲罐，与贫液换热后注入到再生塔中对富液进行提浓转换为贫液后，经缓冲罐换热并水冷，由泵打入吸收塔循环使用。
图1-1新疆某气田第二处理厂三甘醇脱水工艺流程图
流程中各个设备的作用是：
①入口分离器：
除去自由水、液烃和盐水，以避免由于溶液发泡而造成的溶剂损失和塔效率的下降；②雾液分离器：
分离干气携带的ＴＥＧ③吸收塔：
是气流传质的场所，使气相中的水分转入ＴＥＧ中；④泵：
输送设备；⑤贫液冷却器冷却贫甘醇以达到需要的温度；⑥闪蒸器：
使富液闪蒸除去进入富液中的轻组分，减少再生塔的再生负荷；⑦贫／富液热交换器：
使贫液温度下降，富液温度升高，充分利用热能；⑧再生塔：
提浓富液的场所（精馏原理）；⑨缓冲罐：
缓冲、贮存、补充液体；⑩过滤器：
过滤溶液，除去腐蚀产物及其它杂质，减少溶液发泡的可能性。
2.3三甘醇的再生方法
三甘醇脱水的各种流程，其吸收部分大致相同，所不同的是甘醇富液的再生方法，由于贫甘醇的浓度直接影响装置的脱水效率，因而多年来三甘醇脱水工艺的改进都以提高甘醇贫液浓度、增大露点降为目的。
20世纪40年代末，多采用常压再生方法，即只靠加热方式提浓三甘醇。
因为三甘醇的加热温度受到热降解的限制，此法只能将三甘醇的贫液浓度提高到98.5%（质）左右。
相应的露点降为35℃。
为了进一步提高三甘醇的贫液浓度，在常压再生的基础上还可以采用以下的再生方法：
第一，减压再生。
减压再生是降压再生塔的操作压力，以提高甘醇溶液的浓度。
但是减压系统比较复杂，限制了该方法的使用。
第二，气体气提。
气体气提是将甘醇溶液同热的气提接触，汽提气可搅动甘醇溶液，使滞留在高粘度甘醇溶液中的水蒸气逸出，同时也降低了水蒸气压力，使更多的水蒸气从再沸器和精馏柱中脱出，从而将贫甘醇中的甘醇浓度进一步提浓到了99.995%（质），干气露点可降到-73~-97℃，此法是现行三敢醇脱水装置中应用较多的再生方法。
其典型的流程图如图2-2。
气提气排到大气，会产生污染，也增加了生产费用，对此需要有相应的措施。
第三，共沸再生。
共沸再生是70年代初发展起来的，该法采用共沸剂应具有不溶于水和三甘醇，同水能形成低沸点共沸物，无毒，蒸发失小等性质，最常用的是异辛烷。
共沸再生流程如图2-2。
共沸剂与三甘醇溶液中的残留水形成低沸点共沸物汽化，从再生塔顶流出，经冷凝冷却后，进入共沸物分离器，分去水后，共沸剂用泵打回重沸器。
改法可将甘醇溶液提浓到99.99%（质），干气露点达73度。
共沸剂在闭路中循环，损失量很小，此法无大气污染问题，节省了有用的气提气，增加的仅是共沸剂汽化所需的热量和共沸剂分离及循环泵。
图2-1图2-2
3.甘醇循环量计算
3.1天然气含水量
已知天然气的工作压力为2.1MPa，工作温度为36℃，天然气相对密度为0.571，查图3-1得到天然气的含水量为2667mg/m3，CRD=1，CS=0，据公式：
W=0.983W0CRDCS带入数据，得到非酸性天然气饱和水含量W=2621.661mg/m3。
因为酸性天然气的系统压力为2.1MPa，所以需要修正。
根据表1-1得到yco2=44.010×0.087/20.988=0.1842，yH2S=0，yHC=1－yco2=0.8158，查图3-2得到WCO2=6100mg/m3，根据公式W=0.983（yHCWHC+yco2WCO2+yH2SWH2S）带入数据，得到酸性天然气饱和水含量W=3188.9mg/m3。
图3-1天然气露点
图3-2CO2的水含量
3.2甘醇的浓度
在给定了甘醇循环量和塔板数的情况下，贫甘醇的浓度越高，露点降就越大。
离开吸收塔的气体的实际露点，一般比平衡露点高5.5－8.3℃。
已知天然气的实际露点为-8℃，取△t=9℃，则te=tr-△t=-17℃，查图4-1得到贫三甘醇溶液浓度为99.0%，对于多数装置，贫甘醇浓度为98%-99%是很普遍的。
图4-1吸收塔操作温度、进料贫三甘醇浓度和出的干天然气平衡水露点的关系
3.4甘醇循环量
已知V=4×104m3/d，由图3-1查得，当p=2.1MPa，t=36℃时，y1=3188.9mg/m3；t=-8℃时，y2=140mg/m3,根据公式G=V（y1－y2）/1000带入数据，得到脱水量G=121.596kg/d，若取a=0.05,则三甘醇贫液循环量根据公式V0=aG得到V0=0.05×121.956=6.0978m3/d。
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