第7章天然气的脱水三甘醇课件

基本要求基本要求n了解天然气脱水的必要性、脱水方法和了解天然气脱水的必要性、脱水方法和脱水深度；脱水深度；n重点掌握溶剂吸收脱水和固体吸附脱水重点掌握溶剂吸收脱水和固体吸附脱水的原理、工艺流程和工艺计算。的原理、工艺流程和工艺计算。1基本要求了解天然气脱水的必要性、脱水方法和脱水深度；1第一节第一节 概概 述述水的危害（为何要脱水？）：水的危害（为何要脱水？）：天天然然气气中中液液相相水水存存在在时时，在在一一定定条条件件下下会会形形成成水水合合物物，堵堵塞塞管管路路、设设备备、影影响集输生产的正常进行响集输生产的正常进行。n 对对于于含含有有CO2、H2S等等酸酸性性气气体体的的天天然然气气，由由于于液液相相水水的的存存在在，会会造造成成设设备备、管道的腐蚀。管道的腐蚀。2第一节概述2天然气脱水深度要求天然气脱水深度要求n满足用户的要求；满足用户的要求；n管输天然气水露点在起点输送压力下，管输天然气水露点在起点输送压力下，宜比宜比管外环境最低温度低管外环境最低温度低510；n对天然气凝液回收装置，水露点应对天然气凝液回收装置，水露点应低低于最低制冷温度于最低制冷温度5103天然气脱水深度要求满足用户的要求；3 1 1低温冷凝法低温冷凝法 2 2溶剂吸收脱水法溶剂吸收脱水法 3 3固体吸附脱水法固体吸附脱水法 有有时时采采用用2 2、3 3两两种种方方式式相相结结合合的的两两步步脱脱水水法法：第第一一步步用用溶溶剂剂吸吸附附法法使使天天然然气气达达到到一一定定的的露露点点降降；第第二二步步用用固固体体吸吸附附法法来来达达到到深度脱水的目的。深度脱水的目的。天然气的脱水方法：天然气的脱水方法：4天然气的脱水方法：4第二节第二节溶剂吸收法脱水溶剂吸收法脱水一、甘醇脱水的基本原理和物理性质一、甘醇脱水的基本原理和物理性质1、甘醇脱水的基本原理、甘醇脱水的基本原理 甘醇是直链的二元醇，其通用化学式是甘醇是直链的二元醇，其通用化学式是CnH2n(OH)2。5第二节溶剂吸收法脱水一、甘醇脱水的从分子结构看，每个甘醇分子中都有两个羟基从分子结构看，每个甘醇分子中都有两个羟基（）。羟基在结构上与水相似，可以形成氢（）。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，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，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，并表现出很强的吸所以甘醇与水能够完全互溶，并表现出很强的吸水性。水性。因此甘醇水溶液可将天然气中的水蒸气萃因此甘醇水溶液可将天然气中的水蒸气萃取出来形成甘醇稀溶液，使天然气中水汽取出来形成甘醇稀溶液，使天然气中水汽量大幅度下降。量大幅度下降。6从分子结构看，每个甘醇分子中都有两个羟基（）。羟基在结构2、甘醇的物理性质、甘醇的物理性质72、甘醇的物理性质7一甘醇（乙二醇）、二甘醇、一甘醇（乙二醇）、二甘醇、三甘醇三甘醇、四甘醇、四甘醇分子量增大、粘度增大、脱水露点降变小。分子量增大、粘度增大、脱水露点降变小。8一甘醇（乙二醇）、二甘醇、三甘醇、四甘醇分子量增大、粘度增大三甘醇（三甘醇（TEG）的优点是：）的优点是：(1)沸沸点点较较高高(285.5)，比比二二甘甘醇醇（244.8）约约高高40，可可在在较较高高的的温温度度下下再再生生，即即使使在在常常压压下下再再生生贫贫液液浓浓度度也也可可达达98.598.7%以以上上，因因而而露露点点降降比比二二甘甘醇醇多多822左右。左右。(2)蒸蒸气气压压较较低低。27时时，仅仅为为二二甘甘醇醇的的20%，因而损耗小。，因而损耗小。(3)热热力力学学性性质质稳稳定定。理理论论热热分分解解温温度度(206.7)约比二甘醇（约比二甘醇（164.4）高）高40。9三甘醇（TEG）的优点是：9二、三甘醇吸收脱水的原理流程二、三甘醇吸收脱水的原理流程 7-510二、三甘醇吸收脱水的原理流程7-5101111图图7-6所示为一典型所示为一典型的板式吸收塔。脱水的板式吸收塔。脱水吸收塔通常有吸收塔通常有612个个塔盘。塔盘。12图7-6所示为一典型的板式吸收塔。脱水吸收塔通常有612个流程中各设备的作用是：流程中各设备的作用是：入入口口分分离离器器 除除去去自自由由水水、液液烃烃和和盐盐水水，以以避避免免由由于于溶溶液液发发泡泡而而造造成成的的溶溶剂损失和塔效率的下降；剂损失和塔效率的下降；雾液分离器雾液分离器分离干气携带的分离干气携带的吸吸 收收 塔塔 是是气气流流传传质质的的场场所所，使使气气相相中的水分转入中；中的水分转入中；13流程中各设备的作用是：13泵泵 输送设备；输送设备；贫贫液液冷冷却却器器 冷冷却却贫贫甘甘醇醇以以达达到到需需要要的的温温度；度；闪闪 蒸蒸 器器 使使富富液液闪闪蒸蒸除除去去进进入入富富液液中中的的轻组分，减少再生塔的再生负荷；轻组分，减少再生塔的再生负荷；贫贫富富液液热热交交换换器器 使使贫贫液液温温度度下下降降，富富液液温度升高，充分利用热能；温度升高，充分利用热能；流程中各设备的作用是：流程中各设备的作用是：14泵输送设备；流程中各设备的作用是：14流程中各设备的作用是：流程中各设备的作用是：再再 生塔生塔 提浓富液的场所（精馏原理）；提浓富液的场所（精馏原理）；缓缓 冲冲 罐罐缓冲、贮存、补充液体；缓冲、贮存、补充液体；过过 滤滤 器器 过滤溶液，除去腐蚀产物及其过滤溶液，除去腐蚀产物及其它杂质，减少溶液发泡的可能性。它杂质，减少溶液发泡的可能性。15流程中各设备的作用是：再生塔提浓富液的场所（精馏问题：问题：影响三甘醇脱水关键因素是什么？影响三甘醇脱水关键因素是什么？三甘醇贫液浓度三甘醇贫液浓度16问题：影响三甘醇脱水关键因素是什么？三甘醇贫液浓度16提高三甘醇贫液浓度的方法提高三甘醇贫液浓度的方法(1)减压再生减压再生可可将将三三甘甘醇醇提提浓浓至至98.5%（质质）以以上上。但但减压系统比较复杂，限制了该法的应用。减压系统比较复杂，限制了该法的应用。(2)气体汽提气体汽提典型流程见图典型流程见图7-7。气体汽提是将甘醇溶液同气体汽提是将甘醇溶液同热的热的汽提气接触，汽提气接触，以降低溶液表面的水蒸气分压，使甘醇溶液以降低溶液表面的水蒸气分压，使甘醇溶液得以提浓到得以提浓到98.5%(质质)以上以上。此法是现行三此法是现行三甘醇脱水装置中应用较多的再生方法。甘醇脱水装置中应用较多的再生方法。17提高三甘醇贫液浓度的方法177-7187-718(3)共沸再生共沸再生共沸再生流程见图共沸再生流程见图7-8。共沸剂与共沸剂与三甘醇溶液中的残留三甘醇溶液中的残留水形成低水形成低沸点共沸物沸点共沸物汽化，从再生塔顶流出，经汽化，从再生塔顶流出，经冷凝冷却后，进入共沸物分离器，分去冷凝冷却后，进入共沸物分离器，分去水后，共沸剂用泵再打回重沸器。水后，共沸剂用泵再打回重沸器。共沸剂最常用的是共沸剂最常用的是异辛烷异辛烷。可将甘醇溶。可将甘醇溶液提浓至液提浓至99.99%(质质)，干气露点可低达，干气露点可低达-73。19(3)共沸再生共沸再生流程见图7-8。197-8207-820三、三甘醇法脱水的工艺参数选取原则 影响脱水效果的因素包括：贫三甘醇的浓影响脱水效果的因素包括：贫三甘醇的浓度、三甘醇循环速率、处理量、操作压力度、三甘醇循环速率、处理量、操作压力和温度以及影响平衡过程的其它因素。和温度以及影响平衡过程的其它因素。21三、三甘醇法脱水的工艺参数选取原则影响脱水效果的因素包括：1入口气体温度入口气体温度（1）在恒定压力条件下，当入口气体）在恒定压力条件下，当入口气体温度升高时，入口气体的含水量增加。温度升高时，入口气体的含水量增加。也就是说，在较高的温度下，甘醇不也就是说，在较高的温度下，甘醇不得不清除更多的水量才能符合要求。得不清除更多的水量才能符合要求。（2）气体温度的升高，会导致所需的）气体温度的升高，会导致所需的吸收塔塔径的增加。这是由于温度升吸收塔塔径的增加。这是由于温度升高实际上增大了气流的速度所致。高实际上增大了气流的速度所致。221入口气体温度22（3）最低的气体入口温度应高于水合）最低的气体入口温度应高于水合物形成的温度并应总是高于物形成的温度并应总是高于10 C。若。若低于低于10 C，甘醇会变稠。低于，甘醇会变稠。低于1521 C，甘醇会同气体中的液体烃，甘醇会同气体中的液体烃类形成稳定的乳化液，并在塔内导致类形成稳定的乳化液，并在塔内导致发泡。发泡。入口气温度超过入口气温度超过48 C将导致三甘醇的将导致三甘醇的损失增大。损失增大。1入口气体温度入口气体温度23（3）最低的气体入口温度应高于水合物形成的温度并应总是高于1通常所设计的三甘醇装置的入口气体温通常所设计的三甘醇装置的入口气体温度都在度都在2643 C之间。之间。24通常所设计的三甘醇装置的入口气体温度都在2643C之间。2塔内压力塔内压力认为认为3.458.27MPa的脱水压力是最经的脱水压力是最经济的。济的。为什么？为什么？252塔内压力253贫甘醇的温度贫甘醇的温度多数设计要求贫甘醇温度较吸收塔的多数设计要求贫甘醇温度较吸收塔的出口气体温度高出口气体温度高10 C。为什么？为什么？263贫甘醇的温度264吸收塔的塔板数吸收塔的塔板数在甘醇循环率和贫甘醇浓度恒定情况下，在甘醇循环率和贫甘醇浓度恒定情况下，塔板数越多，露点降越大。塔板数越多，露点降越大。由于再沸器的热负荷与甘醇循环率有直由于再沸器的热负荷与甘醇循环率有直接的关系，故所用的塔板数愈多，节约接的关系，故所用的塔板数愈多，节约燃料也愈多。通常多数塔板都定为燃料也愈多。通常多数塔板都定为68块。块。274吸收塔的塔板数275甘醇的浓度甘醇的浓度在给定了甘醇循环率和塔板数的情况在给定了甘醇循环率和塔板数的情况下，下，贫甘醇的浓度越高，露点降就越贫甘醇的浓度越高，露点降就越大。大。285甘醇的浓度287-9离开吸收塔离开吸收塔的气体的实的气体的实际露点，一际露点，一般较平衡露般较平衡露点高点高5.58.3 C。书中改错297-9离开吸收塔的气体的实际露点，一般较平衡露点高5.58对于露对于露点降，点降，增加贫增加贫甘醇浓甘醇浓度较增度较增加循环加循环率更有率更有效。效。7-1030对于露点降，增加贫甘醇浓度较增加循环率更有效。7-10306甘醇再（重）沸器温度甘醇再（重）沸器温度 再沸器的温度可控制水在贫甘醇中的浓度再沸器的温度可控制水在贫甘醇中的浓度，温度越高，贫甘醇浓度也越大。通常把三甘温度越高，贫甘醇浓度也越大。通常把三甘醇再沸器的温度限制为醇再沸器的温度限制为204 C 一般比较流行的作法是，把再沸器的温度限一般比较流行的作法是，把再沸器的温度限制在制在188199 C之间，之间，这样可将甘醇的降这样可将甘醇的降解减至最小解减至最小，从而有效地将甘醇浓度限制在，从而有效地将甘醇浓度限制在98.2%98.5%之间之间 316甘醇再（重）沸器温度再沸器的温度可控制水在贫甘醇中的浓甘醇同汽提气的接触能降低离开再沸甘醇同汽提气的接触能降低离开再沸器的贫甘醇中水的浓度。在常温常压器的贫甘醇中水的浓度。在常温常压下，常使用被水蒸气饱和的湿气作为下，常使用被水蒸气饱和的湿气作为汽提气。汽提气。7汽提气汽提气 32甘醇同汽提气的接触能降低离开再沸器的贫甘醇中水的浓度。在常温8甘醇循环率甘醇循环率能够保证甘醇与气体接触较好的最小能够保证甘醇与气体接触较好的最小循环率大约是脱除每循环率大约是脱除每1kg水需水需16.7L的的甘醇；保证最大的循环率为清除甘醇；保证最大的循环率为清除1kg水水需需58.4L甘醇；甘醇；而最常用的范围是吸收而最常用的范围是吸收1kg水需水需2560L 三甘醇溶液。三甘醇溶液。338甘醇循环率能够保证甘醇与气体接触较好的最小循环率大约是脱三甘醇脱水装置的工艺计算三甘醇脱水装置的工艺计算 n一吸收塔的工艺计算一吸收塔的工艺计算 n吸收塔的工艺计算包括：确定吸收剂的吸收塔的工艺计算包括：确定吸收剂的浓度、循环量、塔板数以及塔径等吸收浓度、循环量、塔板数以及塔径等吸收塔的尺寸。塔的尺寸。34三甘醇脱水装置的工艺计算一吸收塔的工艺计算3一吸收塔的工艺计算一吸收塔的工艺计算n1.进塔贫甘醇溶液浓度的确定进塔贫甘醇溶液浓度的确定n 根根据据图图7-9可可确确定定在在一一定定操操作作温温度度下下，欲欲达达到到干干气气平平衡衡露露点点所所必必须须的的贫贫三三甘甘醇醇溶溶液液的的最最低浓度。低浓度。n 出出塔塔干干气气的的真真实实水水露露点点温温度度比比平平衡衡水水露露点点温度高，温度高，n tr=te+t (7-1)一般可取一般可取 t=8 11 C35一吸收塔的工艺计算1.进塔贫甘醇溶液浓度的确定357-9367-9362 2、吸收剂贫三甘醇溶液用量的确定、吸收剂贫三甘醇溶液用量的确定 n G脱出的水量，脱出的水量，kg/d(或或kg/h)；n V进入吸收塔的天然气量，进入吸收塔的天然气量，Nm3/d(或或Nm3/h)；n y进入吸收塔的天然气含水汽量，进入吸收塔的天然气含水汽量，g重重/Nm3n y 离开吸收塔的干气含水汽量，离开吸收塔的干气含水汽量，g重重/Nm3 372、吸收剂贫三甘醇溶液用量的确定G脱出的水量，2 2、吸收剂贫三甘醇溶液用量的确定、吸收剂贫三甘醇溶液用量的确定（续）（续）n则三甘醇贫液用量则三甘醇贫液用量V 为为 式中式中 a由天然气中每吸收由天然气中每吸收1公斤水所公斤水所需要的三甘醇溶液量，需要的三甘醇溶液量，m3，一般一般a取为取为0.0250.06m3。382、吸收剂贫三甘醇溶液用量的确定（续）则三甘醇贫液用量V为3 3、吸收塔塔板数的确定、吸收塔塔板数的确定n其中其中 L三甘醇溶液循环量，三甘醇溶液循环量，mol/hn V原料天然气流量，原料天然气流量，mol/hn K气相中水汽和三甘醇水溶液中液相水之间的气相中水汽和三甘醇水溶液中液相水之间的平衡常数。平衡常数。A吸收因子吸收因子 吸收因子的计算：吸收因子的计算：（7-5）393、吸收塔塔板数的确定其中L三甘醇溶液循环量，mol/3 3、吸收塔塔板数的确定（续）、吸收塔塔板数的确定（续）nKremser-Brown方程 式中式中 yN+1进吸收塔湿原料气中水的摩尔分数进吸收塔湿原料气中水的摩尔分数 y1离开吸收塔干气中水的摩尔分数离开吸收塔干气中水的摩尔分数 y0当离塔干气与进塔贫三甘醇溶液处于平衡时，干气中水的当离塔干气与进塔贫三甘醇溶液处于平衡时，干气中水的摩尔分数摩尔分数 N吸收塔理论塔板数吸收塔理论塔板数 A吸收因子吸收因子 吸收因子吸收因子A A403、吸收塔塔板数的确定（续）Kremser-Brown方程3 3、吸收塔塔板数的确定（续）、吸收塔塔板数的确定（续）n平衡常数平衡常数n式中式中yy气相中水的摩尔分数；气相中水的摩尔分数；n x x与气相平衡的三甘醇溶液中水与气相平衡的三甘醇溶液中水的摩尔分数。的摩尔分数。413、吸收塔塔板数的确定（续）平衡常数413 3、吸收塔塔板数的确定（续）、吸收塔塔板数的确定（续）式中式中 W0操作条件下与纯液相水呈平衡状态操作条件下与纯液相水呈平衡状态的饱和水汽含量，的饱和水汽含量，kg水汽水汽/百万百万Nm3天然气。天然气。r三甘醇水溶液水的活度系数。可由图三甘醇水溶液水的活度系数。可由图7-15查得。查得。（7-11）423、吸收塔塔板数的确定（续）式中W0操作条件下与纯液图图7-16克列姆塞尔吸收因子图克列姆塞尔吸收因子图43图7-16克列姆塞尔吸收因子图433 3、吸收塔塔板数的确定（续）、吸收塔塔板数的确定（续）n塔板效率塔板效率 Np实际板数。实际板数。N理论板数。理论板数。效率效率 一般可取为一般可取为2525 40%40%443、吸收塔塔板数的确定（续）塔板效率Np实际板数。44甘醇吸收塔的选型和塔径计算甘醇吸收塔的选型和塔径计算 n小直径三甘醇吸收塔可选用填料塔型；小直径三甘醇吸收塔可选用填料塔型；直径较大时，则应选用板式塔。由于三直径较大时，则应选用板式塔。由于三甘醇溶液循环量很小，为有利于气甘醇溶液循环量很小，为有利于气-液传液传质，保证塔板液封，增加操作弹性，多质，保证塔板液封，增加操作弹性，多采用园泡罩塔板，也有采用浮阀塔板。采用园泡罩塔板，也有采用浮阀塔板。454甘醇吸收塔的选型和塔径计算小直径三甘醇吸收塔可选用填料 泡罩塔塔径计算泡罩塔塔径计算n式中式中 Ga气体的最大允许质量速度，气体的最大允许质量速度，kg/hm2（空塔气体质量流速空塔气体质量流速Ga）n l吸收塔中液相密度，吸收塔中液相密度，kg/m3n g吸收塔中气相密度，吸收塔中气相密度，kg/m3n C常数，可由表常数，可由表7-3或图或图7-18查得。查得。46泡罩塔塔径计算式中Ga气体的最大允许质量速 泡罩塔塔径计算（续）泡罩塔塔径计算（续）47泡罩塔塔径计算（续）474848n设计气体质量流量设计气体质量流量 泡罩塔塔径计算（续）泡罩塔塔径计算（续）49设计气体质量流量泡罩塔塔径计算（续）49n式中式中 G被处理气体的质量流量，被处理气体的质量流量，kg/h，按下，按下式计算式计算n G=0.05Q （7-18）n或或 G=0.00173QMn（7-19）n其中其中 Q被处理气体的体积流量，基米被处理气体的体积流量，基米3/天，天，n 天然气相对密度（空气相对密度为天然气相对密度（空气相对密度为1.0）n Mn被处理气体的分子量被处理气体的分子量 泡罩塔塔径计算（续）泡罩塔塔径计算（续）50式中G被处理气体的质量流量，kg/h，按下式计算二三甘醇再生系统的计算二三甘醇再生系统的计算n1再生系统操作条件的确定再生系统操作条件的确定 n(1)再生温度和压力再生温度和压力n再生温度和压力再生温度和压力 一般采用一般采用常压再生常压再生。n 常压下，三甘醇的热分解温度约为常压下，三甘醇的热分解温度约为206 C。因而重沸器的温度不应高于此。因而重沸器的温度不应高于此值，通常为值，通常为191193 C，最高不应超，最高不应超过过204。51二三甘醇再生系统的计算1再生系统操作条件的确定511再生系统操作条件的确定再生系统操作条件的确定n 在罐式重沸器中，气液两相可认为达在罐式重沸器中，气液两相可认为达到平衡，此汽一液两相平衡系统的温度到平衡，此汽一液两相平衡系统的温度和压力关系如图和压力关系如图7-19所示。已知重沸器所示。已知重沸器压力（甘醇蒸汽和水蒸汽分压之和）和压力（甘醇蒸汽和水蒸汽分压之和）和要求达到的三甘醇溶液浓度，则由图要求达到的三甘醇溶液浓度，则由图7-19可以查出相应的重沸器温度，如有惰可以查出相应的重沸器温度，如有惰性气体存在时，则应由重沸器压力中扣性气体存在时，则应由重沸器压力中扣除惰性气体分压后，再由图查出相应的除惰性气体分压后，再由图查出相应的温度。温度。521再生系统操作条件的确定在罐式重沸器中，气液两相可认53531再生系统操作条件的确定再生系统操作条件的确定n（2）再生塔回流比）再生塔回流比n 由由于于三三甘甘醇醇和和水水的的沸沸点点相相差差较较大大（三三 甘甘 醇醇 沸沸 点点 为为 285.5 C，水水 为为100 C），较较易易分分离离，一一般般采采用用回回流流比比约为约为1:1。541再生系统操作条件的确定（2）再生塔回流比541再生系统操作条件的确定再生系统操作条件的确定n（3)汽汽提提气气及及其其用用量量 利利用用汽汽提提气气进进行行再再生生时时，所所用用汽汽提提气气应应不不溶溶于于水水，且且在在204 C以以前前是是稳稳定定的的气气体体。现现场场常常用用压压力力为为294588kPa（表表压压）的的干干天天然然气气，或或者者三三甘甘醇醇富富液液的的闪闪蒸蒸气气作作为为再再生生汽汽提提气。气。551再生系统操作条件的确定（3)汽提气及其用量利用汽提气1再生系统操作条件的确定再生系统操作条件的确定n 随汽提气用量增加，再生贫三甘醇溶随汽提气用量增加，再生贫三甘醇溶液浓度增加。但是，汽提量增加到一定液浓度增加。但是，汽提量增加到一定值后，三甘醇溶液浓度增加缓慢。因此值后，三甘醇溶液浓度增加缓慢。因此应适当使用汽提量，并控制勿使汽提柱应适当使用汽提量，并控制勿使汽提柱发生液泛。可利用图发生液泛。可利用图7-21计算汽提气用计算汽提气用量。量。561再生系统操作条件的确定随汽提气用量增加，再生贫三甘n图图7-21确定汽提气用量的计算图确定汽提气用量的计算图57图7-21确定汽提气用量的计算图57图图7-21a 常压和汽提再生查图方法常压和汽提再生查图方法BTK1AXK2（3）汽提气用量）汽提气用量58图7-21a常压和汽提再生查图方法BTK1AXK2（3）汽常压和汽提再生查图步骤常压和汽提再生查图步骤 由由顶顶部部三三甘甘醇醇贫贫液液浓浓度度浓浓度度线线上上确确定定B点点，由由B点点作作垂垂线线直直接接与与再再沸沸器器操操作作温温度度的的等等温温线线交于交于K1，然后由，然后由K1作水平线作水平线K1X。由底部三甘醇富液浓度线确定由底部三甘醇富液浓度线确定A点，由点，由A点点作垂线与作垂线与K1X相交于相交于K2点，由点，由K2点即可读出应点即可读出应注入再生系统的汽提量，如图注入再生系统的汽提量，如图7-21a）。）。59常压和汽提再生查图步骤由顶部三甘醇贫液浓度减压和汽提再生查图方法减压和汽提再生查图方法 60减压和汽提再生查图方法60（1）如图所示，由所需要达到的贫三甘醇溶液）如图所示，由所需要达到的贫三甘醇溶液浓度，在顶部贫甘醇浓度线上确定浓度，在顶部贫甘醇浓度线上确定B点，由点，由B点点作垂线交与重沸器操作压力对应的等压线于作垂线交与重沸器操作压力对应的等压线于K1点，再由点，再由K1点作水平线交点作水平线交101.325kPa（760mmHg）等压线于）等压线于K2点；点；由由K2点作垂线交与再沸器操作温度对应的等温点作垂线交与再沸器操作温度对应的等温线于线于K3点，由点，由K3作水平线作水平线K 3X。减压和汽提再生查图步骤减压和汽提再生查图步骤61（1）如图所示，由所需要达到的贫三甘醇溶液浓度，在顶部贫甘醇（2）根根据据进进再再生生塔塔的的富富液液浓浓度度，由由底底部部富富三三甘甘醇醇溶溶液液浓浓度度线线上上确确定定A点点；由由A点点作作垂垂线线交交K3X线线于于K4点点，由由K4点点即即可可读读出出应注入再生系统的汽提气量。应注入再生系统的汽提气量。减压和汽提再生查图步骤减压和汽提再生查图步骤62（2）根据进再生塔的富液浓度，由底部富三甘醇溶液浓度线上确定2再生设备尺寸确定再生设备尺寸确定n（1）三甘醇重沸器的选型及计算）三甘醇重沸器的选型及计算n1）选型选型n 三甘醇再生重沸器的加热方式有：火管三甘醇再生重沸器的加热方式有：火管加热、蒸汽加热；国外还有热载体加热及燃加热、蒸汽加热；国外还有热载体加热及燃气轮机废气加热等。井场快装式脱水装置几气轮机废气加热等。井场快装式脱水装置几乎都是采用天然气直接火管加热，天然气净乎都是采用天然气直接火管加热，天然气净化厂的脱水装置通常采用化厂的脱水装置通常采用2.53.9MPa（表）（表）的蒸汽或天然气直接火管加热。的蒸汽或天然气直接火管加热。632再生设备尺寸确定（1）三甘醇重沸器的选型及计算632）重沸器热负荷重沸器热负荷n q=557435L n式中式中 q重沸器的总热负荷，重沸器的总热负荷，J/h；n L甘醇循环量，甘醇循环量，L/h 642）重沸器热负荷q=557435L642）重沸器热负荷重沸器热负荷n式中：式中：q1水蒸汽带走的热量，水蒸汽带走的热量，kJ/h；n q2回流所耗热量，回流所耗热量，kJ/h；n q3汽提气加热所耗热量，汽提气加热所耗热量，kJ/h；n q4贫液带出的热量，贫液带出的热量，kJ/h；n q5富液带入的热量，富液带入的热量，kJ/h。652）重沸器热负荷式中：q1水蒸汽带走的热量，kJ/h3）重沸器的供热量、热流强度、重沸器的供热量、热流强度、热效率热效率n供热量供热量 重沸器供热量取决于贫、富甘重沸器供热量取决于贫、富甘醇换热情况和换热效率，一般选单位体醇换热情况和换热效率，一般选单位体积甘醇所需热量积甘醇所需热量418076780409kJ/m3的下限值。的下限值。式中：式中：L贫贫贫甘醇的体积流量。贫甘醇的体积流量。根据根据q有效有效值，可估计重沸器及贫、富液换热值，可估计重沸器及贫、富液换热器及精确柱的尺寸。器及精确柱的尺寸。663）重沸器的供热量、热流强度、热效率供热量重沸器供热量3）重沸器的供热量、热流强度、重沸器的供热量、热流强度、热效率热效率n 据国外经验，重沸器的热负荷低于据国外经验，重沸器的热负荷低于837360kJ/h的小型装置宜采用同径的的小型装置宜采用同径的U型型管布置形式，如果重沸器的热负荷高于管布置形式，如果重沸器的热负荷高于837360kJ/h，一般采用变径火管布置。，一般采用变径火管布置。673）重沸器的供热量、热流强度、热效率据国外经验，重沸68683）重沸器的供热量、热流强度、重沸器的供热量、热流强度、热效率热效率n热流强度热流强度 n热流强度推荐用热流强度推荐用6698983736kJ/(hm2)。若火管金属表面温度高，甘醇会很快分解，由于这若火管金属表面温度高，甘醇会很快分解，由于这个原因，要决定最小表面温度，采用适宜的火管设个原因，要决定最小表面温度，采用适宜的火管设计型式，以提供足够的表面积。为此，采用火管加计型式，以提供足够的表面积。为此，采用火管加热方式中，热流强度不能超过热方式中，热流强度不能超过79549kJ/(hm2)。低的热流强度是有益的，可防止火管壁温升高。低的热流强度是有益的，可防止火管壁温升高。n当用蒸汽作重沸器热源时，应限制热流强度为当用蒸汽作重沸器热源时，应限制热流强度为79496kJ/(hm2)693）重沸器的供热量、热流强度、热效率热流强度69火管传热面积火管传热面积 式中：式中：q有效有效重沸器的供热量，重沸器的供热量，kJ/h；q选选所选热流强度，一般取所选热流强度，一般取 q选选=66989kJ/(hm2)3）重沸器的供热量、热流强度、重沸器的供热量、热流强度、热效率热效率70火管传热面积式中：q有效重沸器的供热量，kJ/h；3）n热效率热效率 推荐直接火加热型式的热效率推荐直接火加热型式的热效率=70%n重沸器燃料用量重沸器燃料用量 式中：式中：H低低燃料的低热值，燃料的低热值，kJ/Nm3；Nm3/h 3）重沸器的供热量、热流强度、重沸器的供热量、热流强度、热效率热效率71热效率推荐直接火加热型式的热效率=70%式中：H低n 烟囱直径取与火管直径一致，烟囱高度烟囱直径取与火管直径一致，烟囱高度一般推荐在一般推荐在315米范围，比重沸器火管水米范围，比重沸器火管水平管高出平管高出6米左右即可。烟囱阻力为米左右即可。烟囱阻力为15毫米毫米水柱。水柱。3）重沸器的供热量、热流强度、重沸器的供热量、热流强度、热效率热效率72烟囱直径取与火管直径一致，烟囱高度一般推荐在315（1）甘醇换热罐的选型及换热面积计算）甘醇换热罐的选型及换热面积计算n 贫甘醇贫甘醇-富甘醇溶液换热器多采用罐式，富甘醇溶液换热器多采用罐式，叫甘醇换热罐。它主要作为甘醇循环泵进料叫甘醇换热罐。它主要作为甘醇循环泵进料缓冲罐。利用缓冲罐内有效空间布置一层或缓冲罐。利用缓冲罐内有效空间布置一层或多层换热盘管，进行贫、富液的热交换，同多层换热盘管，进行贫、富液的热交换，同时三甘醇贫液在此起沉降作用，并保证三甘时三甘醇贫液在此起沉降作用，并保证三甘醇循环泵的净吸入压头。醇循环泵的净吸入压头。73（1）甘醇换热罐的选型及换热面积计算贫甘醇-富甘醇溶液（1）甘醇换热罐的选型及换热面积计）甘醇换热罐的选型及换热面积计算算n 为了尽量降低三甘醇贫液的出口温度，换为了尽量降低三甘醇贫液的出口温度，换热罐可不用保温，只要求考虑防烫设施。一热罐可不用保温，只要求考虑防烫设施。一般采用金属丝网防烫保护罩。三甘醇贫液凭般采用金属丝网防烫保护罩。三甘醇贫液凭借热辐射向周围大气散热而被冷却。不保温借热辐射向周围大气散热而被冷却。不保温时的热损失是保温时热损失的时的热损失是保温时热损失的20倍，测得某倍，测得某引进装置不保温时热损失为引进装置不保温时热损失为34.9%（保温时，（保温时，壳程流体的热损失为壳程流体的热损失为5%）。）。74（1）甘醇换热罐的选型及换热面积计算为了尽量降低三甘醇（1）甘醇换热罐的选型及换热面积计）甘醇换热罐的选型及换热面积计算算n1）作物料平衡作物料平衡n根据贫、富液组成和流率作出物料平衡，根据贫、富液组成和流率作出物料平衡，可得贫、富甘醇溶液浓度为可得贫、富甘醇溶液浓度为100%（质）时（质）时的流率及水的流率。的流率及水的流率。n2）作热平衡求换热罐的热负荷作热平衡求换热罐的热负荷qn换热罐的热负荷由贫甘醇侧来决定，因为换热罐的热负荷由贫甘醇侧来决定，因为贫甘醇侧无相变，其比热数据适合计算。若贫甘醇侧无相变，其比热数据适合计算。若取换热罐热损为取换热罐热损为35%，则，则75（1）甘醇换热罐的选型及换热面积计算1）作物料平衡75（1）甘醇换热罐的选型及换热面积计）甘醇换热罐的选型及换热面积计算算n式中：式中：q1、q2分别为贫甘醇带入和分别为贫甘醇带入和带出的热量，带出的热量，kJ/h；n q3、q4分别为富甘醇带入和带出分别为富甘醇带入和带出的热量，的热量，kJ/h。76（1）甘醇换热罐的选型及换热面积计算式中：q1、q2分别（1）甘醇换热罐的选型及换热面积计）甘醇换热罐的选型及换热面积计算算n1）甘醇换热罐的换热面积甘醇换热罐的换热面积F77（1）甘醇换热罐的选型及换热面积计算1）甘醇换热罐的换热面积（3）贫、富液精馏柱）贫、富液精馏柱n 精馏原理精馏原理 78（3）贫、富液精馏柱精馏原理787979精馏原理精馏原理n实现精馏过程的必要条件是：实现精馏过程的必要条件是：n每一块塔板上要有汽液两相密切接每一块塔板上要有汽液两相密切接触。触。n汽液两相间的组分应有浓度差。汽液两相间的组分应有浓度差。n以保证有一定的传质推动力，使传质过以保证有一定的传质推动力，使传质过程得以持续进行。程得以持续进行。n汽液两相间应有温度差。汽液两相间应有温度差。n才能保证传热过程的进行。才能保证传热过程的进行。80精馏原理实现精馏过程的必要条件是：802）贫、富液精馏柱的直径及高度）贫、富液精馏柱的直径及高度 n 富甘醇溶液精馏柱多为填料塔型，富甘醇溶液精馏柱多为填料塔型，其直径由填料塔泛点速度计算，设计时，其直径由填料塔泛点速度计算，设计时，用泛点速度乘以安全系数（一般为用泛点速度乘以安全系数（一般为0.60.8）作为操作速度，再根据富液）作为操作速度，再根据富液精馏柱中气相流率（精馏柱中气相流率（m3/h）即可算出塔）即可算出塔径。径。812）贫、富液精馏柱的直径及高度富甘醇溶液精馏柱多为a、按泛点空塔气速计算、按泛点空塔气速计算n式中：式中：干填料因子，干填料因子，a为填料比表面积（为填料比表面积（m2/m3），），为填料空隙为填料空隙率（率（m3/m3）,1/m；nA系数，因填料形式不同而异，对拉西环系数，因填料形式不同而异，对拉西环A=0.022，对弧鞍型填料，对弧鞍型填料A=0.26，对丝网填料中的，对丝网填料中的 网环网环A=0.20；n L液相的粘度，液相的粘度，m(Pa s)；nWF泛点空塔气速，泛点空塔气速，m/s；nq重力加速度，重力加速度，9.81m/s2；nL液相的流量，液相的流量，kg/hnG气相的流量，气相的流量，kg/h；n L、G液相及气相的密度，液相及气相的密度，kg/m3。82a、按泛点空塔气速计算式中：干填b.按富液喷淋密度计算按富液喷淋密度计算n富液精馏柱直径还可用三甘醇喷淋密度富液精馏柱直径还可用三甘醇喷淋密度（5.112.7m3/(hm2)）计算，一般）计算，一般靠近上限值选取，（推荐值为靠近上限值选取，（推荐值为10.35m3/(hm2)）。）。Ln三甘醇富液流率，三甘醇富液流率，kg/h；L三甘醇富液密度，三甘醇富液密度，kg/m3。83b.按富液喷淋密度计算富液精馏柱直径还可用三甘醇喷淋密 贫液精馏柱的直径贫液精馏柱的直径n贫液精馏柱的直径比富液精馏柱直径要贫液精馏柱的直径比富液精馏柱直径要小，一般取贫液精馏柱截面积为富液精小，一般取贫液精馏柱截面积为富液精馏柱截面积的馏柱截面积的57%，即贫液精馏柱的直，即贫液精馏柱的直径为径为0.76倍富液精馏柱的直径倍富液精馏柱的直径84贫液精馏柱的直径贫液精馏柱的直径比富液精馏柱直径要小，一 贫、富液精馏柱的高度贫、富液精馏柱的高度 在在富富液液精精馏馏柱柱中中的的分分离离实实际际是是水水甘甘醇醇的的二二元元精精馏馏分分离离，所所需需理理论论板板数数可可采采用用逐逐板板计计算算法法或或图图解解法法求求得得。一一般般需需要要2或或3块块理理论论板板即即可可达达到到要要求求，其其中中一一块块板板为为重重沸沸器。器。85贫、富液精馏柱的高度在富液精馏柱中的分离实际是水甘富液精馏柱的填料层高度富液精馏柱的填料层高度 对对于于填填料料塔塔，填填料料层层高高度度的的计计算算有有两种方法：两种方法：n 传质单元法传质单元法(参考化工原理）；参考化工原理）；n 等板高度法。等板高度法。86富液精馏柱的填料层高度对于填料塔，填料层高度的计算有填料层高度填料层高度Z（m）按等板高度法计算填料层高度：按等板高度法计算填料层高度：NT理论板数；理论板数；HT填料的等板高度，填料的等板高度，m。87填料层高度Z（m）按等板高度法计算填料层高度：NT理论板数贫液精馏柱的填料高度贫液精馏柱的填料高度 贫贫液液精精馏馏柱柱的的填填料料高高度度一一般般取取为为1.21.6m。该该精精馏馏柱柱的的下下部部插插入入换换热热罐罐溶液中。溶液中。88贫液精馏柱的填料高度贫液精馏柱的填料高度一般取为1.21（6）其它设备的选用）其它设备的选用n甘醇溶液闪蒸罐甘醇溶液闪蒸罐n换热设备换热设备n甘醇富液过滤器甘醇富液过滤器n甘醇循环泵甘醇循环泵89（6）其它设备的选用甘醇溶液闪蒸罐89 甘醇溶液闪蒸罐甘醇溶液闪蒸罐 在在高高压压天天然然气气脱脱水水装装置置中中，有有一一定定量量烃烃类类气气体体溶溶解解于于循循环环的的甘甘醇醇溶溶液液中中，溶溶解解的的烃烃类类气气体体随随吸吸收收塔塔操操作作压压力力增增加加而而增增加加，溶溶解解的的气气量量。甘甘醇醇闪闪蒸蒸分分离离器器的的压压力力宜宜为为0.170.52MPa，操作温度为，操作温度为60 93。90甘醇溶液闪蒸罐在高压天然气脱水装置中，有一定量烃类气 闪闪蒸蒸罐罐的的尺尺寸寸设设计计是是按按流流体体在在闪闪蒸蒸罐罐中中停停留留时时间间t(min)和和甘甘醇醇循循环环量量VL（m3/h)来来确确定定的的。闪闪蒸蒸罐罐的的停停留留时时间间，由由溶溶解解烃烃的的种种类类和和起起泡泡程程度度决决定定，两两相相分分离离器器为为5分分钟钟，三三相相分分离离器器取取为为2030分钟。分钟。V闪蒸罐的沉降容积，闪蒸罐的沉降容积，m3。甘醇溶液闪蒸罐甘醇溶液闪蒸罐91闪蒸罐的尺寸设计是按流体在闪蒸罐中停留时间t(min)换热设备换热设备 在在TEG脱脱水水工工艺艺中中采采用用的的冷冷换换设设备备有有贫贫/富富TEG换换热热器器、贫贫液液冷冷却却器器、再再生生塔塔顶顶冷冷凝凝器器，有有时时还还设设置置湿湿气气冷冷却却器器等等，具具体体使使用的换热器型式各不相同。用的换热器型式各不相同。92换热设备在TEG脱水工艺中采用的冷换设备有贫/富TEG换热器面积计算：换热器面积计算：q热负荷，kW；K传热系数，kW/(m2)；t冷热流体的温差，。换热设备换热设备93换热器面积计算：q热负荷，kW；换热设备93 贫贫/富富甘甘醇醇换换热热器器因因其其壳壳程程流流速速很很低低，故故其其传传热热系系数数K值值很很小小。工工业业装装置置上上求求得得的的传传热热系系数数K=116175W/(m2K)，而而理理论论计计算算的的K值值更更小小，例例如如，某某引引进进装装置换热罐的传热系数值为置换热罐的传热系数值为31.4W/(m2K)。换热设备换热设备94贫/富甘醇换热器因其壳程流速很低，故其传热系数甘醇富液过滤器甘醇富液过滤器甘甘醇醇富富液液过过滤滤器器常常用用的的有有玻玻璃璃纤纤维维过过滤滤器和活性炭过滤器两种，或二者串联组成。器和活性炭过滤器两种，或二者串联组成。玻玻璃璃纤纤维维过过滤滤器器主主要要用用来来脱脱除除三三甘甘醇醇溶溶液液中中5微微米米以以上上固固体体杂杂质质，以以防防溶溶液液变变脏脏、发泡和堵塞设备。发泡和堵塞设备。95甘醇富液过滤器甘醇富液过滤器常用的有玻璃纤维过滤器和活性炭活活性性炭炭过过滤滤器器主主要要用用来来脱脱除除三三甘甘醇醇溶溶液液中中的的重重烃烃、酸酸碱碱性性物物质质（即即降降解解产产物物）及及5微微米米以以下下的的固固体体物物质质以以防防甘甘醇醇溶溶液液起泡和腐蚀设备。起泡和腐蚀设备。甘醇富液过滤器甘醇富液过滤器96活性炭过滤器主要用来脱除三甘醇溶液中的重烃、酸碱性物质（即降根根据据富富液液流流率率及及推推荐荐的的过过滤滤速速度度（四四川川卧卧引引厂厂玻玻璃璃纤纤维维过过滤滤器器：2.3m3/(m2h)，活活性性炭炭过过滤滤器器：40.8L/(m2h)）可可计计算算出出过过滤滤器器的的过过滤滤面面积积。活活性性炭炭过过滤滤器器一一般般是是按按富富液液流流量量的的10%进行设计。进行设计。甘醇富液过滤器甘醇富液过滤器97根据富液流率及推荐的过滤速度（四川卧引厂玻璃纤维过滤器：2.甘醇循环泵甘醇循环泵 甘甘醇醇循循环环泵泵是是用用来来泵泵送送甘甘醇醇溶溶液液进进入入吸吸收收塔塔进进行行循循环环的的。可可根根据据具具体体液液动动泵泵、电电动动泵泵或或气气动动泵泵。气气体体甘甘醇醇泵泵目目前前广广泛泛用用于于甘甘醇醇脱脱水水装装置置，它它是是一一种种压压力力交交换换泵泵，它它利利用用富富甘甘醇醇溶溶（具具有有吸吸收收塔塔的的压压力力）供供给泵大部分所需要的驱动力。给泵大部分所需要的驱动力。98甘醇循环泵甘醇循环泵是用来泵送甘醇溶液进入吸收塔进行循环 当当吸吸收收塔塔压压力力为为4.8MPa时时，循循环环每每升升贫贫甘甘醇醇溶溶液液大大约约只只需需0.04m3的的天天然然气气以以补补充充驱驱动动力力。这这种种泵泵自自50年年代代使使用用以以来来，性性能能良良好好，对对于于无无电电源源或或节节约约电电力力都都是是很很好好的方法。的方法。甘醇循环泵甘醇循环泵99当吸收塔压力为4.8MPa时，循环每升贫甘醇溶液大约只需0七、降低三甘醇损耗量的措施七、降低三甘醇损耗量的措施 三甘醇的价格较贵，应尽可能降低其三甘醇的价格较贵，应尽可能降低其损失量。对正常运行的脱水装置，三甘醇损失量。对正常运行的脱水装置，三甘醇损耗量宜小于损耗量宜小于15mg/m3天然气（二甘醇：天然气（二甘醇：小于小于22mg/m3），超过此范围就应检查），超过此范围就应检查三甘醇大量损失的原因。三甘醇大量损失的原因。100七、降低三甘醇损耗量的措施三甘醇的价格较贵，应尽可能降三甘醇损耗的原因三甘醇损耗的原因 n溶液污染而引起发泡溶液污染而引起发泡n再沸器温度过高；再沸器温度过高；n原料气和贫三甘醇溶液入塔温度过高。原料气和贫三甘醇溶液入塔温度过高。101三甘醇损耗的原因溶液污染而引起发泡101降低三甘醇损耗量的措施降低三甘醇损耗量的措施 各各种种操操作作参参数数中中温温度度对对TEG损损失失量量影影响响甚甚大大。吸吸收收塔塔的的温温度度应应保保持持在在2050，超超过过50后后TEG的的蒸蒸发发损损失失量量达达大大；重重沸沸器器的的温温度度不不应应超超过过204，超超过过204后后不不仅仅蒸蒸发发损损失失量量大大，而而且且会会导导致致TEG降降解变质。解变质。1.选择合理的操作参数选择合理的操作参数102降低三甘醇损耗量的措施各种操作参数中温度对TEG损失量影响2改善分离效果改善分离效果天然气中夹带有各种固相或液相杂质、天然气中夹带有各种固相或液相杂质、如地层水、表面活性物质、重烃、岩屑、如地层水、表面活性物质、重烃、岩屑、金属腐蚀产物等等。这此杂质进入金属腐蚀产物等等。这此杂质进入TEG溶溶液，增加发泡倾向和堵塞管线，影响换热液，增加发泡倾向和堵塞管线，影响换热设备的传热效果。因此，原料气分离器必设备的传热效果。因此，原料气分离器必须安装，而且应设计合理。须安装，而且应设计合理。1032改善分离效果天然气中夹带有各种固相或液相杂质、如地层水、3保持溶液清洁保持溶液清洁 保保持持TEG溶溶液液清清洁洁是是平平衡衡操操作作的的重重要要前前提。保持溶液清洁的主要措施是两条：提。保持溶液清洁的主要措施是两条：n设置过滤器，设置过滤器，n用减压蒸馏的方法提纯用减压蒸馏的方法提纯TEG溶液。溶液。1043保持溶液清洁保持TEG溶液清洁是平衡操作的重要前提。保4安装除沫网安装除沫网 在在吸吸收收塔塔和和再再生生塔塔顶顶安安装装除除沫沫网网可可以以减减少少因因雾雾沫沫夹夹带带而而造造成成的的TEG损损失失。吸吸收收塔塔顶顶一一般般安安装装两两层层除除沫沫网网，其其间间距距少少为为150200mm，材质为不锈钢。，材质为不锈钢。1054安装除沫网在吸收塔和再生塔顶安装除沫网可以减少因雾沫夹5加注消泡剂加注消泡剂 当当TEG溶溶液液被被污污染染而而发发泡泡时时，塔塔顶顶大大量量雾雾沫沫夹夹带带，单单靠靠除除沫沫网网和和分分离离器器难难以以回回收收大大量量的的TEG，势势必必增增加加TEG的的损损失失量量，此此时时可可以以加加注注消消泡泡剂剂。可可采采用用的的消消泡泡剂剂种种类类甚甚多多，必必须须通通过过实实验验确确定定其其品品种种和和用用量量，常常用用的的消消泡剂是磷酸三辛酯。泡剂是磷酸三辛酯。1065加注消泡剂当TEG溶液被污染而发泡时，塔顶精品课件精品课件！107精品课件！107精品课件精品课件！108精品课件！108109109