浅析天然气处理装置的脱水方法

裴庆银　郑成新　姚广君　张云玲　吴婷

摘要：天然气处理装置根据制冷温度不同可分为深冷装置和浅冷装置两类。深冷装置采用分子筛吸附脱水法;浅冷装置脱水采用喷注乙二醇抑制法。对两种脱水方法从工艺原理和工艺流程两方面进行分析，分子筛价格昂贵，但脱水后的原料气温度可达-100℃以下，满足深冷装置的运行条件;乙二醇价格便宜，在要求脱水效果不高、制冷温度不深的浅冷装置，乙二醇脱水可以满足其运行条件。

关键词：天然气;深冷;浅冷;脱水;分子筛;乙二醇

天然气处理装置根据制冷温度不同可分为浅冷装置和深冷装置两类。对于天然气处理装置，天然氣进到冷冻系统，如果露点达不到设计要求，含水的天然气温度降低到某一值后，就会形成水合物，堵塞阀门、管道和设备。因此，在天然气进入冷冻系统之前必须进行防冻处理，即防止水合物形成。对于天然气处理装置，采用两种防止水合物形成，一种方法是降低天然气水含量，也叫溶液吸收法或固体干燥剂吸附法，即将天然气种中的水分脱出，使其露点降低到操作温度以下;另一种方法是降低水合物的形成温度，也叫热力学抑制剂法，即向气流中加入化学剂，抑制水合物形成。深冷装置采用的是第一种方法，将天然气脱水，即利用固体干燥剂（分子筛）吸附脱水法。浅冷装置采用的是第二种方法，向天然气中加入化学剂，即向天然气中喷注乙二醇水溶液，使天然气在低温防冻，脱除水分。

1 深冷装置脱水方法

1.1 深冷装置的脱水原理

深冷装置原料气脱水采用的是固体干燥剂吸附法脱水。原料气经过固体干燥剂时与固体表面接触，由于水分子与固体表面分子之间的相互作用，水分子会被吸附在固体表面上，这种现象称为固体表面的吸附现象。通常具有吸附作用的固体物质称为吸附剂，被吸附的物质（水分子）称为吸附质。深冷装置采用分子筛脱水法，水分子就是吸附质，分子筛就是吸附剂。水分子与分子筛表面分子间存在范德华力，水分子被分子筛吸附在表面，无法随气体进入到冷冻系统。当气体压力降低或系统温度升高到某一数值时，被分子筛吸附的水分子很容易从分子筛表面脱附下来，被气体携带走。深冷装置就是利用分子筛的这个特性，改变分子筛脱水塔的操作条件，使分子筛表面的水分子脱附，保证分子筛再生、吸附循环进行，达到天然气脱水的目的。

1.2 深冷装置的脱水工艺流程

分子筛脱水系统采用两塔循环吸附流程，一塔吸附一塔再生。原料气从分子脱水塔底部进入，经分子筛吸附脱水。原料气首先经过压缩机增压，空冷器降温，在级间分离器内分离出游离水后，进入润滑油分离器，靠聚结分离脱除原料气中的微量润滑油和烃、水雾滴，进入分子筛脱水塔进行脱水。再生气取自干气管网。对分子筛脱吸时，再生气先进入导热油换热器进行加热，加热后的再生气，去分子筛脱水塔脱除分子筛吸附的水分，经再生气粉尘分离器，脱除再生气夹带的粉尘后，进入再生气空冷器冷却，冷凝下来的水在再生气分水罐分离出。脱吸后的分子筛，由于温度过高，需要进行冷却操作，冷却气与再生气取自同一股气源，冷却操作时，冷却气无需加热，直接进再生后的分子筛脱水塔对塔内温度进行冷却。

2 浅冷装置脱水方法

由于制冷温度较高，乙二醇水溶液的冰点能够满足浅冷装置的制冷温度要求，因此，在浅冷装置中，采用热力学抑制剂法。

2.1 浅冷装置的脱水原理

浅冷装置原料气脱水采用的是热力学抑制剂法。向天然气中加入一种化学剂后，可以改变天然气中水分形成水合物的条件，使形成条件移向较低的温度或较高的压力范围，抑制水合物形成。浅冷装置采用向天然气中喷注乙二醇水溶液防冻低温分离脱水法。在天然气进入冷冻系统前，向天然气中注入浓度为80%的乙二醇溶液，乙二醇充分和天然气接触后，天然气中的水分被乙二醇溶液完全吸收，使乙二醇溶液浓度变为70%，冰点在-45℃左右，天然气露点也随之降低，此时降低天然气温度，使乙二醇溶液分离出来，将天然气中的水分带走，达到天然气防冻脱水的目的。

2.2 浅冷装置的脱水工艺流程

乙二醇系统在浅冷工艺流程中是一个单独循环的系统，贫乙二醇溶液经喷注点注入到天然气管线中，天然气与贫乙二醇溶液充分混合，贫乙二醇溶液吸收天然气中的水分，成为富乙二醇溶液，经制冷系统降温后再在三相分离器中与天然气、轻烃分离。分离出来的富乙二醇溶液先作为乙二醇再生塔塔顶冷凝器的冷介质进行冷却，再与贫乙二醇溶液在贫富乙二醇换热器中进行换热，进入乙二醇闪蒸罐，闪蒸出轻烃后进入乙二醇再生塔，经重沸器加热后，贫乙二醇溶液塔底出料，与富乙二醇溶液换热后，进入乙二醇储罐，再经乙二醇循环泵加压后喷注到天然气贫富气换热器和丙烷蒸发器中脱除天然气中的水分，随气流再进入到三相分离器中循环使用。

3 结束语

分子筛价格昂贵，但脱水后的原料气温度可达-100℃以下，满足深冷装置的运行条件。分子筛再生时只需控制好吸附时间，但变压再生时步骤较多，操作时容易混乱。另外，分子筛升压、降压操作时要缓慢进行，防止压差过大对分子筛产生冲击，造成分子筛粉化，堵塞下游设备。乙二醇价格便宜，成本低，脱水后的原料气温度必须高于-35℃运行。在要求脱水效果不高、制冷温度不深的浅冷装置，乙二醇水溶液防冻低温分离脱水法可以满足其运行条件，但操作时要精心，控制好各项参数，要注意乙二醇水溶液对管线的腐蚀作用。对于天然气处理装置，主要用于回收轻烃，应根据轻烃回收深度即所达到的低温程度选择脱水方法。

参考文献：

[1]诸林.天然气加工工程[M].北京：石油工业出版社，2008.