天然气脱水技术探索

崔向阳

（辽河油田石化轻烃厂，辽宁 盘锦 124011）

天然气从地层采出至消费的各个处理环节，水是最常见的杂质组分，通常处于饱和状态。处于液相状态的水，在天然气的集输过程中，通过分离器就可以从天然气中分离出来。但天然气中含有的饱和水汽，不能通过分离器分离。一般认为天然气中的水分只有当它以液态存在才是有害的，因而工程上常以露点温度来表示天然气中的水含量。露点温度是指在一定压力下，天然气中水蒸气开始冷凝而出现液相的温度。

1 天然气中液相水存在的危害

水在天然气中的溶解度随压力升高或温度降低而减小，因而对天然气进行压缩或冷却处理时，要特别注意估计其中的水含量，因为液相水的存在对处理装置及输气管线是十分有害的。

1.1 冷凝水的局部积累将限制管线中天然气的流动，降低输气量，而且水的存在(不论气相或液相)使愉气增加了不必要的动力消耗，也给有关处理装置(如轻烃回收装置)上的机泵和换热设备带有一系列棘手的问题。

1.2 液相水与二氧化碳或与硫化氢相混合即生成具有腐蚀性的酸，天然气中酸气含量愈高，腐蚀性也愈强。硫化氢不仅会引起常见的电化学腐蚀，它溶于水生成的HS－能促使阴极放氢加快，而且HS－又能阻止原子氢结合为分子氢，这样就造成大量氢原子聚集在钢材表面，导致钢材氢鼓泡、氢脆及硫化物应力腐蚀、破裂。此时，管道必须采用价格昂贵的特殊合金钢，但如天然气中不含游离水则可以用普通碳钢，大大节约了成本。

1.3 处理含水天然气经常遇到的另一个棘手问题是，其中所含水和小分子气体及其混合物可能在较高的压力和较低温度的条件下，生成二种外观类似冰的固体水合物，可能导致输气管线或其他处理设备堵塞，给天然气的净化、储运造成很大困难。

因此，天然气一般都应先进行脱水处理，使之达到规定的指标后才进入输气干线。各国对管输天然气中水分含量的规定有很大不同，这主要由地理环境而定。含水量指标有“绝对含水量”和“露点温度”两种表示法，前者指单位体积天然气中水的含量，以kg/m3为单位;后者指一定压力下，天然气中水蒸气开始冷凝结露的温度，用℃表示。通常管输天然气的露点温度应比输气管线沿途的最低环境温度低5℃以上。

2 天然气脱水的方法

有一系列方法可用于天然气脱水，并使之达到管输要求。按其原理可分为冷冻分离法，固体干燥剂吸附法和溶剂吸收法三大类。近年来国外正在大力发展用膜分离技术进行天然气脱水，但目前在工业上还应用不多。

2.1 冷冻分离法

通过将天然气冷却，使其中大部分水蒸气冷凝出来。

从天然气的最大体积含水量与压力、温度的关系中可知，当压力一定时，天然气的含水量与温度成正比，所以含一定量水蒸气的天然气，当温度降低时，天然气中的水蒸气就会凝析出来，这就是低温分离法的原理，具体方法有如下两种。

2.1.1 膨胀冷却法。利用天然气本身压力节流膨胀而降温，使部分水蒸气冷却凝析出来。膨胀降温时为防止冻结，应在节流降温前注入乙二醇或二甘醇。此法简单、经济，但脱水深度不够深，只适用于井场初步脱水，且适应于高压气田。

2.1.2 加压后冷却。将天然气(一般指压力较低的天然气)加压后再冷却，由于天然气的含水量随压力的升高而降低，随温度降低而降低，经加压、冷却后，天然气中的水蒸气就凝结为液态水析出。

2.2 固体干操剂吸附法

利用固体干燥剂对水蒸气的吸附能力，将天然气中的水蒸气吸附下来，固体干燥剂丧失能力后，用高温气流对干燥剂进行再生，再生的干燥剂重复利用。

2.3 溶剂吸收法

利用溶剂或溶液对水蒸气的吸收能力，将天然气中的水蒸气吸收下来。吸收水蒸气后的溶剂或溶液(生产上称为富液)经再生后，溶剂或溶液可循环使用。这是目前夭然气工业中应用最普遍的脱水方法。

3 三甘醇脱水工艺

来自净化气气液分离罐的脱酸气体汇合后作为三甘醇脱水塔的进料。高压三甘醇脱水塔装有填料让高纯三甘醇与天然气进行逆流亲密接触，高纯度三甘醇吸收天然气中的水汽，达到-15℃的水露点。三甘醇的纯度是脱水塔中水露点控制的一个最关键的因素。干燥后的气体离开脱水塔进人净化气气液分离罐，气液分离罐可以保护下游的产品气管线免受三甘醇吸收塔的扰动，而且可帮助收集从吸收塔顶出来的净化气中携带的三甘醇。

来自脱水塔的富三甘醇被送到闪蒸罐。三甘醇进行闪蒸分离出其中溶解的天然气。这些闪蒸出来的天然气被送到焚烧炉进行燃烧并回收热量产生高压蒸汽。三甘醇闪蒸罐也用来收集和脱除可能从净化气中带出和聚积的烃类。轻烃被定期排至液烃排污罐。三甘醇闪蒸罐装有液位控制器以便在循环流量不稳定时进行调节。闪蒸后的三甘醇先流经过滤器除去固体颗粒(比如:铁锈)，然后再进入活性炭过滤器脱除可能聚积并危害整个操作系统的烃物质。过滤后的三甘醇流入贫/富换热器中被贫三甘醇预热后进入再生塔。

预热后的富三甘醇流经再生塔的散装填料然后进入再沸器。三甘醇进入一个釜式的再沸器，利用高压蒸汽(2.8MPa)加热脱除其中的水和烃类。为更有效的脱除富三甘醇中的水和烃类，富三甘醇被加热到刚好低于其降解温度(204℃)。从三甘醇再沸器出来的气体向上流经再生塔与进口的富三甘醇逆流接触。再沸器的上部装有冷却翅片用作冷却器以便回流，从而把三甘醇的损失降至最小。回流的液体流经散装填料到达富三甘醇进口处。再生塔出来的气体进人焚烧炉进行处理。再沸器中的三甘醇流经溢流堰，再到再生塔的汽提柱。三甘醇与汽提气在散装填料中逆流接触。汽提气从离开再沸器的三甘醇中吸收水汽。离开汽提气柱的三甘醇纯度达到99.5%。三甘醇的纯度可以通过增加流经汽提柱的气流量来得到提高从而满足露点降的要求。然后贫三甘醇流进缓冲罐。

来自缓冲罐的贫三甘醇流入贫/富换热器冷却至56℃。冷却后的贫三甘醇流向三甘醇泵。往复泵将贫三甘醇的压力升至脱水塔的压力以上后，三甘醇被打入脱水塔的顶部并在填料中进行分散。

脱水单元也有一个三甘醇排污罐，用来收集设备和液位计排出的三甘醇。三甘醇排污罐能确保大量的三甘醇不会排入油水排污系统，并保存和循环使用该单元中的三甘醇。三甘醇排污罐装有泵用来将三甘醇打回到闪蒸罐进行重复利用。脱水单元也有一个三甘醇补充罐，它可以盛装整套单元所需的三甘醇。补充罐里的三甘醇可以泵入该单元的闪蒸罐以供使用。

结束语

工业化天然气脱水的方法很多，应根据脱水的目的、要求和处理规模等.并结合各种脱水方祛的特点进行经济和技术比较，从而选择出最为合适的脱水方法和脱水工艺.对三甘醇脱水工艺来说.目前的技术已日趋发展成熟，但仍有一些工艺设备、参数的选择和确定缺乏足够的理论依据，这有待于设计人员在今后的工作中继续进行研究和探讨。

[1]王淑娟.天然气处理工艺技术[M].石油工业出版社，2008.

[2]靳明三.天然气集输与处理技术[M].石油工业出版社，2009.

[3]苏建华.天然气矿场集输与处理[M].石油工业出版社，2004.