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天然气脱水医学宣教第一节天然气水合物一、天然气饱和含水量二、天然气水合物2天然气脱水医学宣教一、天然气饱和含水量天然气饱和水含量的大小取决于温度、压力和气体组成。确定天然气饱和水含量的方法有三类：图解法、实验法和状态方程法。根据气体内是否含有酸气，天然气饱和含水量与压力、温度的关系

分为两类：一类为不含酸气(或酸气含量较少)的称甜气图，另一类为含酸性气体的称酸气图。3天然气脱水医学宣教1、甜气图如图，天然气饱和水含量随压力、温度的变化关系。可见，压力越高、温度越低，饱和水含量越小。在一定压力下与天然气饱和水含量相对应的温度称为天然气水露点。在某一压力下，水露点愈低

，饱和含水量愈小。当气体实际温度高于水露点时，气体处于未饱和状态，无液态水析出；当气体实际温度低于水露点时，气体过饱和，有液态水析出。4天然气脱水医学宣教当天然气相对密度>0.6时，气体饱和水含量降低，可乘以相对密度

修正系数进行修正。天然气与含盐水接触也会降低天然气的饱和水含量，可乘以含盐修正系数进行修正。5天然气脱水医学宣教sxgt——水中含盐量，g/L；——气体相对密度；——气体温度，℃。6天然气脱水医学宣教2、酸气图当压力小于2.0MPa时，酸气浓度对天然气含水量的影响不大，可以按甜气图查得

。高压时，天然气饱和含水量随酸气浓度的增大而增大。压力大于2.0MPa时，可用Campbell法求酸性天然气含水量。Campbell法：hcW2COW2HSW——按甜气查得的天然气中水的质量浓度，mg/m3；——CO2中水的

质量浓度，mg/m3；——H2S中水的质量浓度，mg/m3；y——气体组分摩尔分数。2222ShchcCOCOHSHSWyWyWyW=++7天然气脱水医学宣教天然气内饱和CO2的有效水含量天然气内饱和H2S的有效水含量8天然气脱水医学宣教3、

饱和含水量的测试方法有多种气体含水量测定方法，常见的有露点法、吸收质量法和Karl．Fischer（卡尔-费希尔）法。1)露点法：在恒定压力下，气体以一定流量流经露点仪，仪器的测量腔室内有抛光金属镜面，其温度可人为控制精确调节并准确

测定。随着镜面温度逐步降低，气体被水饱和时镜面上开始结露，此时的镜面温度即为水露点。由水露点查表可得气体饱和含水量。2)吸收法：气体通过充满P2O5的吸收管，吸收剂P2O5吸收气体内的水分，精确测定P2

O5的质量增加值和通过吸收管的气体量，即可求得气体内的含水量。3)Karl-Fischer法：利用卡尔-费希尔试剂吸收天然气中的水分，测出中和卡尔-费希尔试剂所需的天然气量即可求得气体的含水量。卡尔-费希尔试剂的配制：8mol吡啶+2mol二氧化硫+15mol甲醇

+1mol碘9天然气脱水医学宣教二、天然气水合物在一定温度和压力条件下、天然气的某些组分与液态水生成的一种外形像冰、但晶体结构与冰不同的笼形化合物称为天然气水合物。1、物理性质①白色固体结晶，外观类似压实的冰雪；②

轻于水、重于液烃，相对密度为0.960.98；③半稳定性，在大气环境下很快分解。10天然气脱水医学宣教2、结构采用X射线衍射法对水合物进行结构测定发现，气体水合物是由多个填充气体分子的笼状晶格构成的晶体，晶体结构有三种类型：I、II、H型。1）

I型晶体结构：体心立方结构，由46个水分子构成，共有8个笼状晶格，可容纳8个气体分子。其中6个大的（12个正五边形、2个正六边形组成的十四面体，平均自由直径0.59纳米）、2个小的（正五边形组成的十二面体，平均自由直径0.52纳米）。分子式为S2L6·46H2

011天然气脱水医学宣教2）II型晶体结构：金刚石晶体立方结构，由136个水分子构成，共有24个笼状晶格，可容纳24个气体分子。其中8个大的（12个正五边形、4个正六边形组成的十六面体，平均自由直径0.69纳米）、16个小的（正五边形组成的

十二面体，平均自由直径0.48纳米）。分子式为S16L8·136H2012个正五边形、2个正六边形正五边形12个正五边形、4个正六边形12天然气脱水医学宣教3）H型晶体结构：对H型水合物尚处于研究中，知之甚少，H型水合物由

34个水分子构成，共有6个笼状晶格，可容纳6个气体分子。其中1个大的（12个正五边形、8个正六边形组成的二十面体）、2个中的（3个正四边形、6个正五边形、3个正六边形组成的十二面体）、3个小的（正五边形组成的十二面体）。分子式为S3S2L1·34H2013天然气脱水医学宣教由于

晶格空腔有大有小，因此不同直径的气体分子会形成不同类型的气体水合物。天然气中CH4、C2H6、C02、H2S可形成稳定的I型水合物。每个气体分子周围有68个水分子，即：CH4·6H2OC2H6·8H2OH2S·6H2OC02·6H2O大分子量组分C3

H8和i-C4H10(异丁烷)仅能进入II型水合物内的大腔室，形成II型水合物。每个气体分子周围有17个水分子，即：C3H8·17H2Oi-C4H10·17H2O。气体分子填满腔室的程度取决于外部压力和温度，腔室内充满气体分子程度愈高、水合物愈稳定。腔室未被气体分子占据时，结构处于亚稳定状态

，称为β相；气体分子占有腔室后形成稳定结构，称H相。14天然气脱水医学宣教3、生成条件（1）气体处于水蒸汽的过饱和状态或者有液态水，即气体和液态水共存；（2）一定的压力温度条件——高压、低温；（3）气体处于紊流脉动状态，如：压力波动或流向突变产生搅动，

或有晶种(固体腐蚀产物、水垢等)存在都会促进产生水合物。因此，在孔板、弯头、阀门、管线上计量气体温度的温度计井等处极易产生水合物。15天然气脱水医学宣教4、图解法预测水合物的生成即当水分条件满足时，预测生成水合物的压力、温度条件。常用的图解法有两种，一种是只考虑气体相对密

度的相对密度法，另一种是考虑相对密度和酸气含量的酸性气体图。（1）相对密度法曲线左上方为水合物存在区。右下方为水合物不可能存在区。已知气体相对密度，由图可查一定温度下生成水合物的压力，或在一定压力下生成水合物的温度。回归相关式：16天然气脱水医学宣教（2）酸性气体图若天然气中同时含有CO

2和H2S时，将CO2折算成H2S含量，折算关系为1molH2S=0.75molCO2，求得H2S总含量。根据气体压力、H2S含量、气体相对密度，可以查图得到水合物生成温度。C3含量校正：根据H2S含量、气体内C3含量、气体压力可查得修正值。C3含量高时修正值为正，低时为负。17天然气脱水医学

宣教5、防止水合物生成的方法破坏水合物的生成条件即可防止水合物的生成。主要有三种方法（1）加热气流，使气体温度高于气体水露点；（2）对天然气进行干燥剂脱水，使其露点降至操作温度以下；（3）向气流中注入抑制

剂。目前广泛采用的抑制剂是水合物抑制剂，90年代以后开发的动力学抑制剂和防聚剂也日益受到重视和使用。动力学抑制剂和防聚剂的共同特点是不改变生成水合物的压力、温度条件，而是通过延缓水合物成核和晶体生长或阻止水合物聚结和生长，从而防止水合物堵塞管道。1）长距离输气管线水合物的预

防措施对于长距离输气管线要防止水合物的生成可以采用如下方法：①天然气脱水，降低气体内水含量和水露点；②提高输送温度，使气体温度高于气体水露点；③注入水合物抑制剂。天然气脱水是长距离输气管线防止水合物生成的最有效和最彻底的方法。18天然气脱水医学

宣教2）矿场采气管线和集气管线水合物的预防措施采气管线上：气体通过控制阀或孔板时，气体压力降低，同时发生J-T效应，气体膨胀降温，使节流件下游易生成水合物而堵塞管线。集气管线：管线的热损失使气体温度降低，使下游易生成水合物而堵塞管线。矿场采气管线和

集气管线，防止水合物生成的方法：①加热；②注入抑制剂。常用的加热设备是蒸汽逆流式套管换热器和水套炉。6、水合物抑制剂某些盐和醇类溶解于水中，吸引水分子，改变水合物相的化学位，降低气体水合物生成温度和／或提高水合物生成压力，从而防止生成水合

物。这类物质称水合物抑制剂或热力学抑制剂，俗称防冻剂。19天然气脱水医学宣教水合物抑制剂主要有两大类：氯化物和醇类。▪氯化物抑制剂多数氯化物，如NaCl、KCl、MgCl2、CaCl2和AlCl3等都能用作水合物抑制剂，其防冻效果为：Al3+>

Mg2+>Ca2+>Na+>K+。缺点：①有腐蚀性并易在金属表面沉积；②只适用于处理小流量、露点要求不高的场合。因此，在实践中很少采用。▪醇类抑制剂用作水合物抑制剂的醇类主要有：甲醇(MeOH)、乙二醇(EG)或二甘醇(DEG)，三者对比：①甲醇使水合

物生成温度的降幅最大，抑制效果最好，乙二醇次之，二甘醇最小。②甲醇的凝点远低于乙二醇和二甘醇，因而甲醇适用于任何气体温度，而乙二醇不得用于温度低于-9℃、二甘醇不得用于低于-6℃的场合。20天然气脱水医学宣教③甲醇的蒸气压最高，容易汽化，可直接注入（一般不回收）；乙二醇与

二甘醇的蒸气压低，必需经喷雾头将甘醇雾化成小液滴分散于气流内才能有效地抑制水合物的生成，乙二醇与二甘醇的气相损失小，需建回收装置回收、再生后循环使用。④甲醇的投资低、但操作费用高（常用于气量小、断续注人、防止季节性生成水合物和临时性

管线和设备的防冻）；乙二醇和二甘醇投资高、但操作费用低（常用于气量大、需连续注入抑制剂的场合）。⑤甲醇对已形成的水合物有一定解冻作用。⑥甲醇具有中等毒性，需采取相应的防护措施。⑦甘醇类抑制剂与液态烃的分离困难,造成一部分甘醇损失,因而甘醇抑制剂适用于温度较高的场合。⑧与乙二醇

相比，二甘醇的蒸气压低、气相损失小，但防冻效果不如乙二醇。乙二醇和甲醇是最常用的水合物抑制剂。21天然气脱水医学宣教甘醇水溶液的凝点（粘稠糊状）与其在水溶液中的质量浓度有关。从图中可以看出，质量浓度60％～75％时凝点最低，流动性最好。因此，在实践中常用该浓

度范围的甘醇水溶液作为抑制剂。22天然气脱水医学宣教第二节甘醇脱水一、甘醇二、甘醇脱水原理流程三、三甘醇脱水典型流程四、甘醇再生方法五、甘醇脱水的主要设备六、甘醇污染和质量要求23天然气脱水医学宣教天然气脱水可以采用的方法有：甘醇

吸收脱水、固体干燥剂吸附脱水、冷凝脱水以及国内外正在研发的膜分离脱水等。其中甘醇脱水和固体干燥剂脱水是油气田最常用的天然气脱水方法。脱水深度用露点降表示，是指进入脱水装置前气体露点与脱水后气体露点之差。24天然气脱水医学宣教一、甘醇1、甘醇甘醇有很强的吸

水性能。甘醇是乙二醇的缩聚物，称为多缩乙二醇，俗称甘醇。其化学通式为CnH2n(OH)2。2个乙二醇缩聚生成一个二甘醇和一个水，二甘醇和乙二醇再缩聚可以生成一个三甘醇和一个水。2、与二甘醇相比，三甘醇脱水的优点①沸点高，因此可以在较高温度下再生，再生贫液

浓度高，气体露点降高。②蒸气压低，因而三甘醇的蒸发和被气体的携带损失小。③分解温度高，热稳定性好，不易受热变质，对再生有利。④脱水操作费用低。因此，三甘醇脱水应用较为广泛。25天然气脱水医学宣教二、甘醇脱水原理流程甘醇脱水工艺主要由甘醇高压吸收和常压加热再生两部分组成。

（少量甘醇蒸气）26天然气脱水医学宣教三、三甘醇脱水典型流程1一吸收塔；2一气／贫甘醇换热器；3一分流阀；4一冷却盘管；5一再生塔；6一重沸器；7一甘醇缓冲罐；8一贫富甘醇换热器；9一富甘醇预热换热器；10-闪蒸分离器；11一织物过滤器；1

2一活性炭过滤器；13一甘醇泵；14-涤气段底部的涤气段27天然气脱水医学宣教四、甘醇再生方法1、降压再生：甘醇再生在常压下进行，降低重沸器压力至真空状态，在相同重沸温度下能提高甘醇溶液浓度。2、汽提再生：以湿气或干气作为汽提气，在再生塔的高

温下其为不饱和气体，在与甘醇富液接触中能够降低溶液表面的水蒸汽分压，从甘醇内吸收大量水汽，从而提高甘醇贫液浓度。汽提气可直接注入重沸器，也可经汽提柱注入，后者提浓效果更好。1一再生塔；2一重沸器；3一贫液汽提柱

；4-甘醇换热器。28天然气脱水医学宣教3、共沸再生：在重沸器内，共沸剂与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，经冷却冷凝进入分离器分出水后，共沸剂用泵打回重沸器循环使用。采用的共沸剂应具有不溶于水和三甘醇，与水能形成

低沸点共沸物，无毒，蒸发损失小等性质。常用的共沸剂是异辛烷。1一重沸器；2一再生塔；3一冷却器；4-共沸物分离器；5一循环泵；6一甘醇换热器。29天然气脱水医学宣教五、甘醇脱水的主要设备1、入口分离器入口分离器的作用是分出进料湿天然气内

的液体和固体杂质，如：游离水、液烃、泥沙和铁锈等固体杂质以及流程上游采气、集气过程中加人气流内的各种化学剂等。进料湿天然气内液体和固体杂质的存在会带来以下几个方面的危害：①液烃及固体杂质使塔内甘醇容易发泡、堵塞塔板，降低甘醇

脱水能力；②游离水增加了甘醇循环量、重沸器热负荷、热耗，以及甘醇损失量增多。③盐水可使钢材腐蚀，以及重沸器火管表面局部过热和结焦等。因此，为保证脱水质量并延长装置的使用寿命，必须在吸收操作之前进行液、固杂质的分离。30天然气脱水医学宣教2、吸收塔1）组成吸收塔的组成包括四部分：①

底部的涤气段：与入口分离器构成两级涤气，以减小气体杂质对甘醇的污染；②中部吸收段；③顶部的气／贫甘醇冷却盘管：控制贫甘醇溶液与气体有合适的温差；④捕雾器。2）类型吸收塔可采用板式塔或填料塔：①塔径小于0．35m时，用常规填料塔。②大型脱水装置往往采用板式塔或规整填料

塔。在相同气体处理量下，规整填料塔的塔径小，塔高比板式塔小。31天然气脱水医学宣教3）塔板数量塔板数量、甘醇贫液浓度和循环量是影响气体露点降的因素。塔板数愈多、甘醇贫液浓度愈高、循环量愈大则气体露点降愈大。其中塔板数量对气体露点降的影响最

大。根据脱水目的和对干气露点要求，吸收塔塔板数一般为4～12块。若为满足管输气的脱水要求，一般为6～8块。由于甘醇溶液容易发泡，塔板间必须有足够的间距，常为0.6m。顶层塔板与捕雾器间距为1.5倍的塔板间距。32天然气脱水医学宣教已知：塔压、塔温、甘醇溶液进出塔器

的浓度、进出塔气体水含量。求：理论平衡塔板数和实际塔板数。吸收塔塔板数确定步骤：①查出一定塔温下，不同甘醇浓度所对应的气体平衡露点。33天然气脱水医学宣教②查出一定塔压下，不同平衡露点温度所对应的气体平衡水含量。③由此得到一定压力、温度条件下，不同甘醇浓度下所对应的气体平衡水含量。作

出曲线ODB。34天然气脱水医学宣教④作出操作线F点表示塔顶甘醇浓度和气体平衡水含量，A点表示塔底甘醇浓度和气体平衡水含量，连线AF表示塔内气体含水量的变化情况，称操作线。35天然气脱水医学宣教⑤作图确定理论塔板数由点A作垂线交ODB线于

B点，说明进入塔底的湿气与甘醇富液接触、达到平衡状态时，气体达到B点所对应的水含量，即一块理论塔板达到的脱水效果；B点的水平线交AF线于C点，C点的垂直线交ODB线于D点，说明达到塔顶要求的气体水含量所需塔板数为CE／CD。理论塔板

数=1+CE／CD36天然气脱水医学宣教每块理论塔板按4块实际塔板计，则：实际塔板数=理论塔板数4若采用填料塔，填料高度的确定：▪处理低露点气体时，每块理论塔板相当于2.4m高的填料，▪处理中等露点气体时，每块理论塔板相当于1.2

m高的填料。4）塔径按气体处理量确定塔径：①按能够分出120～150μm甘醇液滴粒径确定气体允许流速②37天然气脱水医学宣教5）操作参数（1）塔压塔压的确定应考虑这样几个方面：①塔压对吸收效果的影响：高压低温有利于吸收，当塔压小于20

MPa时，操作压力对气体露点降影响极小。②塔压对处理量的影响：塔压增大，使原料气的饱和水含量降低，需要脱出的水量减少，可增大气体处理量。③塔压对设备尺寸和壁厚的影响：塔压增大，在一定气体处理量下，塔内气体流速减小，可减小塔径，但壁厚增大

。④塔压的大小受原料气压力的制约。因而，在考虑原料气压力的基础上，吸收塔压力和塔制造费用、操作成本间存在寻优问题。一般，塔压在3.4～8.3MPa间的经济性较好。38天然气脱水医学宣教（2）塔温吸收塔内液相负荷很小，塔的温度与原料气温度接近。

原料气温度的确定应考虑这样几个方面：①对吸收效果的影响：一方面，温度愈低，气体与甘醇接触后的气体平衡露点愈低，脱水效果愈好；另一方面，温度太低使得甘醇粘度太大影响有效脱水，并容易和气体内的液烃生成稳定乳状液产生泡沫，因而要求不低于22℃

。气体平衡露点与温度的关系39天然气脱水医学宣教②对处理量的影响：温度降低，原料气饱和含水量减小，需要脱出的水量减少，可增大气体处理量。③对设备尺寸的影响：温度降低，在一定气体处理量下，塔内气体流速减小，可减小塔径。④

水合物问题：原料气温度应大于水合物生成温度。⑤蒸发损失问题：温度愈高，蒸发损失愈大。塔温一般要求不得高于49℃，否则将导致甘醇蒸发损失过大。⑥冷凝负荷和设备的投资问题：如果原料气温度过高，应经冷却后进塔。因此应

综合考虑冷凝能耗、设备投资、脱水效果和费用，从中寻找平衡，据此确定吸收塔温。推荐吸收塔温为27～38℃。40天然气脱水医学宣教（3）甘醇贫液进塔温度甘醇贫液进塔温度的确定应考虑这样两个方面：①蒸发损失问题：贫液温度过高，甘醇蒸发损失增大，会被流出吸收塔的气

体带走，为达到要求的气体露点降不得不增大甘醇循环量。②发泡问题：贫液温度也不能低于出塔气体温度，否则气液接触时气体骤冷会析出液烃，造成甘醇发泡。甘醇贫液进塔温度一般高于出塔气体温度5℃左右。41天然气脱水医学宣教（4）甘醇浓度①贫液浓度：直接影响干气露点，在甘醇循环量

和吸收塔塔板数一定的前提下，贫液浓度愈高，干气露点愈低。②富液浓度：塔底富液浓度对吸收塔底部几层塔板的脱水效果有影响，所以不能过低，而且富液浓度过低会增大重沸器热负荷。一般控制贫、富液浓度差小于6%。气体平衡露点与甘醇浓度的关系42天然气脱水医学宣教（5）甘醇循环量常以从气体中脱出单位质量水

所需要的甘醇体积数来表示甘醇循环量。循环量的大小会影响到两方面：①气体的露点降：在吸收塔塔板数和甘醇贫液浓度一定的条件下，甘醇循环量愈大，气体的露点降就愈大。②重沸器的热负荷：甘醇循环量正比于重沸器的热负

荷。即甘醇循环量愈大，重沸器的热负荷愈大。因此，在满足所需脱水深度的前提下，循环量应愈小愈好。近代大型脱水装置的循环量已减少到17L／kg，小型装置多数为25L／kg，最大不应超过59L／kg。43天然气脱水医学宣教3、闪蒸

分离器闪蒸分离器的作用是从甘醇富液内分出烃蒸气和凝析油。甘醇中含烃带来的问题：含烃甘醇直接进入低压再生塔内将闪蒸出大量烃蒸气，增大再生过程的甘醇损失，甚至破坏陶瓷填料。闪蒸分离器的操作压力大多为0.24~0.34MPa，操作温度为

75.93℃，甘醇停留时间为15～30min。44天然气脱水医学宣教4、过滤器甘醇溶液往往采用织物过滤器和活性炭过滤器进行过滤。织物过滤器由布、纸、或玻璃纤维织物为过滤介质，用来除去甘醇溶液内大于5μm的固体颗粒，以防止甘

醇泵磨损、甘醇发泡、吸收塔和再生塔污染、重沸器火管产生局部过热点、金属腐蚀等问题。活性炭过滤器主要是用于清除甘醇溶液内含有的液烃、泵、压缩机等增压设备的润滑油以及流程上游注入的各种化学剂等杂质。45天然气脱水医学宣教5、再生塔1）类型再生塔大多采用填料塔，充填1.2～2.4m高的陶瓷或不锈钢填

料，甘醇循环量愈大、热负荷愈大则需要的填料高度愈大。大型装置有时也采用板式塔。2）组成再生塔由再生段和顶部冷却盘管两部分组成。顶部冷却盘管以甘醇富液为冷剂，使升至塔顶的部分水蒸汽和甘醇蒸气冷凝，作为再生塔塔顶回流。3）塔径再生塔塔径与甘醇流量有关，甘醇流量愈大、塔径愈大

。经验公式为：单位：m单位：L/min46天然气脱水医学宣教4）温度再生塔的富液进塔温度一般控制在95～149℃之间。进塔温度愈高，再生效果愈好，而且重沸器热负荷愈小。用塔顶冷却盘管中甘醇富液流量可以控制塔顶温度和回流量。塔顶温度过高使甘醇蒸发损失增大；温度过低则回流量过大，塔

温降低，影响贫液浓度并增加重沸器负荷。一般，塔顶温度控制在98～99℃，有汽提气时塔顶温度可降至88℃左右。47天然气脱水医学宣教6、重沸器重沸器热负荷由四部分组成：①富液加热至再生温度所需热量；②富液内水蒸发所需的热量；③塔顶回流再蒸发所需的热量；④

塔的散热损失。塔的热损失和塔的大小有关，通常为5．3～21MJ／h。为减少热损失塔下半部分应有保温层；为产生塔顶回流，塔上半部分常裸露。重沸器的加热方式有两种：直接式加热或以油、过热蒸汽为热媒的间接式加热。重沸器温度的确定应考虑两个方面：①重沸器温度

对甘醇浓度的影响：温度愈高，甘醇浓度愈大。②甘醇热稳定性：重沸器温度必须低于甘醇的分解温度。重沸器温度一般控制在187～199℃之间。48天然气脱水医学宣教7、甘醇泵甘醇泵的作用是为甘醇贫液提供压能产生甘醇循环。甘醇泵可采用用气

体驱动、富甘醇驱动、或电机驱动的多缸往复泵。小型装置常用塔底流出的富甘醇为动力，将贫甘醇增压后送入吸收塔。每套天然气脱水装置需要设置两台甘醇泵，一台运行、一台备用。条件容许时，两台甘醇泵可采用不同的动力源，以保证装置的连续运行。49天然气脱水医学宣教六、甘醇污染和质量要求使甘醇变质

的因素有：①热降解：因此再生温度不能太高。②盐污染：盐来源于采出水，甘醇再生时盐残留于甘醇内，使甘醇盐含量愈来愈多，降低再生质量，而且盐会在重沸器火管上沉积，缩短重沸器寿命。③液烃污染：产生液烃的原因有：a)湿气涤气效果差；b)进塔甘醇贫液

温度低于干气温度；c)闪蒸分离器和活性炭过滤器效果差；d)在寒冷气候下吸收塔塔身温度过低导致近壁处气体的冷凝；e)气体与甘醇接触中有部分烃类溶解于甘醇中。④油泥积聚：气体内携带的固体杂质和液烃结合，会形成一种粘稠的黑色胶状物质，称为油泥。⑤发泡

⑥氧化⑦腐蚀50天然气脱水医学宣教51天然气脱水医学宣教第三节固体干燥剂脱水一、吸附过程二、吸附剂种类三、吸附剂的再生四、吸附塔的内部结构五、吸附脱水原理流程六、吸附脱水设计七、吸附脱水操作和参数52天然气脱水医学宣教固体干燥剂脱

水属于固体吸附法。固体表面对临近气体（或液体）分子存在吸附力，在固体表面可捕捉临近的气液分子，这种现象称吸附。其具有吸附平衡性和吸附热效应。气体与固体吸附剂接触时，有一定量的气体被吸附。被吸附的气体，由于热运动又会发生脱附，脱附速度随固体表面被吸附气体量

的增加而增大。最后在一定温度和压力下，脱附速度和吸附速度相等，便达到了吸附平衡。在平衡条件下，单位质量吸附剂吸附物质的多少，称平衡吸附量，简称吸附量。53天然气脱水医学宣教吸附量的大小与温度和压力有关。如图，CO2在木炭上的等温吸附线。可见，吸附量随温度的升高而减小，随

吸附质在气相中分压的增大而增大。吸附剂的这种性质表明，高压、低温有利于吸附。54天然气脱水医学宣教在气体脱水工业中，吸附量的大小以湿容量表示，是指每100g吸附剂吸附水蒸汽的克数。湿容量又分为静态平衡

湿容量和动态平衡湿容量。处于静止条件下测定的吸附剂的吸附量称静态平衡湿容量；处于流动条件下测定的吸附剂的吸附量称动态平衡湿容量。动态湿容量约为静态湿容量的40～60％。吸附剂湿容量随使用时间延长而降低，开始时湿容量降低很快，之后降低缓慢，最终降低至某一很低的水平上，失去脱水能力而

更换。因而，吸附剂脱水设计中不可能以动态平衡湿容量确定所需的吸附剂用量，一般约取70％动态平衡湿容量为设计湿容量，或称有效湿容量。55天然气脱水医学宣教根据吸附力的不同，吸附分为化学吸附和物理吸附两种。若气体和固体原子间以某种化学键结合、形成新的物质并以单层分子形式附着于固体表面

上，称化学吸附，多数为不可逆过程。若气体和固体间依靠范德华力，使固体表面形成多层被吸附的气体分子，称物理吸附，是可逆过程。逆过程称为再生、活化或脱附。固体干燥剂脱水属于物理吸附。56天然气脱水医学宣教一、吸附过程吸附装置为固定床吸附塔，即在立式

圆柱筒体内充填多孔性固体吸附剂。塔顶为湿气进口，塔底为干气出口。1、单组分的吸附过程如图，流出吸附床的气体水浓度随时间而变化。开始水浓度极低，tB时刻水浓度开始增加，最终床出口气体水浓度与进口相等。tB称为吸

附过程的转效点，相应的水浓度CB为转效点浓度，浓度随时间变化曲线称转效曲线。57天然气脱水医学宣教如图为吸附床示意图。吸附床层从开始吸附到停止使用而再生，在吸附过程的不同时期，吸附床层的吸附情况是不同的。图中阴影部分为吸附传质段，吸附剂仍然有吸附脱水作用；在吸附传质段后边线BB上方的吸附剂已被

水饱和，称饱和吸附段；在吸附传质段前边线AA下方，吸附剂尚未吸附水汽，称未吸附段。随含水气体不断通过吸附床，吸附传质段不断向下移动，当传质段前边线AA达到床层出口端，即吸附过程转效点达到出口端时，流出床层的气体中，水浓度开始迅速上升。58天然气脱水医学宣教2、

多组分的吸附过程吸附剂在吸水的同时也吸附甲醇、硫化氢和硫醇、二氧化碳和烃类。根据吸附质和吸附剂亲和力的强弱，优先吸附的顺序为：水、甲醇、硫化氢和硫醇、二氧化碳，之后为烃类。烃类按分子量大小排序，由重到轻。按吸附顺序各组分转效曲线沿床长的分布如图所示。59天然气脱水医学宣教二、吸附剂种类用于天

然气脱水的吸附剂主要有三种：硅胶、活性氧化铝和分子筛。1、硅胶主要成分为SiO2，含微量Al2O3和水。用于脱水的硅胶有粉状、圆柱条状和球状三种，并有细孔（20～40Å，600～700m2／g）和粗孔（80～100Å，300～50

0m2／g）之分。缺点：①与液态水接触易炸裂，因此除尽量防止液态水外，通常需要在气体进口处加一层不易为液态水破坏的吸附剂。②若气流内存在防腐剂，由于硅胶的再生温度不足以使防腐剂脱附，造成防腐剂在硅胶上结焦

，影响脱水效果。③易于为液态烃堵塞。60天然气脱水医学宣教2、活性氧化铝主要成分为Al2O3，并含有少量其他金属化合物（Na2O、Fe2O3等）和水。活性氧化铝也有细孔（约72Å）和粗孔（120～130

Å）之分，商用活性氧化铝做成粒径3～7mm的球状和圆柱条状。活性氧化铝的比表面积210～350m2／g。缺点：①处理酸性天然气时，氧化铝能促使H2S与气体生成COS。吸附剂加热再生时，吸附床内残留固态硫，造成堵塞，影响正常脱水。②易于为液态烃堵塞。61天然气脱水医学宣教3、分子筛分子筛是一

种人工合成的碱金属或碱土金属的硅铝酸盐晶体。其分子式的通式为：SiO2分子数与Al2O3分子数之比称为硅铝比，在数值上等于x。1）分子筛的类型根据硅铝比的不同，分子筛分为三种类型：A型（硅铝比为2），X型（硅铝比为2

.5）和Y型（硅铝比为3~6）。对于相同的类型（即硅铝比相同），形成分子筛的金属离子不同，分子筛的孔径不同，在几到十几个Å。62天然气脱水医学宣教2）分子筛的吸附特性①选择吸附性：分子筛的孔径小于硅胶和活性氧化铝的孔径，只有

分子直径小于筛孔直径的气体分子才能进入筛孔内被吸附，因此分子筛的吸附具有很强的选择性。②优选吸附性：分子筛表面具有大量较强的局部电荷，为极性物质。因而，对于那些能够进入筛孔内的分子，其优先吸附其中极性强的分子。水是强极性分

子，所以分子筛是干燥脱水的优良吸附剂。63天然气脱水医学宣教③高效吸附性：分子筛的高效吸附性主要表现在两个方面：如图，三种吸附剂的湿容量与相对湿度的关系。可见，相对湿度愈小，湿容量愈小。但当相对湿度较低时分子筛仍有很好的吸附性能。64天然气脱水医学宣教如图，三种吸附剂的湿容量与温度的关系。

可见，温度愈高，湿容量愈小；但当温度较高时分子筛仍有很好的吸附性能。65天然气脱水医学宣教4、吸附剂对比和选择吸附剂的选择通常主要是考虑价格、工艺条件和脱水要求等方面：①硅胶与分子筛的价格相差不多，氧化铝的价格约为分子筛的一半。②相对湿度

愈大，湿容量愈大；而且在相对湿度较高时，硅胶和氧化铝的湿容量高于分子筛，所以硅胶和氧化铝适用于气体水含量较大的场合。③分子筛在相对湿度较小时有较高湿容量，因此适用于气体深度脱水，要求干气露点很低的场合。比如天然气冷凝法轻烃回

收之前必须用分子筛脱水。④随温度升高，分子筛湿容量的降低相对较慢，故必须在较高温度下脱水时，应采用分子筛。66天然气脱水医学宣教三、吸附剂的再生吸附剂的再生是为了除去吸附质，恢复吸附剂活性。吸附剂的再生过程就是吸附剂的脱附过程。工

业上常用的再生方法是升温脱附，因为温度愈高，湿容量愈小。通常是用脱过水的天然气作为再生气体，将其加热到一定高温，从塔底进入，自下而上穿过整个床层，利用再生气所具有的高温使吸附剂在吸附过程中所吸附的水分汽化，并被再生气携带从顶部出塔

。脱附完成后，吸附床层的温度很高，不利于吸附。因此需要用冷干气进行冷却，这一过程称为冷吹。冷却后的塔方可进行吸附操作。再生气和冷吹气都是从塔底进入，这样可以确保在吸附操作中未吸附脱水的床层区域在再生操作中没有含水气流过，使吸附床层底部的吸附剂得

到完全再生。67天然气脱水医学宣教四、吸附塔的内部结构支撑隔栅：支撑吸附剂和瓷球重量。瓷球：使气流比较均匀分布，再生时顶部瓷球还有压住吸附剂、防止吸附剂被吹跑的作用。支撑隔栅上的丝网：防止瓷球和吸附剂漏下。吸附剂床层上的浮动丝网：防止吸附剂漏出。68天然气脱水医学宣教五、吸附

脱水原理流程为保证连续生产，流程中必须包括吸附、再生和冷吹三道工序。可以采用两塔流程或三塔流程。如图为两塔流程。再生气量为原料气质量流量的5％～10％。一般情况下采用脱过水的干气作为再生气。69天然气脱水医学宣教循环周期8h、分子筛再生塔再生和冷吹过程的典

型温度变化如图。t0——冷气温度；t1——冷却温度；t2——再生温度；t3——热气温度；38~44℃11~28℃55~65%35~45%71天然气脱水医学宣教2、吸附塔设计气体压力和处理量一定时，塔径愈大、塔内气流速度愈

低、吸附剂吸湿容量愈大、脱水效果愈好，但塔造价增大。因而，设计吸附塔时应在塔径和气流速度间作出某种折中，并应考虑床层的高径比。1）气体最大空塔速度气体空塔速度过大容易扰动床层，并使吸附床压降增大，压碎吸附剂颗粒。气体最大空塔速度的经验式为：2）单位床高压降吸附剂装填量一

定时，塔径愈大、压降愈小。单位床高压降可用下式表示：A——常数，与吸附剂颗粒大小有关。B、C——常数，与颗粒大小和形状有关。72天然气脱水医学宣教3）床层高度长周期吸附塔的床层高度有两部分组成，即饱和区和传质区。饱和区吸附剂用量（质量）=气体脱水量/吸

附剂设计湿容量（表8-5可查）饱和区体积=饱和区吸附剂质量/散装密度（表8-5可查）饱和区高度=饱和区体积/塔截面积传质区高度按下式确定：4）床层高径比床层高径比一定要合适。直径过大，易产生沿塔截面气体流速分布不均；直径太小，则床层高度大，使

得床层压降过大。根据文献和实践经验，推荐L/D=2～2.5，脱水效果良好。——系数，与吸附剂颗粒大小有关。73天然气脱水医学宣教七、吸附脱水操作和参数吸附脱水系统的合理设计和正确操作是延长吸附剂寿命、节省运行能耗和费用的关键。主要考虑这样几个方面：1、原料气压力和温度原料气压力和

温度应综合考虑脱水系统上下游工艺要求。1）原料气温度的确定要考虑三个方面：①温度愈低，原料气的含水量愈小，吸附负荷愈低；②温度愈低，吸附剂的湿容量愈大，吸附效果愈好；③温度不能低于水合物形成温度。一般原料气经压缩、冷却后温度控

制在38~50℃。多在45℃左右。74天然气脱水医学宣教2）原料气压力的确定要考虑两个方面：①压力愈高，吸附剂湿容量愈大，吸附效果愈好；②后续工艺所需压力。但压力对湿容量的影响比温度小得多。所以，吸附操作压力主要按后续工艺所需压力决定。一般原料气压力控制在3.4～8.3M

Pa。在操作中应避免原料气压力波动而扰动吸附剂床层。75天然气脱水医学宣教2、保持脱水系统洁净系统内出现游离水、液烃、腐蚀产物、化学剂、蜡、泥沙等杂质，将影响吸附剂湿容量和使用寿命。要保持脱水系统洁净，必须做好以下几方面的工作：①设置入口分离器或涤气器对原料湿气进行净化，入

口分离器或涤气器是保持脱水系统洁净的的关键设备。②新建系统投产前，应对系统进行干燥处理。③自再生塔塔顶流出的热再生气经冷却、分离出凝液后掺入原料气返回脱水流程，要求其与原料气的温度应尽量一致，温差不应大于10℃，防止回掺气骤冷产生冷凝液烃和水。④在

确保不生成水合物的前提下，应尽量降低再生分离器温度，尽可能多地从再生气中分出水和液烃等脱附物。⑤经常检查再生分离器排出液体的PH值，有助于确定系统的腐蚀倾向。76天然气脱水医学宣教3、保持吸附剂长效吸附剂长效的保持，要做到以下几点：①在吸附剂制造商提供的再生

温度范围内，使用较高的再生温度(一般230~315℃)。尽可能的使被吸附水和其他杂质脱附，以免吸附剂内残留吸附质，而影响脱水效率和吸附剂寿命。②用干气进行再生和冷吹操作。这样可以确保在吸附操作中未吸附脱水的床层区域在再生操作中没有含水气流过，使吸附床层底部的吸附剂得到完全再生。而且温度

可冷却至100℃以下、略高于原料气温度。③吸附塔实际操作压力不应低于设计压力太多。因为在一定气体处理量下，压力愈低则吸附塔内气体流速愈高，可能对吸附剂产生扰动，使吸附剂磨损、破碎。④需要改变吸附塔压力时，应缓慢增压或减压，

避免扰动吸附剂床层。压力变化速度一般控制在240kPa／min以下。77天然气脱水医学宣教4、节能节能的措施：①尽量利用废热再生；②吸附塔采用内保温层；③目前多数吸附脱水装置采用8h循环周期，较大吸附塔的最优循环周期应为10

～12h。吸附剂湿容量随使用时间而变，不采用定时切换吸附周期，按脱水后干气露点灵活确定吸附周期，吸附床达到最大吸湿负荷时再生将减少再生热耗；④用再生气流量控制阀提取再生气时降低了原料气的压力，如果改用压缩机循环再生气，则能够降低能耗；⑤据统计，从吸附

塔脱出1kg吸附水需消耗热15～16MJ，若热耗过大应查清原因。78天然气脱水医学宣教第四节脱水方法选择一、其他脱水方法二、吸收与吸附脱水比较三、天然气脱水方法的选择79天然气脱水医学宣教一、其他脱水方法除上述

广泛应用的脱水方法外，还可以采用压缩、冷却、CaCl2吸收及膜分离等方法脱除天然气中的水分。1、低温分离法由于多组分混合气体中各组分的冷凝温度不同，在冷凝过程中高沸点组分先凝结出来，这样就可以使组分得到一定的分离。冷却温度越近，分离程

度越高。现在气田上多采用高压天然气节流膨胀制冷后低温分离脱出天然气中一部分水分的方法—冷分离法。在油田伴生气脱水中采用的膨胀机制冷脱水也是一种冷分离。该方法流程简单，成本低廉。可达到的水露点略高于其降温所达到的最低温度，同时满足烃露点的要求。特别适用于高压气体；对要求深度脱水的气体，此法

也可作为辅助脱水方法，将天然气中大部分水先行脱除，然后用分子筛法深度脱水。80天然气脱水医学宣教2、氯化钙法氯化钙是最早使用的天然气脱水剂，氯化钙脱水实际上包含两段，即固体吸收段和液体吸收段，天然气先在液体吸收段以氯化钙水溶液经3～5层塔板脱水；然后再经过固体

无水氯化钙段进一步脱水，固体吸收水后成为浓溶液而流入液体吸收段。装置运行初期，露点降可达到40℃甚至更大，但随着固体氯化钙的不断消耗，后期露点降仅有17℃甚至更小。此法的投资及操作费用均较低，但露点降不稳定、

需要更换、腐蚀严重且存在废液排放问题。因此，该方法仅仅适用于边远地区、露点降要求较小的天然气脱水。81天然气脱水医学宣教3、膜分离法对于渗透性分离膜，H2O较H2S及CO2有更好的渗透性，可用于脱除天然气中的水汽。但同时会造成甲烷的损失，这是膜分离法用于天然气脱水需要解决的问题，要尽量降低甲烷损

失又不明显地增加投资成本。由于其工艺简单，膜分离法更加适合应用于海洋开发。图b所示,可以将渗透气再压缩，但是成本将增加1倍还多。图c所示，结合传统脱水工艺的方案。82天然气脱水医学宣教二、吸收与吸附脱水比较从以下几方面对比吸

收法与吸附法脱水。①吸收法的建设费用低。②吸收法操作费用低。吸收塔的压降小，而且吸收法脱除单位质量水的再生热小。③吸收法甘醇再生在常压下进行，补充甘醇容易。吸附法更换吸附剂时需中断生产，有时影响向下游连续供气。④吸收装置脱水深度低。只能

将天然气脱水至露点-40℃左右；吸附法，特别是分子筛能将气体含水脱至满足天然气深冷加工的要求。83天然气脱水医学宣教⑤吸收法对原料气压力、温度、流量变化的敏感性较强；吸附法脱水效果受工艺参数变化的影响相对较小。但

原料气内C7+的质量分数大于0.3％时，吸附法脱水较困难。⑥甘醇受污染、热降解或气流速度过高时容易发泡，并对设备和管线产生腐蚀；固体吸附剂不易腐蚀，但颗粒容易发生机械破碎。⑦气流中重烃、H2S、CO2等易使吸附剂中毒，丧

失活性。由上可知，能达到干气露点要求的前提下，甘醇吸收脱水比吸附脱水好，常用于管输天然气的处理。但要求天然气深度脱水的情况采用分子筛法脱水。84天然气脱水医学宣教三、天然气脱水方法的选择工业上通常使用的天然气脱水工艺有甘醇法（主要为三甘醇脱水）、固体吸附剂法（主要是分子筛脱水）以

及压缩冷却法和氯化钙法，膜分离法尚在发展中。天然气脱水工艺有以下一些选择原则：1、天然气净化厂脱水工艺脱硫脱碳装置出来的湿净化气脱水通常选用三甘醇(TEG)法；二甘(DEG)法也可选用，但脱水效率较差且

费用较高。当天然气重烃含量较多，尤其是含有芳烃时，需解决溶解的芳烃及重烃问题，以减轻再生的污染和化害为利。85天然气脱水医学宣教2、井场天然气脱水工艺无硫及低硫天然气的脱水可选择三甘醇（TEG）法。但井场高含硫天然气的脱水则需依据实际条件而定

。当有可供利用的无硫或低硫气作为汽提气时可选用三甘醇（TEG）法，将携带H2S和CO2的汽提气压缩并与进料湿气混合去脱水塔。若无此条件，则选用分子筛法，虽然投资及操作费用较高，但更为稳妥。应当指出，无论是无硫气还是含硫气，在井场利用井口压能膨胀降温以降低天然气中的水含量均是应

予以考虑的途径，但需注意防止水合物的生成；此法还可以同时解决烃露点问题。偏远地区亦可采用简易的氯化钙法。86天然气脱水医学宣教3、用于回收NGL的天然气的脱水工艺应根据NGL回收深度及所达到的低温程度选择脱水方法。当回收乙

烷、丙烷和丁烷时，需使用分子筛法脱水；为了减轻分子筛单元的脱水负荷，可与NGL回收工艺相结合，采取升压及冷却等措施先行除去天然气中的大部分水。如果目的是回收凝析油，则采用压缩及冷却等方法降低天然气的水含量也可满足工艺要求。4、用于制LNG或CNG的天然气的脱水应采用分子筛法脱水。87天然气

脱水医学宣教