甘醇类气体脱水及水合物抑制剂系统(译文)

第22卷第4期2008年8月全面腐蚀控制TOTAL CORROSION CONTROLVol.22 No.4Aug. 20081概述水是天然气从采出至消费的各个处理加工步骤中最常见的杂质组分,且其含量经常达到饱和。

冷凝水的局部积累将限制管道中天然气的流率,降低输气量,而且水的存在使输气过程增加了不必要的动力消耗;液相水与CO2或H2S接触后会生成具有腐蚀性的酸,H2S不仅导致常见的电化学腐蚀,它溶于水生成的HS-还会促使阴极放氢加快, HS-阻止原子氢结合为分子氢,从而造成大量原子态氢积聚在钢材表面,导致钢材氢鼓泡、氢脆及硫化合物应力腐蚀开裂(SSC;湿天然气中经常遇到的另一个麻烦问题是,其中所含水分和小分子气体及其混合物可在较高的压力和温度高于0℃的条件下,形成一种外观类似于冰的固体水合物。

因此,天然气一般都应先经脱水处理,使之达到规定的指标后才能进入输气干线。

我国强制性国家标准规定:在天然气交接点的温度和压力条件下,天然气的水露点应比最低环境温度低5℃。

在CO2或H2S存在的情况下,目前海洋工程设计过程中认为只有当水露点比最低操作温度低10℃时介质不具有腐蚀性。

甘醇类化合物具有很强的吸湿性,其水溶液冰点较低,故广泛应用于天然气脱水。

最初应用于工业的是二甘醇(DEG,上世纪50年代后主要采用三甘醇(TEG,其热稳定性更好,容易再生,蒸气压也更低,且相同质量浓度下TEG可达到更大的露点降,而且TEG的毒性很轻微,沸点较高,常温下基本不挥发,故使用时不会引起呼吸中毒,与皮肤接触也不会造成伤害。

因此,TEG 脱水方法是天然气工业中应用最普遍的方法。

2 TEG脱水系统的工艺流程如图1[1]所示,TEG脱水装置主要包括2部分:天然气在压力和常温下脱水;富TEG溶液在低压和高温下再生(提浓。

此图所示流程包括了若干优化操作方面的考虑,如以气体—TEG换热器调节吸收塔顶温度,以分流(或全部富液换热的方式控制进入闪蒸罐的富液温度,以干气汽提提高贫TEG的浓度,以及设置多种过滤器等。

121水合物又称水化物，它是一种由水分子形成的空穴吸附小分子烃类气体而形成的，其密度一般在0.88g-0.9g/cm ³，一般可在35°C以下形成。

水合物是一种笼形晶格包络物，水分子（主体分子）借氢键结合形成笼形结晶，气体分子（客体分子）在范德华力作用下被包围在晶格之中。

天然气水合物结构一般有三种，分为：立方形结构、单晶立方形结构和简单六方结构。

水合物在天然气管道输送中因地貌、气候及管道自身条件而生成，从而导致管线堵塞，甚至造成设备和仪表附件失灵。

因而为保证管线的安全运行，天然气管道输送过程中水合物的形成及预防是很重要的。

一、导致水合物生成的条件1.热力学影响条件主要有以下3个：（1）天然气水露点高。

水露点是其饱和水蒸气含量的反映，就是天然气中的含水量，同时形成空穴结构；形成水合物的首要条件就是混合气体中含有足够的水分，若气体中水的饱和蒸气压大于水合物的饱和蒸气压，即满足水合物形成的条件，反过来，若气体中水的饱和蒸气压小于水和的饱和蒸气压，则水合物无法形成，即使开始形成也会消失，所以进入输气管道的气体水露点应比输送条件下最低环境温度低5-10°C。

（2）轻烃及杂质。

烃类物质并不是全部都可以形成水合物的, 直链烷烃中只有CH 4、C 2H 6和C 3H 8 能支持水合物的形成, 支链烷烃中只有异丁烷能支持。

此外, 天然气中的杂质组分如H 2S、CO 2 、N 2 和O 2 等也支持水合物的形成。

不同组成的天然气其相对密度也不同。

相对密度愈高的天然气愈容易形成水合物, 而且研究表明：重质烃的很少含量就会使开始水合形成需要的压力大幅度降低。

（3）管道中气体的温度和压力影响。

较高的压力和较低的温度是形成水合物的热力学条件。

对于密度相同的天然气，压力越高则形成水合物的温度也越高，但每种气体均有形成水合物的临界温度，高于该温度无论压力多高也不会形成水合物。

另一方面压力对临界温度也有影响。

《天然气集输》课程综合复习资料一、填空题1、商品天然气无规定的化学组成，但有一系列的具体技术指标要求，其主要技术指标有：、、和。

2、根据天然气中C5以上的烃液含量的多少，把天然气划分为干气和湿气。

3、天然气的体积系数是指天然气在地层条件下所占体积与其在地面条件下的体积之比，天然气体积系数可视为仅是气藏压力的函数。

天然气体积系数的倒数称之为天然气膨胀系数。

4、烃类气体在水中的溶解度随压力增加而增大，随温度升高而减小，且随着水中含气饱和度升高，温度对气体溶解度的影响减小。

5、从气井产出的物质，除天然气外一般含有液体和固体物质。

液体物质包括液烃和气田水。

气田水又包含游离水和凝结水。

气田水分为底水或边水和束缚水两类。

固体物质包括岩屑、砂、酸化处理后的残存物等。

6、影响天然气中含水蒸汽量主要因素有：压力、温度、水中含盐量和天然气相对密度。

7、膜分离的原理是高压原料气在膜的一侧吸附，通过薄膜扩散至低压侧，由高压侧经薄膜进人低压侧的气体称渗透气，而仍留在高压侧的气体为渗余气。

8、天然气的主要成分是甲烷及少量乙烷、丙烷、丁烷、戊烷及以上烃类气体，并可能含有氮、氢、硫化氢、二氧化碳及一氧化碳等非烃类气体及少量氦、氩等惰性气体。

9、根据天然气中C3以上烃类液体的含量多少，把天然气划分为和。

10、天然气的溶解度是指。

溶解度主要取决于和，同时也与油、水的性质和天然气的组分有关。

11、天然气在高压下的粘度不同于在低压下的粘度。

在接近大气压时，天然气的粘度几乎与压力无关，随温度的升高而；在高压下，随压力的增加而，随温度的增加而。

12、气田集输系统的工作内容包括：收集天然气，并经过、、、使天然气达到符合管输要求的条件，然后输往长距离输气管道。

13、在可燃气体与空气的混合物中加入足够量的惰性气体，可以达到消除爆炸可能性的目的。

在工业上常用的惰性气体有、、。

在开工前及停工后，用惰性气体对系统进行吹扫或置换，以防止事故的发生。

14、集输管道的防火安全保护主要是防止和放空不当引起火灾。

降低水露点抑制天然气水合物的生成前言由地层采出的天然气，通常处于被水饱和的状态。

处于液相状态的水，在天然气的集输过程中，通过分离器就可以使其从天然气中分离出来。

但天然气中含有的饱和水汽，就不能通过分离器分离。

水是天然气中有害无益的组分，因为天然气中水的存在，会降低天然气的热值和输气管道的输送能力；当温度降低或压力增加时，天然气中液相析出的水，在管道和设备中造成积液，不仅增加流动压降，甚至造成段塞流，还会加速天然气中酸性组分对管道和设备的腐蚀；液态水不仅在冰点时会结冰，而且，即使在天然气的温度高于水的冰点时，液态水还会与天然气中的一些气体组分生成水合物，严重时会堵塞井筒、阀门、管道和设备，影响输气管道的平稳供气和生产装置的正常运行。

天然气的水露点指标就是其饱和水汽含量的反映。

天然气水露点高，其水汽含量必然高。

因此，对于天然气，降低其水露点，无论对于管道输送或是符合商品气质要求，都具有重要的意义。

天然气水露点天然气的饱和水汽含量取决于天然气的温度、压力和气体组成等条件。

天然气含水汽量，通常用绝对湿度、相对湿度、水露点三种方法表示。

１绝对湿度每立方米天然气中所含水汽的克数，称为天然气的绝对湿度。

２相对湿度在一定条件下，天然气中可能含有的最大水汽量，即天然气与液态平衡时的含水汽量，称为天然气的饱和水汽含量。

在一定温度和压力条件下，天然气水汽含量与其在该条件下的饱和水汽含量的比值，称为天然气的相对湿度。

３水露点天然气的水露点是指在一定的压力条件下，天然气中开始出现第一滴水珠时的温度，也就是在该压力条件下与饱和水汽含量对应的温度值。

在ＧＢ１７８２０－１９９９《天然气》中，把水露点作为衡量商品天然气的一个指标。

在天然气的贸易交接计量时，常常要测定它。

在天然气管道输送过程中，更需要首先知道水露点的高低，因为它决定着能否正常输送。

在天然气处理装置中，常常有一个叫天然气烃水露点控制单元，它来控制和在线监测天然气水露点。

天然气脱水生产中三甘醇的使用情况解析发布时间：2021-07-08T08:06:26.261Z 来源：《中国科技人才》2021年第11期作者：濮翔宇[导读] 在天然气能源资源的实际生产中应用三甘醇脱水技术，有助于溶剂吸收法、固体干燥剂吸附法的实际应用。

长庆油田分公司第六采气厂陕西省榆林市 719000摘要：为了能够对天然气生产作业的实际需要进行满足，开展天然气脱水是极为关键和必要的，由于天然气内含有很多水蒸气，基于温度与压力的作用之下会产生水化物，倘若任由诸多水化物存在，其会对天然气生产、深加工、集输等产生诸多不利影响，所以需要对天然气内含的水蒸气进行有效脱除。

文中主要探析了天然气脱水生产当中三甘醇的应用优势、工艺流程以及注意事项等，希望能够为天然气能源资源产业现代化发展提供一些帮助。

关键词：天然气；脱水生产；三甘醇；使用情况；优势；在天然气能源资源的实际生产中应用三甘醇脱水技术，有助于溶剂吸收法、固体干燥剂吸附法的实际应用。

当前在天然气能源资源生产中应用较为广泛的脱水技术包含冷却脱水法、膜法以及甘醇法等，应用价位广泛的就是甘醇法，尤其是三甘醇法。

是由于三甘醇法的成本资金投入量相对较小，并且三甘醇溶液具有良好的稳定性，其容易再生，且具有良好的吸湿性，蒸气压较低，携带损失量较少，浓溶液不会产生固化等诸多有优点。

因此在国内各个天然气田当中被广泛推广与应用。

一、天然气脱水原因在天然气能源资源的采出、消费、处理加工等诸多环节当中，水属于是非常常见的一种杂质，并且其含量时常会处于饱和状态，冷凝水局部累积会对管道当中的天然气流量产生制约影响，更会对输气量产生影响。

水分的存在，致使天然气运输当中产生非必要性的动力损耗。

液相水和二氧化碳、H2S产生接触之后，会形成腐蚀性的酸，较为常见的现象就是电化学腐蚀，其溶于水当中次年改成了HS-，会加快阴极的放氢速度，HS-会对原子氢变成分子氢进行有效阻止，导致大量原子态氢集聚于钢材的表面，致使钢材氢鼓泡，氢脆体，与硫化合物因为应力腐蚀而产生开裂问题。

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:油气储运学生姓名:学号:设计地点（单位）__________K713____ __ _____设计题目: 某三甘醇天然气脱水工艺设计—重沸器设计完成日期：年月日指导教师评语: _________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ ___________________________________ __________ _成绩（五级记分制）:______ __________指导教师（签字）:________ ________摘要从地层开采出来的天然气含有游离水和气态水。

对于游离水，由于它是以液态方式存在的，天然气集输过程中，通过分离器就可以实现分离；但气态水，由于它在天然气中以气态方式存在，运用分离器不能完成分离。

而这些气态水又会在天然气管道输送管道中随着温度压力的改变而重新凝结成液态水。

液态水的存在会导致水合物的生成和液态本身堵塞管路、设备或降低它们的负荷，引起二氧化碳、硫化氢的酸液腐蚀。

因此，为满足管输和用户的需求，脱出天然气中的水分是十分必要的。

目前常用的天然气脱水方法为吸收法脱水。

用作脱水吸收剂的物质应对天然气中的水蒸气有很强的亲合能力，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，同时还应价格低廉、容易得到。

目前广泛采用的是甘醇类化合物。

关键词：三甘醇重沸器再生目录绪论1.设计参数1.1基础资料1.2三甘醇物性参数2.甘醇脱水原理及流程2.1甘醇脱水的基本原理2.2三甘醇吸收脱水流程2.3三甘醇的再生方法3.重沸器的设计3.1重沸器的分类及选用3.2重沸器设计计算3.2.1三甘醇的定性温度3.2.2负荷热及传热面积3.3.3火管、壳体尺寸确定3.3重沸器设计结果4.结论5.参考文献绪论本次课程设计是在学习完本学期的天然气集输工程课程以后开启的，自己本身已经有了一定的专业知识。

◆天然气脱水的必要性◆溶剂吸收法脱水◆固体吸附法脱水◆第一节天然气脱水的必要性◆天然气脱水的必要性；◆天然气脱水方法；◆天然气脱水深度。

◆一、天然气脱水的必要性◆水的析出将降低输气量，增加动力消耗；◆水的存在将加速H2S或CO2对管线和设备的腐蚀；◆导致生成水合物，使管线和设备堵塞。

因上述三方面原因，所以有必要对天然气进行脱水处理。

◆二、天然气脱水方法◆低温法脱水；◆溶剂吸收法脱水；◆固体吸附法脱水；◆应用膜分离技术脱水。

◆三、天然气脱水深度◆满足用户的要求；◆管输天然气水露点在起点输送压力下，宜比管外环境最低温度低5～7℃；◆对天然气凝液回收装置，水露点应低于最低制冷温度5～7℃。

◆第二节溶剂吸收脱水◆甘醇脱水的基本原理◆甘醇的物理性质◆三甘醇脱水流程和设备◆影响三甘醇脱水效果的参数◆三甘醇富液再生方法及工艺参数甘醇是直链的二元醇，其通用化学式是C n H2n(OH)2。

二甘醇(DEG)和三甘醇(TEG)的分子结构如下：◆一、甘醇脱水的基本原理从分子结构看，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。

甘醇水溶液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。

◆二、甘醇的物理性质常用甘醇脱水剂的物理性质如表1所示。

在天然气开发初期，脱水采用二甘醇，由于其再生温度的限制，其贫液浓度一般为95％左右，露点降仅约25～30℃。

50年代以后，由于三甘醇的贫液浓浓度可达98～99％，露点降大，逐渐用三甘醇（TEG）代替二甘醇作为吸收剂。

◆三甘醇吸收剂的特点◆沸点较高(287.4℃)，贫液浓度可达98～99%以上，露点降为33～47℃。

◆蒸气压较低。

27℃时，仅为二甘醇的20%，携带损失小。

◆热力学性质稳定。

理论热分解温度(207℃)约比二甘醇高40℃。

一、名词解释天然气：能源、可燃气体、石油煤炭、地下开采、H2S中毒干气：每㎡气中，戊烃以上烃类（C5+）按液态计小于10ml的天然气。

湿气：每m2气中，戊烃以上烃类（C5+）按液态计大于10ml的天然气。

贫气：每m2气中，丙烷以上烃类（C3+）按液态小于100ml的天然气。

富气：每m2气中，丙烷以上烃类（C3+）按液态大于100ml的天然气。

热值：1m3燃气完全燃烧时所放出的热量。

烃露点：在一定压力下，天然气析出第一滴液烃时的温度。

水露点：在一定压力下，天然气与液态水平衡时的温度。

标方：101.325KPa，0℃作为天然气体积计量的标准状态基方：101.325KPa，20℃作为天然气体积计量的标准状态天然气水合物：也称为“可燃冰”“固体瓦斯”，是一种白色或灰色的晶体，外貌似松散的冰或致密的雪。

过冷度：管道等体系内实际操作温度低于该体系水合物形成温度之差值。

露点降：脱水前含天然气的露点与脱水后干气的露点之差称为露点降吸附质：被吸附的气体或液体称为吸附质吸附剂：吸附气体或液体的固体称为吸附剂。

物理吸附：由范德华力引起吸附，速度快，热量少，平衡快，条件变化容易脱附，可逆。

化学吸附：以未饱和键力作用，所需的活化能、吸附热大，速度慢，不可逆。

破点：当分子筛吸附时，当传质区的前沿到达床层底部，气体中的吸附质浓度突然升高到一定值轻烃回收：从天然气中回收凝液的过程称之为天然气凝液回收活天然气液回收。

冷剂：在制冷循环中工作的制冷工质称为制冷剂或简称冷剂。

液化天然气：LNG 由天然气液化制取的，以甲烷为主的液烃混合物压缩天然气：CNG 是经过压缩的高压商品天然气，其主要成分是甲烷第一章1、天然气的组成分类组成：天然气是由低分子饱和烃为主的烃类气体与少量非烃类组成的混合气体。

分类：伴生气、气藏气、凝析气2、天然气质量要求项目一类二类三类高热值，MJ/m3 >31.4硫化氢，mg/m3≤6 ≤20 ≤460总硫，mg/m3≤100 ≤200 ≤460CO2(v), % ≤3.0 ≤3.0水露点在天然气交接点的压力和温度条件下，比最低环境温度低5℃.注：（1）、天然气按照硫和CO2含量分为一类、二类、三类。

三甘醇脱水装置常见故障分析及处理对策作者：左腾飞辛林演彭希文来源：《中国化工贸易·下旬刊》2019年第10期摘要：本文主要论述了三甘醇脱水装置在运行中经常出现的故障及表现形式，分析了故障出现的原因，提出了相应的处理对策和预防措施，对三甘醇脱水装置的正常生产具有一定的借鉴意义。

关键词：三甘醇脱水装置;故障分析;处理对策井口天然气充满了饱和水蒸气。

天然气被压缩或冷却时，水蒸气会转变为液态或固态冰（水合物）。

液态水的存在会加速设备的腐蚀，降低天然气输送效率;固态冰（水合物）则会堵塞阀门、管件甚至输气管线。

三甘醇（以下简称TEG）脱水具有吸湿性强、溶液易再生、装置占地面积小、设备布置紧凑、易于搬迁安装且运行无需借助外力等优点，因此广泛运用于长庆气田，确保天然气支、干线的平稳运行。

1 三甘醇脱水装置工艺原理TEG是一种无色无臭、具有强吸水性的粘稠液体，其分子式为C6H14O4。

TEG具有吸水性强、高温条件下易再生的特点，是天然气脱水的重要原料。

TEG脫水为物理过程，吸收了天然气中饱和水的TEG富液进入重沸器后，在高温条件下蒸发出富液中的水蒸气，可得到质量分数大于98%的TEG贫液。

2 运行常见故障原因分析2.1 脱水装置循环管路结晶盐堵塞分离器初次分离不彻底，气田采出水中的无机盐起初存在于三甘醇富液的液态水中，在重沸器加热过程中，三甘醇中的水（作为溶剂）被蒸发，无机盐（作为溶质）逐渐形成固态结晶，从三甘醇中析出。

长期以此，就会造成脱水装置循环系统各部位出现结晶盐堵塞故障，并且结晶盐会对循环泵的内部构件及密封圈产生磨损，影响循环泵的正常运行;部分采用化排生产工艺的单井来气中混有大量化排挤泡沫，从而影响分离器的分离效果，导致分离不彻底，为下游脱水装置埋下结晶盐堵塞隐患;部分柱塞措施井，在柱塞开启的瞬间，气量瞬间大幅度提高，随着大量采出水被带入站内，导致分离器分离、排液不及时，造成部分采出水随天然气进入脱水装置，导致装置循环系统结晶盐堵塞。

天然⽓⽔合物防治天然⽓⽔合物形成条件及抑⽌⼀、天然⽓⽔合物在⽔的冰点以上和⼀定压⼒下，天然⽓中某些⽓体组分能和液态⽔形成⽔合物。

天然⽓⽔合物是⽩⾊结晶固体，外观类似松散的冰或致密的雪，相对密度为0 .96 -0. 9 8 ，因⽽可浮在⽔⾯上和沉在液烃中。

⽔合物是由90 % ( ω) ⽔和10 %( ω) 的某些⽓体组分( ⼀种或⼏种) 组成。

天然⽓中的这些组分是甲烷、⼄烷、丙烷、丁烷、⼆氧化碳、氮⽓及硫化氢等。

其中丁烷本⾝并不形成⽔合物，但却可促使⽔合物的形成。

天然⽓⽔合物是⼀种⾮化学记量型笼形品体化合物，即⽔分⼦( 主体分⼦) 借氢键形成具有笼形空腔( 孔⽳) 的品格，⽽尺⼨较⼩且⼏何形状合适的⽓体分⼦(客体分⼦) 则在范德华⼒作⽤下被包围在品格的笼形空腔内，⼏个笼形品格连成⼀体成为品胞或晶格单元。

以往研究结果表明，天然⽓⽔合物的结构主要有两种。

相对分⼦质量较⼩的⽓体( 如CH4、C2H6、H2 S、CO2 ) ⽔合物是稳定性较好的体⼼⽴⽅晶体结构( 结构D ，相对分⼦质量较⼤的⽓体( 如C3H8、iC4H10) ⽔合物是稳定性较差的⾦刚⽯型结构( 结构II ) .见图1 所⽰。

图1 天然⽓⽔合物晶体结构单元（a）笼形空腔（b）晶胞结构I 和I II 都包含有⼤⼩不同⽽数⽬⼀定的空腔即多⽽体。

图1表⽰了由12⾯体、14 ⾯体和16⾯体构成的三种笼形空腔。

较⼩的12 ⾯体分别和另外两种较⼤的多⾯体搭配⽽形成I、II两种⽔合物晶体结构。

结构I 的晶胞内有46个⽔分⼦，6 个平均直径为0.8 60 nm ⼤空腔和2 个平均直径为0 . 795nm⼩空腔来容纳⽓体分⼦。

结构II晶胞内有136个⽔分⼦，8 个平均直径为0.940nm ⼤空腔和16 个平均直径为0 .782nm ⼩空腔来容纳⽓体分⼦。

⽓体分⼦填满空腔的程度主要取决外部压⼒和温度，只有⽔合物品胞中⼤部分空腔被⽓体分⼦占据时，才能形成稳定的⽔合物。