高含CO2天然气应用三甘醇脱水技术研究-.pdf

2 0 1 2 正 第 6 卷 第6 期 天 然 气 技 术 与 经 济 Na t u r a l Ga s Te ch n o l o g y a nd Ec o n omy VO 1 ． 6．NO ． 6 De c ． 2 01 2 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ． i s s n ． 2 0 9 5 1 1 3 2 ．2 0 1 2 ． 0 6 ．0 1 3 高含 C O 2 天然气应用三甘醇脱水技术研究 姚志周志国张厚军李智来 中国石油吉林油田公司松原采气厂，吉林松原1 3 8 0 0 1 摘要三甘醇脱水是天然气脱水的成熟工艺，但采用三甘醇脱水装置处理高含 C O 天然气并没有成熟的经 验 对采用三甘醇脱水装置处理高含C O 天然气的脱水效果、C O 对三甘醇寿命的影响因素进行 了分析，根据三甘 醇装置在溶液起泡、汽提塔液泛、设备腐蚀 、出口气体水露点高等方面常出现的操作问题，提 出了操作参数对产 品 气指标影响的合理建议 关键词 三甘醇脱水水露点甘醇寿命控制 中图分类号 T E 6 4文献标志码 B 文章编号 2 0 9 5 1 1 3 2 2 0 1 2 0 6 - 0 0 4 6 - 0 0 3 0 引言 2 0 0 6 年投入 开发 的吉林 油 田长岭气 田是高温 、 高压、高含C O 的三高气藏。为试验三甘醇脱水装置 对高含 C O 天然气的脱水效果 ，2 0 0 8 年 1 0月 ，在长 岭净化站建设 了 1 套处理量为 2 01 0 1 3 3 ／d 的橇装三 甘醇脱水装置 ，该装置操作压力为 5 ． 2 MP a ，原料气 中C O 含量为2 3 ．5 4 ％，含量较高。C O 的存在，降低 了三 甘醇 脱 水装 置 的露 点 降 ，同时 C O 分压 大 于 0 ．0 2 1 M P a 的湿天然气，还会引起设备的腐蚀。因 此，C O 的存在对三甘醇脱水系统的影响是一个不容 忽视的问题 。 l 含 C O 天然气脱水技术 1 ． 1 三甘醇脱水装置工艺流程 三甘醇脱 水是天然气脱水 的成熟工艺 ，三甘醇 脱水是物理过程 ，利用甘醇的亲水性 ，在 吸收塔 中 甘醇与天然气充分接触，将天然气中的水分吸到甘 醇溶液中，使天然气含水量降低，从而实现天然气 脱水 。吸收了水分 的甘醇溶液 ，进入重沸器 中加热 到 1 9 6 2 0 2 o C，将其水分蒸发 ，可得到浓度大于 9 9 ％以上的甘醇贫液，循环使用。 1 -2 C O 在三甘醇 中的溶解度 在压力较低时 ，温度对 C O 在三甘醇中的溶解影 响较小 。随着压力 的增加 ，C O 在三甘醇 中的溶解逐 渐增加 ；在相同操作压力情况下 ，随着操作温度的 提高 ，C O 在三甘醇中的溶解逐渐减小 图 1 。因 此，C O 的存在对三甘醇脱水系统将产生一定 的影响。 p ＼ 建 图 1 不同温度下C O 在三甘醇中的溶解度随压力变化关系图 1 ． 3 C O 。 对天然气脱水效果的影响 在温度 为 3 0 ℃，压力 为 5 ． 0 MP a 的条件 下 ，对 C O 含量从 0 ～ 2 5％的天然气进行三甘醇脱水模拟实 验，得出C O 含量与天然气水露点的变化关系 图2 。 由模拟实验可知 ，在相同的操作条件下，随着原料 气 C O 含量从0 上升到2 5 ％，三甘醇脱水后天然气的 水露点升高了 9 ． 4 8℃ 图2 。因此 ，原料气中 C O 的 含量与天然气的露点降为反比关系，C O 的存在对三 甘醇脱水效果 的影响不容忽视。 手稿 日期 2 0 1 20 42 7 修订 日期 2 0 1 21 l 一 】 9 作者简介 1 9 6 6一 ，1 级 r ，从 烁化 j l ’ 1 作E - m a i l y a o z h i 1 p e h -h i n a ㈨ 46／N a t u r a l G a s T e c h n o l o g y a n d E c o n o m y ㈣ 锄 伽 ㈣ 姗 ㈣∞。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第3 6 期 天然气技术与经济 地面 程 图2 天然气水露点降与C O 含量变化关系图 1 ． 4 对再生系统的影响 对 C O 含量从 0～2 5％的天然气进行甘醇再生情 况研究。从表 1 可见 ，随着天然气 中C O 浓度的增 加 ，再生后三甘醇质量浓度有所降低 ，但降幅较 小。由于三甘醇的循环使用，且三甘醇的浓度对脱 水前后天然气的露点降影响显著 ，从而影响脱水效 果 ，因此 C O 的存在对三甘醇再生具有一定 的影响。 1 ． 5 对设备腐蚀的影响 C O 存在 的溶液引起 的腐蚀主要是 电化学腐蚀 。 C O 易溶 于水 ，溶解在水里的 C O 和水反应生成碳酸 。 碳酸分两步水解 H CO。一 HCO，H HC O3 一 一 C O H 对于碳钢材料 F e2 HC O3 一 F e HCO 3 2 2 e FeCO3 Fe CO3 2 e F e HC O 不稳定 ， 发生分解 F e HC O 3 2 - F e C O 3 C 0 2 H2 0 生成物中大多数物质是 F e C O ， ，该物质极其不稳 定 ，在 有水 的情况下 ，F e C O ， 可 瞬间产生并 瞬 间溶 解 ，最后生成 F e O H ，以胶状物存在于液体 中。 2 三甘醇寿命影响研究 由于三甘 醇循环使 用 ，造成 三甘醇严 重污染 、 变质、发泡 ，影响脱水工艺的平稳运行。目前 ，现 场仅凭经验 ，通 过判 断三甘醇溶液 的颜色对脱水不 达标 的溶液进行更换 ，缺乏科学依据 ，不仅造成了 三甘醇的浪费，而且也无法保证脱水效果。 2 ． 1 C O 对三甘醇寿命的影响 一 般来说 ，C O 和三甘醇不易发生反应 ，不直接 影响三甘醇的使用寿命 ，但由于C O 可溶于三甘醇， 导致三甘醇的p H 值降低 ， 影响脱水效果。 2 ． 2 三甘醇寿命 变质 的影响因素 1 原料气预分离效果不佳 ，导致天然气携带的 井底产物 水 、凝析油 、井下污染物 、化学药剂 及 杂质进入三甘醇溶液中。 2 天然气中携带的高矿化度含盐水进入三甘 醇 ，其中的无机盐分 C a C 1 、N a C 1 、M g C 1 等 易与三 甘醇发生反应生成水合物结晶体。 3 三甘醇溶液再生时，由于重沸器温度过高， 导致三甘醇发生分解反应生成乙二醇等，或发生脱 水缩合反应生成高聚物等。 4 三甘醇存放时 间过长 ，导致 三甘醇氧化而产 生有机酸等 ，引起三甘醇溶液变质 ] 。 3 三甘醇装置的控制及操作注意事项 3 ． 1 影响处理后气体水露点的因素 1 入口气体温度。原料气进气温度过低，造成 吸收塔塔板上的甘醇粘度增大 ，使塔板效率下降， 压降增大，甘醇的损耗量增大；原料气进气温度过 高 ，造成天然气 中的含水量增大 ，需提高贫甘醇的 浓度才能满足脱水工艺要求。 2 甘醇流率 。进入吸收塔的甘醇流率 主要取决 表 1 再生后三甘醇质量浓度统计表 天然气技术与经济 ／47 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第6 卷 姚志 ，等 高含C O 天然气应用三甘醇脱水技术研究 第6 期 于入 口气提温度以及吸收塔的塔盘数。常用的甘醇 循环率为2 5～6 0 L／k g H 0。 3 重沸 器温度 。富甘醇通 过再生塔 进入重沸 器 ，被加热到 1 7 7 ． 6 7～2 0 4 ． 4 4 o C，以蒸发其在吸收塔 中吸收的水分。重沸器最高设定温度为 2 0 4℃，温度 过 高甘醇 会 分解 。为保 证安 全 ，最高 温度 控制 在 2 0 2 o C 以下 。 4 汽提气流率 。在采用汽提法再生三甘醇溶液 时，汽提气必须经过预热。 目前各装置采用 的方法是 将汽提气预热后直接通人重沸器底部 ，此时贫三甘醇 的质量分数可达 9 9 ． 6％。汽提气的具体用量根据图 3 进行估算 ，但三甘醇用气量不能超过0 ．0 4 4 9 m ／ L ， 因为此时增大用气量对三甘醇 的纯度影响很小 。 l o o。 ％ g 9 8％ 9 g 6 ％ 9 9 4 ％ 9 9 2 ％ 鑫咀 o％ 喀 诂 。 8 8 9 6 虹 9 8 6 ％ 9 8 4 ％ 9 8 2 ％ 9 8 o ％ g 7 8 ％ 9 7鳓 N 一 ／ 1 ， 一 ， 一 7 ／ N J ， 一 一 ， 一 ， 一 ／ 1 ， 一一， ， ， f r ， ， 一20 I C卜 ，贫甘 髂 1一 ， 一1 8 。 C 下 岔 甘 l 津 _ ] | i i ； 0 1 5 3 0 4 5 6 0 7 5 9 0 汽提 气 量／ m 。t 。 。 图3 汽提气对三甘醇浓度影响图 3 ． 2 三甘醇装置常出现的操作 问题及处理 1 溶液起泡 。吸收塔溶液起泡的主要原因是溶 液 中有少量烃类 液体或脏物 ，主要表现为甘醇发生 异常 的大量损失。处理方法是 向溶液 中加入消泡剂 及取样进行震荡实验 ，目测杂质含量 ，如超标 ，则 应更换过滤器滤芯。 2 汽提塔液泛 。汽提塔液泛主要是 由于烃类液 体进入汽提塔中引起。主要表现为三甘醇溶液被大 量带出，缓冲罐液位下降。处理方法是从闪蒸罐富 液 中除去烃类液体。 3 设备腐蚀。一般认为，6 p H8 时不具有 腐蚀性。当p H／ 1 于6 时，处理方法是每周在 1 t 甘醇溶 液 中加入 1 L胺来中和酸性 ；p H大于 8 时 ，处理方法 48／N a t u r a l G a s T e c h n o l o g y a n d E c o n o m y 是更换过滤器滤芯以防止结垢生成腐蚀物。 4 出口气体水露点高。工艺参数及设备存在问 题都将导致处理后的天然气水露点升高，解决该问 题的步骤是① 检查入 口气体温度是否升高 ；② 检查重沸器温度是否在最高点 2 0 2 ；③ 增大甘醇 流率，使处理后气体中含水量略低于规定值；④ 调 整汽提气流率 ，直到处理后气体 含水量略低于规定 值 ；⑤ 检查吸收塔塔盘上是否堆积杂质或腐蚀产 物；⑥ 检查汽提塔中的填料是否毁坏或从塔顶带 出；⑦ 检查贫 一 富甘醇换热器是否泄漏；⑧ 检查 重沸器中的甘醇是否老化或由于过热己变质 。 4 结论 1 压力 的高低直接影 响处理含 C O 天然气时三 甘醇溶解度与温度的关系。压力较低时 ，C O 在三甘 醇 中的溶解度随温度的变化较小 ；压力较高时 ，温 度对 C O 在三甘醇中的溶解度影响较大。 2 原料气 中 C O 含量的变化 ，直接影 响天然气 的露点降指标。随着C O 含量的．L D il ，脱水后天然气 的露点降将会减小。原料气中C O 的含量对三甘醇再 生的影响不 大 ，但 由于三甘 醇再生后需 重复使用 ， 这样就会进一步减小天然气的露点降。适当增大汽 提气用量 ，可以减小 C O 存在 的影响，提高三甘醇再 生浓度 ， 则可加大天然气的露点降。 3 在使用三甘 醇脱水装置处理含 C O 天然气 的 过程中 ，C O 不会直接导致三甘醇变质 ，但 C O 的存 在会影响脱水效果 ，同时会降低三甘醇的p H值，促 使三甘醇变质 。 4 使用三甘醇脱水装置处理含 C O 天然气 ，要 加 强对 生产参 数指 标 的控制 ，提 高工 艺指 标符 合 率 ，如原料气入 口温度 、三甘醇流率 、再沸器温 度 、汽提气流率 ；要精 细操作 ，加强巡 回检查 ，降 低溶液起炮 、汽提塔液泛等现象 的出现 ；定期化验 溶液的p H值，采取措施，降低设备腐蚀。 参考文献 [ 1 ]郭彬，何战友 ，刘学蕊，等． 三甘醇失效原因分析及回 收研究[ J ] ．天然气工业，2 0 0 6 ，2 6 9 5 2 1 5 3 。 编辑 李臻 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m