一种超重力法三甘醇天然气脱水系统及其工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种超重力法三甘醇天然气脱水系统，该系统中过滤分离器的出口与第一超重力机的侧端进口连接，第一超重力机的上部出口与气液分离器的进口连接，第一超重力机的下部出口与换热器的进口连接，换热器的出口与缓冲罐的进口连接，缓冲罐的出口与第二超重力机的上部进口连接，第二超重力机的上部出口与闪蒸罐的进口连接，闪蒸罐的出口与泵的入口连接，泵的出口与第一超重力机的上部入口连接。该系统利用超重力机强化吸收反应的特点，并结合三甘醇的高效性，具有设备结构简单、占地面积小、易于成撬、操作弹性大、效率高等优势，是一种针对海上平台天然气中水分脱除新技术。
【专利说明】一种超重力法三甘醇天然气脱水系统及其工艺
【技术领域】
[0001] 本发明涉及石油气体处理加工【技术领域】。更具体地，涉及一种超重力法三甘醇天 然气脱水系统及其工艺。
【背景技术】
[0002] 天然气在离开油藏时通常含有水蒸气,水蒸气在天然气的压力和温度改变时容易 形成水化物，水化物的局部积累会限制管线中天然气的流通率，增加管线压降，降低输气 量，严重时会堵塞管道，导致输气中断。同时，天然气中的水分也是造成设备、仪表和管线腐 蚀破坏的主要因素，水的存在可能会造成在气温较低时形成水化物冻堵，使微量水成为冰 粒而损坏或击穿机械设备壳体，因此为了保证天然气的热值，商品天然气气质标准对供终 端用户的天然气的水露点有明确的要求：外输天然气的水露点标准为-l〇°C，因此必须对 天然气进行脱水处理。
[0003] 当前，在油气田中常规的天然气脱水工艺是溶剂吸收法和固体干燥剂吸附法，目 前广泛使用的是甘醇吸收脱水和分子筛吸附脱水两种工艺方法。这两种方法的应用界限为 要求净化后天然气中含水量的多少，也就是天然气水露点是多少。天然气脱水工艺大多使 用的是三甘醇脱水系统，该系统分为脱水系统和再生系统，主要工艺设备有三甘醇吸收塔、 三甘醇加热炉、三甘醇再生塔、三甘醇循环泵、贫富甘醇换热器、水冷（空冷）闪蒸罐等，天 然气和贫甘醇需要在接触塔中完成水分子的交换。天然气三甘醇脱水系统尽管是当今普遍 应用的工艺，但是缺点却不容忽视。1、由于海上天然气生产波动较大，造成三甘醇流失较 多，水处理露点较高；2、塔设备脱水平衡度较低，很难达到出口气体露点要求；3、塔设备三 甘醇脱水系统比较复杂；4、三甘醇溶液再生过程的能耗比较大；5、塔设备占地面积大、传 质效率低、处理能力受限，在海上平台使用具有较大的局限性，其较大的体积将增加平台面 积，直接导致投资大幅增加。
[0004] 当前，已经公布的天然气脱水的专利工艺，很难解决上述的相关问题。中国专利 201210188626. 0公开的油田天然气脱水装置，采用的吸附塔工艺，占地面积大，设备高度较 高，脱水效率较低，很难应用于海上平台。中国专利201010013703. X和201020019690. 2公 开的天然气超重力脱水装置，采用多根超重力分离管连通上下叠加的两个缓冲罐，可脱除 半径10 μ m的液滴，但是，该设备需要求天然气多次经过分离管进行分离，压降较大，设备 工作效率不高，此外，两个缓冲罐占地面积较大，内部压力不稳定极易发生危险。中国专利 201010519341. 1公开的应用于高含硫天然气的净化气脱水工艺，采用的是塔设备，占地面 积较大，也很难满足海上平台对于设备尺寸的要求。200710101510. 8公开的一种天然气超 音速脱水方法，利用天然气自身的能量进行换热脱水，不需要外部能源动力，节约了能耗， 但是，须经五步脱水，流程较为复杂，且占地面积较大，不适合于海上平台使用。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的第一个技术问题是提供一种超重力法三甘醇天然气脱水系统，该 系统的吸收和再生过程均采用超重力机，并结合了三甘醇法天然气脱水的优势，这样不仅 能够保证进口气波动较大时，出口气水含量维持在要求范围内，使得出口水露点达到标准， 而且简化了天然气脱水系统，利用超重力机占地面积小的特点，也达到了海上平台对设备 尺寸的要求，更加有利于大规模工业化应用。
[0006] 为解决上述第一个技术问题，本发明采用下述技术方案：
[0007] -种超重力三甘醇法天然气脱水系统，所述脱水系统包括气液分离器、过滤分离 器、第一超重力机、泵、闪蒸罐、缓冲罐、第二超重力机和换热器；所述过滤分离器的出口与 第一超重力机的侧端进口连接，所述第一超重力机的上部出口与分离器的进口连接，所述 第一超重力机的下部出口与换热器的进口连接，所述换热器的出口与缓冲罐的进口连接， 所述缓冲罐的出口与第二超重力机的上部进口连接，所述第二超重力机的上部出口与闪蒸 罐的进口连接，所述闪蒸罐的出口与泵的入口连接，所述泵的出口与第一超重力机的上部 入口连接。
[0008] 本发明所要解决的第二个技术问题，是使用上述系统进行超重力三甘醇法天然气 脱水的工艺，包括如下步骤：
[0009] (1)压力为0-10MPa的原料气体进入第一超重力机，在第一超重力机中与吸收剂 逆流接触，原料气的水分被吸收后排出第一超重力机；
[0010] (2)步骤（1)中的吸收剂吸收水分后排出第一超重力机，进入第二超重力机再生；
[0011] (3)步骤（2)中再生后的吸收剂再次进入第一超重力机吸收原料气中的水分。
[0012] 优选地，步骤（1)所述原料气为含水的天然气或油田伴生气，所述吸收剂为贫液 二甘醇。
[0013] 优选地，步骤（1)所述吸收剂与原料气的体积比为1 :50-1 :300。
[0014] 优选地，步骤（1)中原料气脱水的平衡度达到95%以上，出口露点达到-10°C以 下。
[0015] 优选地，步骤（1)所述吸收超重力机为外循环超重力机，步骤（2)所述再生超重力 机为外循环超重力机或者内循环超重力机。
[0016] 优选地，步骤（1)中吸收超重力机的重力加速度为10_500g，步骤（2)中再生超重 力机的重力加速度为10_500g。
[0017] 三甘醇溶液具有热稳定性好、沸点高、蒸汽压低、易于再生、吸湿性很高、携带损失 量小、运行可靠等优点。充分利用超重力机处理量大、效率高的优势，液气比的处理范围较 大，较低的液气比就能够达到理想的效果，减少贫液三甘醇的用量，节约能耗。吸收和再生 均采用超重力机，不仅是因为超重力本身的优势，而且，利用超重力机能够达到塔式设备所 难以达到的原料气脱水平衡度和出口露点。此外，通过调节超重力机的重力加速度可以有 效的控制出口气体的水含量，也即脱水平衡度，以及出口气体的露点。因此，正是上述的优 选条件使得超重力三甘醇法天然气脱水工艺远远优于传统的塔式脱水工艺。
[0018] 本发明的有益效果如下：
[0019] 1)超重力脱水吸收装置内部转子的气液接触元件由不锈钢丝网填料和液体分布 器组成，气液两相以液滴、液膜和液丝的形式充分接触，提高了水分吸收的效果，具有较高 的脱水效率；
[0020] 2)超重力脱水再生装置内部富液不断的在填料层循环往复，使得液相中的水分尽 可能的挥发出去，从气相出口离开，提高了再生效率，得到三甘醇贫液；
[0021] 3)这种设计较好解决了原工艺脱水系统复杂，耗能大等劣势，更加利于工业化应 用。
[0022] 4)结合本发明技术中所述的超重力反应脱水和再生装置、闪蒸罐与再生罐组成超 重力脱水工艺，实现了超重力技术与传统三甘醇脱水塔工艺的有机结合。整套工艺与原有 的传统塔式脱水相比，具有吸收传质效果好、脱水平衡度高、出口露点低、设备占地面积小、 开停车容易等特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1超重力法三甘醇天然气脱水系统示意图。
[0024] 图1中，1-气液分离器，2-过滤分离器，3-第一超重力机，4-泵，5-闪蒸罐，6-缓 冲罐，7-第二超重力机，8-换热器
【具体实施方式】
[0025] 为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说 明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具 体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围
[0026] 图1示出超重力法三甘醇天然气脱水工艺流程图。将两台超重力机与气液分离器 1、过滤分离器2、闪蒸罐5、换热器8、缓冲罐6和泵4等组成超重力法三甘醇天然气脱水系 统。以三甘醇TEG为吸收剂，脱除天然气或者伴生气中的水分。将一定处理量的原料气预 处理，经过过滤分离器2去除其中微小的液、固体杂质，由旋转床的侧面进入第一超重力机 3,贫液TEG吸收剂由第一超重力机3上端液体分布器进入第一超重力机3中部空腔，以一 定的流量均匀的喷射在填料层上，被高速旋转的转子产生的剪切力切割成微米级乃至纳米 级的液滴、液膜和液丝，同时与外侧进入填料层的待处理原料气充分接触，并吸收其中的水 分，这样，原料气一层又一层由外至内不断的经过丝网填料与由内至外的液滴、液丝和液膜 等充分接触吸收。脱水后的原料气由第一超重力机3上部气体出口进入气液分离器1，利用 气液比重不同，在一个突然扩大的容器中，流速降低后，在主流体转向的过程中，气相中细 微的液滴下沉而与气体分离，净化气进入下游工段。吸收液经填料层甩出后碰到第一超重 力机3的内壁后滑落至腔体底部，从位于底部的釜液出口流出，经贫/富液换热器8加热后 进入缓冲罐6,然后，从第二超重力机7上端进入进行脱水再生，采用低压、高温的方式，富 液在填料层中被切割打碎成液滴、液膜和液丝，其中的水分由气体出口挥发除去。再生后的 贫液经贫/富液换热器8冷却后进入闪蒸罐5,由贫液泵4打入吸收第一超重力机3进行循 环使用。
[0027] 本发明中的贫/富换热器主要用于预热进入缓冲罐的富三甘醇溶液温度，同时也 起着回收贫三甘醇热量、使富三甘醇升温的作用。缓冲罐也是由贫/富液换热盘管组成，是 为了使富液的温度进一步升高。
[0028] 三甘醇溶液在超重力机的操作压力和温度下除了吸收湿天然气中水蒸气外，还会 吸收少量的天然气，尤其是包括芳香烃在内的重烃，而烃类在三甘醇内的溶解量与压力有 关，压力愈高则溶解量愈大。闪蒸罐的作用就是在低压下分离出三甘醇中吸收的这些烃蒸 汽、凝析油，还有部分的co2，以减少三甘醇损失量，防止三甘醇溶液发泡。闪蒸出来的液态 烃一般进入闭式排放系统进行集中处理。
[0029] 实施例1
[0030] 本发明所述的超重力法三甘醇天然气脱水的技术工艺，主要包括吸收和再生过 程，主要设备为气液分离器、过滤分离器、吸收超重力机、闪蒸罐、再生超重力机和缓冲罐组 成，主要包括吸收和再生过程。吸收过程采用常规外循环超重力机，再生过程采用外循环或 者内循环超重力机，吸收剂采用三甘醇吸收剂（TEG)，操作压力0-10Mpa，温度15-250°C，超 重力水平l〇_5〇〇g。操作步骤如下：含水天然气由超重力机的气相进口进入，与进入超重力 机的吸收剂贫液在旋转的填料上接触反应，液相中H 20被贫液TEG吸收，从而被脱除，净化 后的气体由气体出口管排出超重力机，经分离器进入下游工段。吸收H20后的TEG富液由 超重力机底部排出，经过过滤器过滤后流入贫/富液换热器、进入缓冲罐，进一步升温后进 入再生超重力机。在再生超重力机内经过加热时甘醇富液中的水分在低压、高温下脱除，再 生后的贫液经贫/富液换热器冷却后，进入闪蒸罐，经甘醇泵泵入吸收超重力机循环使用。
[0031] 本发明工艺包括以下步骤：
[0032] 1)天然气脱水
[0033] 将压力为0-10MPa的待脱水原料气体由气体进口压入吸收超重力机，在超重力机 中与再生而来的贫液三甘醇进行逆流接触，在填料层中水被吸收液充分吸收后，原料气由 超重力气体出口引出，吸收后富液进入再生阶段。
[0034] 2)吸收剂再生
[0035] 经步骤1)生成的富液由超重力机底部排出，经贫液经贫/富液换热器加热后进入 再生超重力机，在低压、高温下脱除吸收剂中的水分，使吸收剂再生，贫液进入闪蒸罐循环 使用。
[0036] 实施例2
[0037] 使用实施例1的装置和工艺进行天然气脱水：
[0038] 处理量：10m3/h，压力0· IMPa，原料气中水含量25g/m3,三甘醇TEG作为吸收剂（贫 液浓度99%以上），吸收液TEG用量0. 5m3/h，吸收超重力机转速600r/min。采用该工艺处 理后，出口天然气露点达-15°C以下，脱水平衡度在95%以上，富液浓度95 %左右，再生后 贫液浓度可到99%以上。
[0039] 实施例3
[0040] 如实施例2所示，其他条件不变，将吸收超重力机转速调为800r/min，采用该工艺 处理后，出口天然气露点达-17°C以下，脱水平衡度在95%以上，富液浓度95%左右，再生 后贫液浓度可到99%以上。
[0041] 实施例4
[0042] 如实施例2所示，其他条件不变，将吸收超重力机转速调为1000r/min，采用该工 艺处理后，出口天然气露点达-18°C以下，脱水平衡度在95%以上，富液浓度95%左右，再 生后贫液浓度可到99%以上。
[0043] 实施例5
[0044] 如实施例2所示，其他条件不变，将吸收液TEG用量调为0. lm3/h，采用该工艺处理 后，出口天然气露点达_6°C以下，脱水平衡度在95%以上，富液浓度95%左右，再生后贫液 浓度可到99%以上。
[0045] 实施例6
[0046] 如实施例2所示，其他条件不变，将吸收液TEG用量调为0. 3m3/h，采用该工艺处理 后，出口天然气露点达-11°C以下，脱水平衡度在95%以上，富液浓度95%左右，再生后贫 液浓度可到99%以上。
[0047] 对比例1
[0048] 如实施例2所述，其他条件不变，将超重力旋转床变为吸收塔，出口天然气露点 达-5 °C左右，脱水平衡度在80 %左右，富液浓度80 %左右，再生后贫液浓度可到95 %左右。 [0049] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对 本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可 以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发 明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
【权利要求】
1. 一种超重力三甘醇法天然气脱水系统，其特征在于：所述脱水系统包括气液分离器 (1)、过滤分离器（2)、第一超重力机（3)、泵（4)、闪蒸罐（5)、缓冲罐（6)、第二超重力机（7) 和换热器（8);所述过滤分离器（2)的出口与第一超重力机（3)的侧端进口连接，所述第一 超重力机（3)的上部出口与气液分离器（1)的进口连接，所述第一超重力机（3)的下部出 口与换热器（8)的进口连接，所述换热器（8)的出口与缓冲罐（6)的进口连接，所述缓冲罐 (6)的出口与第二超重力机（7)的上部进口连接，所述第二超重力机（7)的上部出口与闪蒸 罐（5)的进口连接，所述闪蒸罐（5)的出口与泵（4)的入口连接，所述泵（4)的出口与第一 超重力机（3)的上部入口连接。
2. -种利用如权利要求1所述的超重力三甘醇法天然气脱水系统进行脱水的工艺，其 特征在于，该工艺包括如下步骤： (1) 压力为〇-l〇MPa的原料气体进入第一超重力机，在第一超重力机中与吸收剂逆流 接触，原料气的水分被吸收后排出第一超重力机； (2) 步骤（1)中的吸收剂吸收水分后排出第一超重力机，进入第二超重力机再生； (3) 步骤（2)中再生后的吸收剂再次进入第一超重力机吸收原料气中的水分。
3. 根据权利要求2所述的工艺，其特征在于：步骤（1)所述原料气为含水的天然气或 油田伴生气，所述吸收剂为贫液三甘醇。
4. 根据权利要求2所述的工艺，其特征在于：步骤（1)所述吸收剂与原料气的体积比 为 1 :50-1 :300。
5. 根据权利要求2所述的工艺，其特征在于：步骤（1)中原料气脱水的平衡度达到 95%以上，出口露点达到-10°C以下。
6. 根据权利要求2所述的工艺，其特征在于：步骤（1)所述吸收超重力机尾常规外循 环超重力机，步骤（2)所述再生超重力机为常规外循环超重力机或者内循环超重力机。
7. 根据权利要求2所述的工艺，其特征在于：步骤（1)中吸收超重力机的重力加速度 为10-500g，步骤（2)中再生超重力机的重力加速度为10-500g。
【文档编号】C10L3/10GK104194854SQ201410490633
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】陈建峰, 梁作中, 赵宏, 罗勇, 初广文, 邹海魁 申请人:北京化工大学, 苏州海基环能科技有限公司, 北京化工大学苏州（相城）研究院