天然气的三甘醇脱水和分子筛脱水对比

姜书臣

摘 要：近年来，我国对于天然气的需求量每年都在递增，在进行天然气远距离输送过程中，需要先对天然气进行脱水，确保在输送过程中不会形成液态水以及水合物，从而对管道加以保护。现今，天然气脱水采用的方法主要有物理降温脱水法，或者使用干燥剂进行水的吸附。文章通过对三甘醇脱水和分子筛脱水的对比，从而更好地使用这两种脱水方法。

关键词：天然气；三甘醇；分子筛

1 概述

在进行油井开采过程中，开采出的天然气并不是干燥的，其本身都含有较高的水分，甚至一些天然气中还含有较多的硫化氢和二氧化碳等酸性气体。开采出的天然气中所含有的水分会降低天然气管道的天然气输送能力和燃烧气体热值，而且在进行气体的运输或是加工过程中由于气体状态的变化而导致天然气中所含有的水分析出形成液态水、冰等，这些物质在管道中会造成管道的天然气压力的降低，严重时会导致管路堵塞影响生产的正常进行。而天然气中的二氧化碳、硫化氢等与天然气中析出的液态水想溶解形成酸性溶液，会对天然气管道以及设备等造成腐蚀。而当需要采用低温分离天然气液体时，需要做好天然气的脱水工作，避免低温使天然气中的水气凝结成冰堵塞管路。现今，对于天然气脱水的方法主要有物理降温脱水法、膨胀冷却法、固体吸附剂吸附法、加压冷却法、溶剂吸收法等。结合各种脱水方法的特性，我国主要采用的是溶剂吸收法中的三甘醇法和固体吸附法中的分子筛吸附法。

2 分子筛脱水

2.1 分子筛的化学组成

分子筛的主要工作原理是在分子筛中具有众多的孔径，只有当分子直径小于孔径时分子才能进入孔径中，将过大的分子阻隔在孔径之外，从而达到脱水的效果。依据分子筛中孔径化学组成晶体结构及SiO2与Al2O3的物质的量比不同，可将常用的分子筛分为A、X和Y型几种类型。而在天然气分公司深冷装置中应用最广泛的是4A分子筛，4A型分子筛基本组成是硅铝酸钠，A分子筛的孔径为0.4nm。

2.2 分子筛脱水工艺流程

原料气压缩单元经压缩、冷却、分离后的原料气，首先进入过滤分离器将天然气中的油和烃、水雾滴等去除，而后在对天然气中的水气进行去除。脱水采用两塔流程，两台吸附器内装填分子筛吸附剂，将原料气含水脱除至1ppm以下。一塔吸附，一塔再生和冷却，吸附周期为8h，脱水后的气体首先进入干气过滤器过滤掉5μm以上的粉尘，去膨胀机同轴增压机增压。

吸附器脱水、再生、冷却操作过程是通过DCS来进行时间控制，需要确保两塔分开工作，其中一个塔处于干燥吸附状态，一塔处于再生和冷却过程，两个塔交替循环使用满足连续干燥的目的。

脱水单元根据再生气的取气点不同，按两种工况设计，工况一为等压再生，再生气和冷却气取自增压机出口分离器，返回至原料气脱水单元入口。工况二为降压再生，再生气和冷却气取自外输干气调节阀前，返回到外输干气调节阀之后。（流程图见图1）

图1 分子筛脱水流程

2.3 分子筛脱水优缺点

分子筛脱水优点：（1）更适合深度脱水，露点可以降低到-70℃到-80℃；（2）由于分子筛的特性使得其能用于天然气中液态水的分离；（3）在进行天然气脱水时还能兼顾对于天然气中所含的酸性气体的分离。

分子筛脱水缺点：（1）成本较高；（2）能量综合利用率低；（3）占地面积大。

3 三甘醇脱水

3.1 三甘醇溶液的性质

三甘醇（TEG）又名为三乙二醇醚，是一种较为稳定且水溶性较好的一种物质，其再生温度是176.7-196.1℃，三甘醇的这种特性使其能够用于天然气的脱水。

3.2 三甘醇脱水工艺流程

在进行三甘醇脱水之前需要对天然气进行一定程度的粗分离，将天然气中的游离水和其他杂志等去除，分离完成后的天然气被导入到吸收塔的底部，使其能够与贫甘醇溶液充分接触，从而将天然气中的水气被溶液所吸收，干燥完成的天然气从从吸收塔顶部导出吸收塔，导出的天然气进入到气体/三甘醇换热器，以冷却自再生装置来的贫甘醇溶液，随后干气进入管道外输。经过冷却的甘醇溶液导入到吸收塔的顶部，而吸收了水分的富甘醇溶液则被导入到甘醇再生塔中。通过一系列的再生活动使其能够再次转化为三甘醇溶液，从而使其能够重复利用。再生好的甘醇经甘醇缓冲罐流出，与经贫富甘醇换热器和富甘醇预换热器冷却，经甘醇循环泵加压器。（流程图见图2）

图2 三甘醇脱水流程图

3.3 三甘醇脱水优缺点

三甘醇脱水优点：（1）占地面积小。（2）投资较少。

三甘醇脫水缺点：（1）整个脱水系统包含天然气的脱水和三甘醇溶液的再生过程，整个脱水工艺较为复杂，不易操作。（2）在进行天然气脱水完成后的三甘醇溶液再生过程中需要消耗掉的能量较多。（3）在整个脱水与三甘醇溶液的重生过程中会导致三甘醇溶液形成一定的损失，为了保障天然气的脱水效果需要进行补充和净化。（4）三甘醇与空气接触会发生氧化反应，生成有腐蚀性的有机酸，会对运行的设备造成一定的腐蚀。（5）三甘醇脱水工艺中由于酸性气体不易溶于三甘醇溶液中，因此该脱水工艺无法脱除天然气中的酸性气体。

4 结束语

选择脱水工艺时应该根据脱水的目的、要求、装置处理规模等进行经济技术上分析比较。分子筛吸附法脱水和三甘醇溶液脱水，前者其脱水深度高，操作灵活适应性好，但成本较高，后者在处理量大时，其建设投资和运行成本都较低。三甘醇脱水基本上达到了天然气水露点要求，分子筛脱水则适用于吸附周期短或需要同时脱水、脱C5+的轻烃回收。

参考文献

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