采用三甘醇(TEG)进行天然气脱水技术优化

陈雷军(山东莱克工程设计有限公司，山东 东营 257000)

0 引言

采用天然气脱水对天然气进行预处理是十分重要的工艺流程。地层采出的未处理的天然气可能含有饱和水、游离水和液态重烃(湿天然气)，未处理天然气的含液量超过一定的要求后，会引起下列三个问题：(1)湿天然气在特定的工况及环境下容易生成天然气水合物，导致管路、管件及设备流通性变差；(2)湿天然气中的饱和水、游离水与H2S、CO2在输送管道内同时存在时，将会发生反应，形成硫酸性、碳酸性液体，对输送管道管件及设备造成化学腐蚀，造成安全生产隐患；(3)湿天然气含液会造成不必要的动力消耗与能耗损失。

因而在生产输送过程中需要对湿天然气进行脱水处理[1]。天然气脱水的工艺处理方法按照原理可分为低温分离工艺法、溶剂吸收工艺法、固体吸附工艺法以及膜分离工艺法等[2]。其中溶剂吸收工艺法也包括乙二醇(EG)、二甘醇(DEG)、三甘醇(TEG)等溶剂吸收工艺。众多气田生产处理运行中，因为三甘醇(TEG)脱水工艺具有易再生、热稳定性好等一系列优点，在气田脱水处理工艺上受到广泛采用[3]。文章结合气田运行中产生的问题提出一些优化建议及措施。

1 三甘醇(TEG)脱水技术及其应用现状

三甘醇(TEG)脱水工艺原理主要是：利用甲烷(CH4)和水(H2O)在三甘醇(TEG)溶液中溶解度不相同的物理性质。由于TEG分子中含有两个-OH分子基，-OH分子基上的氧原子能与水分子的氢原子组合成氢键。其次，三甘醇和水都为极性分子形式，根据相似相溶的物理性质，水分子与甲烷相比较更容易溶于三甘醇(TEG)溶液中，因为甲烷分子呈正四面体结构，为非极性分子，故甲烷在三甘醇(TEG)中的溶解性很低，基于这一原理达到天然气脱水的效果。三甘醇(TEG)物理性质如表1所示。

表1 三甘醇(TEG)物理性质

目前，国内有延长鄂尔多斯气田、陕甘宁油气田、四川东北普光高含硫气田及川西元坝含硫气田等，基本上都采用三甘醇溶液(TEG)脱水工艺法进行天然气脱水处理，工艺流程如图1所示。

图1 三甘醇(TEG)脱水原理工艺流程图

2 三甘醇(TEG)脱水装置运行中常见问题

根据当前运行经验，三甘醇(TEG)溶剂吸收工艺法技术路线成熟，装置操作稳定、生产运行成本较低、脱水后的富三甘醇溶液容易再生等优势，已成为油气田行业普遍采用的天然气脱水工艺。但实际生产运行过程中，三甘醇(TEG)脱水装置也时常会出现一些问题，既影响到气田集输处理生产运行效率，又会加大气田安全环保风险隐患。因此，需要进一步了解掌握具体运行存在的问题，来寻找合适的解决措施。

2.1 三甘醇(TEG)再生循环管路堵塞

天然气在三甘醇(TEG)脱水装置运行中，三甘醇脱水吸收塔内的压力状态平稳正常，但当加大打开三甘醇贫液循环泵的调节阀开度时，三甘醇(TEG)贫液循环泵次较低 。其主要根本原因是施工过程中残留铁屑杂质和焊渣等残留物、析出的饱和状态无机盐等物会导致三甘醇(TEG)循环的管路中存在固体杂质堵塞状况。

比如在装置管道连接的施工安装焊接过程中，遗留的铁屑焊渣等物没有吹扫干净会导致贫富液换热器、循环泵管道和调节阀门流通不畅，或是生产运行中，温度压力变化导致无机盐成分析出情况，将堵塞循环运行管路和三甘醇脱水工艺设备。

2.2 三甘醇(TEG)损耗量加大

首先，三甘醇(TEG)脱水装置在生产运行中，三甘醇脱水吸收塔、三甘醇再生装置上精馏柱内可能有三甘醇溶剂发泡现象出现，从而导致三甘醇吸收塔塔顶产生雾沫夹带现象比较突出，从而加大三甘醇(TEG)循环量的损耗。具体诱导产生三甘醇(TEG)溶液发泡的原因是天然气中含重烃组分、无机盐和生产运行中添加的缓蚀抑制剂等其他成分，污染了三甘醇(TEG)溶液的纯度，解决其问题的办法就是做好三甘醇溶液的过滤分离，可以在再生系统中增设三道过滤器(前置过滤器+活性炭过滤器+后置过滤器)分别除去杂质及烃类组分，其中的细小液滴提前分离出去，保持三甘醇溶液的纯度。

其次，三甘醇吸收塔处于压力较低情况下运行，在此状态下，未脱水处理的天然气的进三甘醇吸收塔温度会较高(此条件下压力为5.1 MPa，当天然气温度超过30 ℃时，水露点温度迅速上升，温度升高到一定情况下增加了气体的流速。20～30 ℃的控制温度较为合理)，从而加大了三甘醇(TEG)的损耗。对此需适当调节三甘醇吸收塔的运行压力、天然气进三甘醇吸收塔温度，从而降低三甘醇的损耗。

最后，气提气量增加引发的三甘醇损耗量增加，虽然气提气的使用，可以使再生塔内贫三甘醇浓度的纯度更高，但是由于气提气的引入，使再生塔内平衡分压遭到破坏，再生塔内贫三甘醇内水分被气化挥发出来，但是也导致部分三甘醇(TEG)被带出了气化，因此也会加大三甘醇(TEG)损耗，对此需要合理地控制三甘醇再生装置中再生塔的气提气量，对三甘醇纯度有一定辅助作用，也会造成三甘醇量损耗。

2.3 再生塔底重沸器内三甘醇(TEG)加热温度上升慢

再生塔重沸器在加热运行过程中，温度上升速率较低。具体原因就是三甘醇(TEG)脱水装置中燃烧器输出热量较低，导致缓冲罐内三甘醇(TEG)再生温度不能满足要求，使得三甘醇(TEG)贫液和富液经过贫富液换热器换热后，温度变化区别不大，富液在进入再生装置精馏柱后其温度与设计温度相比较低，不能达到三甘醇再生塔工艺温度。再生塔塔底重沸器提高热负荷，短时间内因为负荷较大，难以快速达到要求温升。解决办法是提高燃烧器燃烧效率及强度，使其达到热平衡。但温度过高会使三甘醇(TEG)化学分解，理论上分解温度为207 ℃，再生温度过高也会增加能耗费用，所以三甘醇(TEG)再生温度控制在197～203 ℃比较合理。

3 三甘醇(TEG)脱水装置运行常见问题处理措施

3.1 优化设备操作参数

塔里木油田某处理厂三甘醇(TEG)脱水装置是通过降低三甘醇再生塔底重沸器再生温度以及控制气提气量，使得再生后的三甘醇(TEG)贫液的浓度、脱水后天然气的水露点都达到了设计要求，同时也节约了能耗。达到处理单位每百万方天然气脱水处理，单套装置节约310 Nm3燃料气与230 Nm3气提气量，实现了三甘醇(TEG)脱水整体装置系统的节能降耗目的。

川渝地区的某天然气脱水装置，应用HYSYS软件和神经网络及遗传算法相结合，搭建了三甘醇(TEG)脱水装置能耗节约的优化模型，优化了三甘醇脱水再生装置系统的操作参数，显著地降低了三甘醇脱水装置的能耗，使三甘醇脱水装置单位能耗比设计值降低10%左右[3]。

3.2 采用高效设备

通过对三甘醇再生塔底重沸器和吸收塔进行改进优化、引进高效的贫富液板式换热器，实现再生装置能耗的降低目的。某西部气田通过改进了天然气三甘醇脱水装置部分设备结构，使用了钎焊式高效三甘醇贫富液板式换热器，在天然气脱水再生装置节约能耗的效果较为明显。

3.3 引进先进工艺

在先进工艺引进方面，长庆气田某处理厂采用了三甘醇(TEG)脱水吸收塔撬与再生塔橇，大大缩短了多个设备现场安装的工期，实现了标准化设计，工厂化预制，模块化施工的先进施工模式；在川西气田某处理厂，混合采用三甘醇(TEG)脱水法、turbine膨胀机法和J-T阀法几种工艺相结合的方式组合生产运行，极大提高脱水效果，并且实现了深度脱水。

4 结语

三甘醇(TEG)脱水装置的工艺流程较为复杂、工艺设备多且占地面积大，同时也存在着能耗较大的问题。为了提升三甘醇(TEG)脱水装置的脱水效率、达到节能减排的目的，应在设备的操作参数等方面进行优化，并引进先进设备及五化理念。