teg脱水原理
超重力技术在TEG脱水中的应用研究
超重力技术在TEG脱水中的应用研究马国光1，李晓婷1，李楚2，张晨1，游东潘1（1.西南石油大学石油与天然气工程学院，四川成都 610500；2.大庆油田工程建设有限公司巴州建材分公司，新疆库尔勒 841000）摘要：文中通过建立传质模型研究了超重力技术在三甘醇脱水中的应用，探讨了超重力技术三甘醇脱水的原理及工艺流程。
得出在天燃气脱水工艺中使用超重力机，在一定范围内提高超重力机的转速、增加三甘醇的流量或减少天然气的流量有利于加强气液反应过程的传质，可以提高天然气脱水的效率。
关键词：天然气；传质模型；超重力技术；三甘醇脱水超重力技术是20世纪80年代发展起来的新一代分离技术。
超重力机传质强度高，可大幅度地增强传递效应、减少设备的体积，降低设备投资。
虽然超重力技术在国内外有一定的应用，包括了超重力脱硫化氢、脱二氧化碳、脱二氧化硫、脱硫除尘、吸收氮氧化物、吸收磷肥尾气中氨气和回收丙酮乙酸乙酯回合溶剂等技术，但是还未应用于三甘醇脱水工艺中[1~4]。
目前海上平台的天然气中含水上升造成了海上气田设备、管道的腐蚀加剧，传统的天然气脱水技术虽然有一定的效果，但存在设备尺寸庞大、占地面积大、总体重量大的缺陷。
对于面积紧张且限重的海上采油平台，不适合采用陆地上应用的天然气脱水技术。
1 超重力机的结构与原理超重力机用旋转的环状多孔填料床代替垂直静止的塔器，使气－液在旋转填料层中充分接触，在液相的高度分散、表面急速更新和相界面得到强烈的扰动的情况下进行传质、传热，使反应过程得到强化[4，5]。
和塔式设备相比，体积传质系数高很多，设备的体积和重量仅是塔式设备的百分之几，超重力机结构示意见图1。
图1 超重力机结构示意气相在压力梯度的作用下由气体进口管引入转轴外腔，从转轴外缘处进入填料，液体在泵的作用下由进口管经喷头淋洒在转轴内缘上；填料转子在电机的驱动下高速旋转形成远大于重力加速度的超重力环境，进入转轴的液体受到转轴内填料的作用，周向速度增加，所产生的离心力将其推向转轴外缘。
TEG脱水装置的设计
铸造工艺
对于大型结构件或复杂形状的零件，可以采用铸造工艺进行加工。铸造
工艺具有成本低、生产效率高等优点，但精度和表面质量相对较低。
02 03
机械加工工艺
对于精度要求高、形状复杂的零件，可以采用机械加工工艺进行加工。 机械加工工艺具有精度高、表面质量好等优点，但成本较高，生产效率 较低。
焊接工艺
对于大型结构件或需要拼接的零件，可以采用焊接工艺进行加工。焊接 工艺具有成本低、生产效率高等优点，但易产生焊接变形和应力集中。
连接部件
合理设计各部件的连接方 式，确保装置的气密性和 可靠性。
热能回收系统
热能收集
通过高效热能收集器，将 废气中的热能进行收集。
热能传递
利用导热性能良好的材料， 将收集的热能快速传递至 热交换器。
热能利用
将回收的热能用于加热进 入装置的空气或水，提高 能源利用效率。
冷凝系统
冷凝器
排水系统
设计高效冷凝器，将水蒸气冷凝成水。
材料选择
耐高温材料
由于TEG脱水装置需要在高温环境下工作，因此应选择具有良好 耐高温性能的材料，如不锈钢、钛合金等。
耐腐蚀材料
脱水装置在处理腐蚀性气体时，应选择具有良好耐腐蚀性能的材料， 如镍基合金、玻璃钢等。
高强度材料
为了确保装置的稳定性和安全性，应选择具有较高强度和刚度的材 料。
加工工艺
01
变化。
塞贝克效应
当两种不同导体组成闭合回路时， 如果两导体的两个接点温度不同， 就会在回路中产生电动势，这种
现象称为塞贝克效应。
皮尔兹效应
在一定条件下，半导体材料中产 生的热电势与温度梯度成正比，
这种现象称为皮尔兹效应。
脱水原理介绍
三甘醇脱水系统
-29～120
8250～11650
40
中海油深圳分公司
CNOOC LIMITED-SHENZHEN
(3) 仪表与其它特征 ① 压力及压差监测
入口过滤分离器过滤部分的正常操作压差通过压差变送器PDIT-2101/2103现场显示，异常压差（H： 50KPaG）由其触动中控盘上的报警装置进行报警；异常压力（H：12200KPaG、L：9600KPaG）由变送器 PIT-2124/2108，触动中控盘的报警装置进行报警。此外，在出口管线上安装有PIT-2125/2109，当压力达到 其设定值（LL：9300KPaG）时，触动中控盘上的报警装置进行报警，并发出关断信号，关断SDV-2102、 2101、2103、2105、2106、P-2110A1A2/SDV-2107、2112、2108、2109、2111。另外过滤分离器还装有 压力安全阀PSV-2104A、B/PSV-2105A、B进行压力保护，当压力达到其设定值（13000KPaG）时，进行压 力释放保护。
2.三甘醇吸收塔（DPP-TW-2110A/B）
（1SHENZHEN
三甘醇吸收塔用来吸收湿气中的水分，湿气入口采用的高效入口装置，可使湿气在塔中均匀分布，湿气与 贫甘醇在塔中逆流，有利于三甘醇吸收湿气中的水分。从吸收塔脱水后的干气经过捕雾器，除去其中夹杂的小 液滴，然后进入干气/贫甘醇换热器。
13000/FV（壳程） -29～120(壳程) 11580（壳程） 78.72 -51.67（壳式）
（3）仪表及其它特征 ①温度控制及监测 换热器的进、出口温度分别由管程、壳程进、出口管线上的温度表TI-2107/2112、TI-2117/2114、 TI-2109/2113 及TI-2105/2111现场显示。当温度出现异常时，通过温度变送器TIT-2108/2115、 TIT-2110/2116，触动中控盘的报警装置进行报警。
3-3 天然气脱水应用实例
生产操作中，尤其是海上气田，普遍通过三甘醇相接触脱水， 因此我们将讨论液体吸收法。
一、含水量的确定
设计天然气脱水系统的第一步，就是要确定含水量，天然气 中的含水量与天然气的压力、温度、组分及酸性气体(H2S、 CO2)等因素有关。
天然气中的饱和水汽含量随温度的升高而增加，随压力的增 加而减小，酸性气体以及重质烃类的含量也会导致含水量的增 加，而一定量的氮气则会使含水量降低。
烃类液体的挥发，不仅减轻了再沸器的负荷，而且H2S及CO2 的 挥发，避免它们升温后在再沸器内引起一些酸腐蚀。 富三甘醇流出闪蒸罐后，经过过滤器，清除固体颗粒物质（直 径大于5微米），部分三甘醇流经活性炭过滤器，用来脱除三甘 醇所携带的少量的烃类液体。对于循环率大于10gal/m的装置， 一般要求10%-50%三甘醇流过活性炭过滤器。过滤有助于将累积 的泡沫及淤渣减至最小的程度。
测定天然气中含水量的方法有：重量法、露点法、图算法等。 前两种在生产现场较常用，而图算法主要用于设计脱水系统来 估算天然气的含水量。
二、三甘醇（TEG）脱水工艺
1 脱水剂 用溶剂来吸收天然气中水分的方法是建立在不同气体在液 体中溶解度不同的基础上的，所以对气体的吸收剂有一定的要 求。 在天然气脱水工艺中，最常用的液体吸收剂是乙二醇的聚 合衍生物，如：乙二醇（MEG）、二甘醇（DEG）、三甘醇（ TEG）和四甘醇(T4EG）。 这类衍生物通常称为甘醇类，它们的化学通式为HO•CH2 （CH2 • O • CH2 ）n • CH2 • OH。甘醇类化合物对天然气有较高的脱水 深度和较低的溶解度，对化学反应和热作用稳定、蒸汽压低、 黏度小、发泡和乳化倾向小、对设备无腐蚀、容易再生、价格 比较便宜，并且容易获得。因此是十分理想的脱水剂。
三甘醇_TEG_脱水系统的选材设计概要
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。
TEG脱水的设计讲解
天然气的含水量及其露点
图3-1 天然气中的水含量及其露点
露点降及要求的脱水量
• 假定脱水装置操作压力为2.76MPa(表) • 进料气200C;含水7.34kg/104m3 • 脱水气-8.890C;含水1.09kg/104m3
露点降 = 20-(-8.89)=28.890C
脱水量 = 7.34 – 1.09 =6.25kg/104m3
5 与吸收塔组合（小型装置）
分离器截面积与允许流量的关系
•原料气相对密度 0.6 •操作压力 2.76MPa(表) •操作温度 21.110C •查表D.2
最大流量=0.89x106m3/d•m2
原料气分离器截面积的确定
• 截面积 Ac=Gs(实际流量)/Ga(允许) • 在0.6; 2.76MPa(表);21.110C下
实际流量为1x106m3/d
• Ac = 1/0.89 = 1.12m2 • 查表D.3
允许流量为0.89xm3/(d•m2)
分离器外径大致为1067mm(4.97MPa)
分离器设计的优化
•分离器可以与吸收塔组合一体 •组合工分离器直径一般与吸收塔相同 •(此时)最小直径应按吸收塔允许流速定 •以捕雾器除去直径大于10μm的液滴 •推荐使用过滤式分离器(除掉润滑油) •必要时储液部位设置回执盘管 •必要时在分离器前设置水冷器
C值的选择
设备与介质 板间距
46cm
61cm
75cm
油吸收塔
700
800
850
甘醇吸收塔
500
550
醇胺吸收塔
350
395
精馏塔
440
540
600
露点降与吸收塔实际板数(表D.5)
三甘醇脱水
⑵．汽提液体 • 将甘醇浓度提高到98.5％以上的另一种方法是采用汽提液体，如图S-38所示。分离器出口汽提液体经泵打入重沸器中的预热线，在此汽化并被加 热到重沸器的温度。蒸气进入二级汽提塔的塔底，并沿塔向上流动，与来 自重沸器的向下流动的甘醇接触，将甘醇中剩余的大部分水脱除。 • 汽提塔顶出口物流为水蒸汽与汽提液体的蒸气的混合物。该物流经冷凝 器冷却，水和汽提液体被冷凝下来，进入分离器，两种液体被分离开来。 水作为较重液体。落至分离器底部并由液位控制系统抽出，送至处理系统， 较轻的汽提液体浮在水层之上，进入汽提液体系。
1、接触塔 • 在接触塔中脱除气体中的水蒸气。接触塔为压力容器，严格按照规范制造，通 常设有4～12块塔盘，在塔盘上向上流动的气体鼓泡通过向下流动的甘醇。塔盘上 设有泡罩或浮阀，使气体在溶液中分散。塔径小于或等于45厘米的接触塔，可采用 填料代替塔盘。 • 塔盘数将影响甘醇从气体中脱出水蒸气的量。塔盘数越多，脱出的水蒸气量就 越大。 • 通常在接触塔顶部塔盘的上方安装捕雾网，以脱除出口气相物流中夹带的甘醇 。 • 在接触塔底部设置液位控制系统，以调节塔富液流量。 • 接触塔通常称为吸收塔，无论叫什么，其功能是一样的，即用甘醇吸收的方法 脱出气体中的水蒸气。
•使用活性炭过滤器脱出甘醇中的烃类液体和缓蚀剂等化学品。这些物质为发泡 物质。此类过滤器并不用来除掉固体颗粒。活性炭过滤器通常配备差压计，经 常用来判断是否需更换活性炭。压降增加表明过滤器正在过滤固体颗粒物，这 并不是活性炭过滤器的功能，滤芯式过滤器是用来除去固体颗粒物的。 •活性炭用来过滤液体杂质，诸如烃类或化学品，当活性炭被这些液体杂质饱和 时，应进行更换，而当出现此情况时压降并不发生变化。
•贫甘醇进入接触塔顶部塔盘，横穿塔盘流过并下落至下层塔盘。液体依次横穿塔 盘并向下流动，直到到达塔底，在此，由液位调节器控制自塔底抽出，然后进入闪 蒸罐以除去其中可能含有的气体或烃类液体。 •闪蒸罐操作压力通常略高于燃料系统压力，使气体可用作生产设施的燃料，闪蒸 罐通常有两个液位控制系统：一个用来抽出烃类液体，另一个用来控制甘醇流出闪 蒸罐的流率。烃类排放或进其它处理设施。 •闪蒸罐出口甘醇进入汽提塔顶部的回流盘管，再进入过滤器，除去物流中的杂质， 然后进入贫-富甘醇溶液换热器，在此，富液由出汽提塔重沸器热贫液加热后，进 入汽提塔，将在接触塔中吸收的水蒸汽汽提出来，从塔顶流出。甘醇在汽提塔内向 下流动，然后进入重沸器，重沸器通常采用燃气加热炉。 •重沸器出口贫甘醇流经贫-富液换热器，在此，热贫液被富液部分冷却后，进入缓 冲罐。出缓冲罐的溶液，经泵将压力提高到略高于接触塔压力。贫液经过流量指示 仪，流经甘醇—气体换热器，在此被出口气体冷却，最后进入接触塔顶部。
含硫天然气的TEG法脱水
含硫天然气的TEG法脱水在含硫气田的开发过程中，为防止集输过程中管线发生腐蚀，应把含硫天然气先脱水后再集输。
含硫天然气的TEG法脱水原则上是和一般气体同样操作，但也有其特殊的矛盾，现简要介绍如下。
1.富TEG溶液的汽提当含硫天然气与TEG溶液接触，H2S会溶解到TEG溶液中，其溶解量随分压增加而增加，随温度升高而减少（参阅图4-26）H2S溶解于TEG溶液后，不仅导致溶液PH植下降，而且也会与TEG反应而导致溶液变质。
鉴此，处理含硫天然气的装置，其流程与图4-15所示不同，应在富TEG溶液进再生塔前的位置上增设一个富液汽提塔[14]，以不含硫的天然气或其它惰性气汽提（参阅图4-27）。
2.装置的防腐TEG脱水装置本身就存在腐蚀问题，处理含硫天然气的装置则腐蚀更为严重，必须充分重视。
纯净的TEG溶液本身对碳钢基本上不腐蚀，一般认为腐蚀的加速是由于存在其他化合物，他们主要来自TEG的热降解、氧化降解以及与H2S反应而产生的化学降解。
甘醇类化合物氧化而生成的有机酸以及从气流中吸收H2S和CO2是装置腐蚀的重要化学因素。
TEG脱水装置的防腐问题文献中已有较详细的介绍[11]，其要点可大致归纳如下：（1）腐蚀严重的设备或部位采用耐腐蚀材料，如在吸收塔内采用不锈钢衬里、不锈钢板等等。
（2）采取工艺性的防腐措施，如加强分离和过滤措施，保持溶液清洁；用惰气保护溶剂储罐等设备，防止氧气进入系统；改进工艺设计，降低操作温度和流体流速等等。
（3）使用中和剂或缓蚀剂。
TEG装置的腐蚀与溶液的PH值密切有关，PH值降低则腐蚀加剧，因而可以在TEG溶液中注入中和剂或缓蚀剂，保持溶液PH值在7.3-8.5的范围内。
PH值也不宜过高，否则会增加溶液的发泡倾向。
常用的中和剂和缓蚀剂有硼砂、一乙醇胺、三乙醇胺、磷酸钾、β-巯基苯并噻唑钠盐时、苛性钠、碳酸钠。
使用β-巯基苯并噻唑钠盐时，可将它配成45%的水溶液，直接加到甘醇储罐中，控制其在TEG溶液中的浓度为1%。
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teg脱水原理
TEG脱水原理
1. 引言
TEG（三乙二醇）是一种常用的脱水剂，广泛应用于天然气脱水工艺中。
本文将介绍TEG脱水原理及其工作过程。
2. TEG脱水原理
TEG脱水原理基于TEG对水的亲和力较强，通过物理吸附和化学反应的方式，将天然气中的水分去除。
TEG脱水工艺通常包括吸收、脱附和再生三个主要步骤。
2.1 吸收
在吸收步骤中，湿气与TEG接触并发生物理吸附和化学反应。
TEG 通过与湿气中的水分子发生氢键作用，将水分子从气相吸附到液相中。
同时，TEG还可以与天然气中的酸性气体发生化学反应，使其被吸收。
2.2 脱附
脱附是指将吸附在TEG中的水分子从TEG中分离出来。
在脱附过程中，将饱和的TEG与低压蒸汽接触，通过温度升高和压力降低的方式，使TEG中的水分子从液相转移到气相中。
脱附后的TEG可以再次用于吸收步骤，实现循环利用。
2.3 再生
再生是指将脱附后的TEG中的水分子去除，使其恢复到饱和状态，以便再次进行吸收。
在再生过程中，将脱附后的TEG与高温蒸汽接触，通过加热和减压的方式，使TEG中的水分子从气相转移到液相中。
再生后的TEG可以回到吸收器进行下一轮的吸收。
3. TEG脱水工艺流程
TEG脱水工艺通常包括吸收塔、冷凝器、分离器、再生器和降温器等设备组成。
3.1 吸收塔
吸收塔是进行TEG与湿气接触的主要设备。
湿气从底部进入吸收塔，TEG从顶部喷淋下来，在塔内与湿气接触。
在接触过程中，湿气中的水分子被吸附到TEG中，同时酸性气体也被吸收。
3.2 冷凝器
冷凝器用于冷却饱和的TEG，并使其中的水分子凝结为液体。
冷凝器通常采用冷却水或冷凝剂进行冷却，将TEG中的热量带走。
3.3 分离器
分离器用于将冷凝后的水分子与TEG分离。
由于TEG和水的密度差异较大，因此可以通过重力分离的方式，将TEG和水分开。
3.4 再生器
再生器是将脱附后的TEG中的水分子去除的设备。
脱附后的TEG经过加热和减压，使其中的水分子从气相转移到液相中，实现再生。
3.5 降温器
降温器用于将再生后的TEG冷却至适宜的温度，以便再次进入吸收塔进行吸收。
4. 结论
TEG脱水原理基于TEG对水的亲和力，通过物理吸附和化学反应的方式，将天然气中的水分去除。
TEG脱水工艺包括吸收、脱附和再生三个主要步骤，通过吸收塔、冷凝器、分离器、再生器和降温器等设备的配合，实现了TEG的循环利用。
TEG脱水工艺在天然气工业中具有广泛的应用前景。