CN111454758B - 一种高效紧凑型天然气甘醇脱水系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于海上平台的高效紧凑型管式天然气甘醇脱水系统及方法，包括过滤分离器底流阀、过滤分离器、管式气液接触吸收器、三甘醇冷凝器、甘醇泵、天然气/贫甘醇换热器、除雾器、除雾器底流阀、贫甘醇储罐、贫/富甘醇换热器、管式气液接触解吸器、冷凝器、三相分离器、汽提剂泵、聚结器、聚结器排水阀、汽提剂干燥器、汽提剂加热器、再沸器、甘醇过滤器、闪蒸罐。天然气三甘醇接触吸收脱水部分采用管式气液接触吸收器，三甘醇再生部分采用管式富甘醇解吸器，能降低设备高度、体积和重量；使用该三甘醇贫液作为吸收剂，可使吸收系统中经吸水处理的天然气出口水露点降低至‑60℃以下；减少三甘醇循环量和损失，大大节省操作运行成本，有效减小海上平台的空间占用，能够满足海上平台等空间受限场合长输和液化用天然气的处理要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种天然气处理加工技术，尤其涉及一种高效紧凑型天然气甘醇脱水系统及方法。
背景技术
随着当今社会对能源需求的不断增长以及人们环保意识的逐渐增强，天然气作为清洁能源，其开发利用将会得到越来越多的重视。但是，随着陆上油气资源的逐渐枯竭，海上油气田开发将逐渐成为战略接替热点。虽然海上气田产出的天然气一般都会通过管道输送到陆上终端进行净化处理，但为防止生成水合物堵塞管线以及水与酸性气体结合而对管线产生腐蚀破坏，在外输之前往往需要在海上平台上进行天然气脱水处理。
目前天然气脱水的方法主要有超音速分离法、冷冻分离法、吸附法和吸收法。考虑操作经济性，国内外海上气田目前普遍采用三甘醇吸收法，但该法存在流程复杂、三甘醇吸收塔体积重量大、三甘醇再生系统能耗高等缺点。具体而言，三甘醇吸收塔目前普遍采用泡罩吸收塔、填料吸收塔和旋流管式吸收塔等，主要依靠重力实现气液逆流传质，为防止产生液泛和雾沫夹带，空塔气速通常不大于1.5～2m/s，气液体积传质系数小，故塔类吸收设备存在传质效率低，重量和占地面积大等缺点，占据了海上平台的大量宝贵甲板面积和尺寸空间。随着海洋油气开发逐渐向着深水以及超深水海域迈进，不得不大量采用浮式平台，但浮式平台对上部荷重的要求严苛，因此迫切需要研制开发高效紧凑型天然气甘醇脱水系统及方法。
有研究人员提出采用气液在管内并流的方式来强化吸收传质过程，待净化处理的气体在管道内高速流动，将液体吸收剂注入到管内高速气流中，高速气流将注入的液体吸收剂撕裂破碎成微小的液丝和液滴，雾化后的吸收剂与高速气流在管内空间同向流动过程中充分的混合吸收传质。吸收剂雾化后，气液接触面积显著增大，气液两相并流过程中产生剧烈的湍动及快速更新的相际界面，有利于总体积传质系数的增加，从而大大强化气液两相的传质过程。ExxonMobil Upstream Research公司在美国专利US 8899557中提出采用管式气液并流接触器代替传统的吸收塔，改进现有天然气脱水、脱酸净化工艺装置，可以减少接触吸收设备的重量和体积，适用于普遍处于偏远区域的页岩气田的开采净化工艺，同时管式气液并流接触器对重力和晃动不敏感，也非常适合在海上平台应用。美国专利US20170145803中提供了一种紧凑水下脱水系统及方法，采用一种管式气液并流接触吸收器代替传统的吸收塔，管式气液并流接触吸收器内的雾化部件将液体吸收剂在管内高速气流中雾化成微米级的液滴，强化气液之间的混合吸收传质过程，管式气液并流接触器的处理量大，重量轻，管径小，可以承受海底高压，便于海底安装布置。上述专利提到的工艺和装置，均是考虑将高大笨重的传统吸收塔采用紧凑高效的管式气液并流接触吸收器代替，然而在甘醇再生系统中仍然采用传统精馏柱对甘醇再生。精馏柱是细高的塔类传质设备，安装依然对高度有要求，且运行处理过程容易受平台晃动的影响，传统再生系统在海上平台应用显然还不够紧凑，精馏柱对高度空间的要求限制其在平台甲板安装。
北京化工大学在发明专利CN 107641536和发明专利CN 104194854中提到，采用超重力机代替传统吸收塔和再生精馏柱，利用高速旋转的转子产生离心力将液体破碎成微小的液膜、液滴，相界面更细速度加快，强化了气液传质过程，提高了三甘醇-天然气脱水体系的传质效率，缩小了脱水设备的尺寸。但是超重力机运行时内部转子高速旋转，作为动设备日常维护费用较高，且系统可靠性较差，尤其是在大处理量条件下设备对支撑的安装要求较高，这些缺点限制了其在现场的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效紧凑型天然气甘醇脱水系统及方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的高效紧凑型天然气甘醇脱水系统，包括通过管路连接的过滤分离器底流阀1、过滤分离器2、管式气液接触吸收器3、三甘醇冷凝器4、甘醇泵5、天然气/贫甘醇换热器6、除雾器7、除雾器底流阀8、贫甘醇储罐9、贫/富甘醇换热器10、管式气液接触解吸器11、冷凝器12、三相分离器13、汽提剂泵14、第一截止阀15、汽提剂注入截止阀16、聚结器17、聚结器排水阀18、第一汽提剂干燥器19、第二汽提剂干燥器20、汽提剂加热器21、再沸器22、甘醇过滤器23、闪蒸罐24、第二截止阀25；
所述过滤分离器2的底部出口与过滤分离器底流阀1连接，所述过滤分离器底流阀1出口与下游排污处理系统连接，所述过滤分离器2的顶部出口与管式气液接触吸收器3气相入口连接；
所述管式气液接触吸收器3的气相出口与天然气/贫甘醇换热器6的天然气入口连接，所述天然气/贫甘醇换热器6的天然气出口与除雾器7入口连接，所述除雾器7上部气相出口与下游天然气处理工段连接，所述除雾器7下部液相出口与除雾器底流阀8入口连接，所述除雾器底流阀8出口与闪蒸罐24连接；
所述管式气液接触吸收器3的下部液相出口与第二截止阀25连接，所述第二截止阀25与闪蒸罐24连接，所述闪蒸罐24上部气相出口连接尾气处理系统，所述闪蒸罐24底部液相出口与甘醇过滤器23入口连接，所述甘醇过滤器23出口与贫/富甘醇换热器10的富甘醇入口连接，所述贫/富甘醇换热器10的富甘醇出口与管式气液接触解吸器11的液相入口连接，所述管式气液接触解吸器11的液相出口与再沸器22上部的入口连接；
所述管式气液接触解吸器11的气相出口与冷凝器12进口连接，所述冷凝器12出口与三相分离器13入口连接，所述三相分离器13的不凝气出口通往尾气处理，所述三相分离器13下端设排水口；
所述三相分离器13的汽提剂出口与汽提剂泵14入口连接，所述汽提剂泵14出口与汽提剂聚结器17进口连接，所述汽提剂聚结器17出口与第一汽提剂干燥器19进口连接，所述汽提剂聚结器17上部设汽提剂加入口并与汽提剂注入截止阀16连接，汽提剂通过汽提剂注入截止阀16的入口加入，所述汽提剂聚结器17下部设排水口与聚结器排水阀18连接；
所述第一汽提剂干燥器19、第二汽提剂干燥器20、汽提剂加热器21依次连接，所述汽提剂加热器21出口与再沸器22下部的汽提剂入口连接，实现汽提剂的循环；
所述再沸器22的气相出口与管式气液接触解吸器11的气相进口连接，所述再沸器22液相出口与贫/富甘醇换热器6的贫甘醇进口连接，所述贫/富甘醇换热器6的贫甘醇出口于贫甘醇储罐9入口连接，所述贫甘醇储罐9的底部出口与天然气/贫甘醇换热器6的贫甘醇进口连接，所述天然气/贫甘醇换热器9的贫甘醇出口与甘醇泵5入口连接，所述甘醇泵5出口与三甘醇冷凝器4进口连接，所述三甘醇冷凝器4出口与管式气液接触吸收器3的液相入口连接，实现三甘醇的循环。
所述管式气液接触吸收器雾化部件为管式雾化器或丝网填料，气液分离部件为除雾型管式气液分离器。所述管式气液接触解吸器雾化混合部件为管式雾化器或丝网填料，气液分离部件为管式气液分离器。
上述的高效紧凑型天然气甘醇脱水系统实现天然气甘醇脱水的方法，包括如下步骤：
(1)压力为2-20MPa的天然气进入过滤分离器，除去游离的液态水和固体杂质，之后由过滤分离器出口排出；
(2)步骤(1)中排出的天然气进入管式气液接触吸收器，在管式气液接触吸收器内与微米级的雾化三甘醇液滴并流接触，原料天然气的水分被吸收后排出管式气液接触吸收器，经过天然气/贫甘醇换热器冷却后进入除雾器，进一步脱除天然气夹带的微小三甘醇液滴，除雾净化后的干天然气经除雾器气相出口排出，进入下游工段；
(3)步骤(2)中的吸收水分的富三甘醇排出管式气液接触吸收器，与三甘醇贫液换热后进入闪蒸罐，富三甘醇经闪蒸罐闪蒸后经过滤器过滤后进入贫/富甘醇换热器与贫三甘醇换热；
(4)步骤(3)中富三甘醇经贫/富甘醇换热器换热后进入管式气液接触解吸器，富三甘醇在管式气液接触解吸器雾化成微米级液滴并与再沸器气化的汽提剂逆流接触，富三甘醇中的水向气相迁移；汽提剂一方面与三甘醇中的水形成一种共沸物，使得水以共沸物的形式向气相转移，另一方面，气化的汽提剂能够将三甘醇雾化成微米级液滴增大气液传质面积，三甘醇液滴与气化的汽提剂同向湍动传质，促进水向气相的迁移；解吸后的三甘醇从管式气液接触解吸器液相出口排出进入再沸器，汽提剂从管式气液接触解吸器的气相出口排出；
(5)步骤(4)中从管式气液接触解吸器气相出口排出的汽提剂进入汽提剂冷凝器，冷凝成液态后排出汽提剂冷凝器；
(6)步骤(5)中从汽提剂冷凝器排出的汽提剂进入三相分离器，水和汽提剂分离，不凝气通往尾气处理工段，三甘醇和水排出系统，汽提剂进入汽提剂聚结器聚结；
(7)步骤(6)中汽提剂经聚结器聚结后分离出汽提剂中乳化的水分，聚结脱除的水分经底部出口排出系统，通过聚结器顶部的入口补充在汽提剂回收过程中损失的汽提剂，脱除乳化水分的汽提剂进入第一汽提剂干燥器；
(8)步骤(7)中进入第一汽提剂干燥器的汽提剂依次进入第二汽提剂干燥器，经过干燥进一步去除汽提剂中的微量水分，之后汽提剂进入再沸器中，汽提剂在再沸器中与步骤(4)中管式气液接触解吸器液相出口排出的三甘醇中的水形成共沸物并气化，实现汽提剂的循环使用；三甘醇经进一步再生后从再沸器液相出口排出；
(9)步骤(8)中从再沸器液相出口排出的贫三甘醇进入贫甘醇储罐，在储罐内形成稳定液位；
(10)步骤(9)中贫甘醇储罐内的三甘醇贫液经天然气/贫甘醇换热器换热冷却后由甘醇泵输送到三甘醇冷凝器，经过三甘醇冷凝器冷凝后再次进入管式气液接触吸收器，实现三甘醇的循环。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的高效紧凑型天然气甘醇脱水系统及方法，采用管式气液接触吸收器代替传统的甘醇再生系统的精馏柱，进一步增强天然气甘醇脱水系统的紧凑性，提高脱水装置安装布置的灵活性。整个装置重量轻、占地面积小、甘醇循环量低，安装布置灵活，且脱水后的天然气水露点满足海上平台生产和长距离集输指标要求。克服了现有采用传统塔式传质装置的天然气三甘醇脱水工艺技术在海上平台应用的难题。
附图说明
图1为本发明高效紧凑型天然气甘醇脱水工艺图；
图2为本发明采用管式雾化器结构的管式气液接触传质器结构示意图；
图3为本发明采用丝网填料结构的管式气液接触传质器结构示意图；
图中：
1-过滤分离器底流阀，2-过滤分离器，3-管式气液接触吸收器，4-三甘醇冷凝器，5-甘醇泵，6-天然气/贫甘醇换热器，7-除雾器，8-除雾器底流阀，9-贫甘醇储罐，10-贫/富甘醇换热器，11-管式气液接触解吸器，12-冷凝器，13-三相分离器，14-汽提剂泵，15-第一截止阀，16-汽提剂注入截止阀，17-聚结器，18-聚结器排水阀，19-第一汽提剂干燥器，20-第二汽提剂干燥器，21-汽提剂加热器，22-再沸器，23-甘醇过滤器，24-闪蒸罐，25-第二截止阀。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
本发明的高效紧凑型天然气甘醇脱水系统，其较佳的具体实施方式如图1至图3所示：
包括通过管路连接的过滤分离器底流阀1、过滤分离器2、管式气液接触吸收器3、三甘醇冷凝器4、甘醇泵5、天然气/贫甘醇换热器6、除雾器7、除雾器底流阀8、贫甘醇储罐9、贫/富甘醇换热器10、管式气液接触解吸器11、冷凝器12、三相分离器13、汽提剂泵14、第一截止阀15、汽提剂注入截止阀16、聚结器17、聚结器排水阀18、第一汽提剂干燥器19、第二汽提剂干燥器20、汽提剂加热器21、再沸器22、甘醇过滤器23、闪蒸罐24、第二截止阀25；
所述过滤分离器2的底部出口与过滤分离器底流阀1连接，所述过滤分离器底流阀1出口与下游排污处理系统连接，所述过滤分离器2的顶部出口与管式气液接触吸收器3气相入口连接；
所述管式气液接触吸收器3的气相出口与天然气/贫甘醇换热器6的天然气入口连接，所述天然气/贫甘醇换热器6的天然气出口与除雾器7入口连接，所述除雾器7上部气相出口与下游天然气处理工段连接，所述除雾器7下部液相出口与除雾器底流阀8入口连接，所述除雾器底流阀8出口与闪蒸罐24连接；
所述管式气液接触吸收器3的下部液相出口与第二截止阀25连接，所述第二截止阀25与闪蒸罐24连接，所述闪蒸罐24上部气相出口连接尾气处理系统，所述闪蒸罐24底部液相出口与甘醇过滤器23入口连接，所述甘醇过滤器23出口与贫/富甘醇换热器10的富甘醇入口连接，所述贫/富甘醇换热器10的富甘醇出口与管式气液接触解吸器11的液相入口连接，所述管式气液接触解吸器11的液相出口与再沸器22上部的入口连接；
所述管式气液接触解吸器11的气相出口与冷凝器12进口连接，所述冷凝器12出口与三相分离器13入口连接，所述三相分离器13的不凝气出口通往尾气处理，所述三相分离器13下端设排水口；
所述三相分离器13的汽提剂出口与汽提剂泵14入口连接，所述汽提剂泵14出口与汽提剂聚结器17进口连接，所述汽提剂聚结器17出口与第一汽提剂干燥器19进口连接，所述汽提剂聚结器17上部设汽提剂加入口并与汽提剂注入截止阀16连接，汽提剂通过汽提剂注入截止阀16的入口加入，所述汽提剂聚结器17下部设排水口与聚结器排水阀18连接；
所述第一汽提剂干燥器19、第二汽提剂干燥器20、汽提剂加热器21依次连接，所述汽提剂加热器21出口与再沸器22下部的汽提剂入口连接，实现汽提剂的循环；
所述再沸器22的气相出口与管式气液接触解吸器11的气相进口连接，所述再沸器22液相出口与贫/富甘醇换热器6的贫甘醇进口连接，所述贫/富甘醇换热器6的贫甘醇出口于贫甘醇储罐9入口连接，所述贫甘醇储罐9的底部出口与天然气/贫甘醇换热器6的贫甘醇进口连接，所述天然气/贫甘醇换热器9的贫甘醇出口与甘醇泵5入口连接，所述甘醇泵5出口与三甘醇冷凝器4进口连接，所述三甘醇冷凝器4出口与管式气液接触吸收器3的液相入口连接，实现三甘醇的循环。
所述管式气液接触吸收器雾化部件为管式雾化器或丝网填料，气液分离部件为除雾型管式气液分离器。所述管式气液接触解吸器雾化混合部件为管式雾化器或丝网填料，气液分离部件为管式气液分离器。
上述的高效紧凑型天然气甘醇脱水系统实现天然气甘醇脱水的方法，包括如下步骤：
(1)压力为2-20MPa的天然气进入过滤分离器，除去游离的液态水和固体杂质，之后由过滤分离器出口排出；
(2)步骤(1)中排出的天然气进入管式气液接触吸收器，在管式气液接触吸收器内与微米级的雾化三甘醇液滴并流接触，原料天然气的水分被吸收后排出管式气液接触吸收器，经过天然气/贫甘醇换热器冷却后进入除雾器，进一步脱除天然气夹带的微小三甘醇液滴，除雾净化后的干天然气经除雾器气相出口排出，进入下游工段；
(3)步骤(2)中的吸收水分的富三甘醇排出管式气液接触吸收器，与三甘醇贫液换热后进入闪蒸罐，富三甘醇经闪蒸罐闪蒸后经过滤器过滤后进入贫/富甘醇换热器与贫三甘醇换热；
(4)步骤(3)中富三甘醇经贫/富甘醇换热器换热后进入管式气液接触解吸器，富三甘醇在管式气液接触解吸器雾化成微米级液滴并与再沸器气化的汽提剂逆流接触，富三甘醇中的水向气相迁移；汽提剂一方面与三甘醇中的水形成一种共沸物，使得水以共沸物的形式向气相转移，另一方面，气化的汽提剂能够将三甘醇雾化成微米级液滴增大气液传质面积，三甘醇液滴与气化的汽提剂同向湍动传质，促进水向气相的迁移；解吸后的三甘醇从管式气液接触解吸器液相出口排出进入再沸器，汽提剂从管式气液接触解吸器的气相出口排出；
(5)步骤(4)中从管式气液接触解吸器气相出口排出的汽提剂进入汽提剂冷凝器，冷凝成液态后排出汽提剂冷凝器；
(6)步骤(5)中从汽提剂冷凝器排出的汽提剂进入三相分离器，水和汽提剂分离，不凝气通往尾气处理工段，三甘醇和水排出系统，汽提剂进入汽提剂聚结器聚结；
(7)步骤(6)中汽提剂经聚结器聚结后分离出汽提剂中乳化的水分，聚结脱除的水分经底部出口排出系统，通过聚结器顶部的入口补充在汽提剂回收过程中损失的汽提剂，脱除乳化水分的汽提剂进入第一汽提剂干燥器；
(8)步骤(7)中进入第一汽提剂干燥器的汽提剂依次进入第二汽提剂干燥器，经过干燥进一步去除汽提剂中的微量水分，之后汽提剂进入再沸器中，汽提剂在再沸器中与步骤(4)中管式气液接触解吸器液相出口排出的三甘醇中的水形成共沸物并气化，实现汽提剂的循环使用；三甘醇经进一步再生后从再沸器液相出口排出；
(9)步骤(8)中从再沸器液相出口排出的贫三甘醇进入贫甘醇储罐，在储罐内形成稳定液位；
(10)步骤(9)中贫甘醇储罐内的三甘醇贫液经天然气/贫甘醇换热器换热冷却后由甘醇泵输送到三甘醇冷凝器，经过三甘醇冷凝器冷凝后再次进入管式气液接触吸收器，实现三甘醇的循环。
步骤(2)中三甘醇贫液与天然气的体积比为1:500-1:10000。
步骤(4)中三甘醇富液与气态汽提剂的体积比为1:50-1:1000。
步骤(2)中管式气液接触吸收器内天然气流速为6～30m/s，雾化贫三甘醇液滴的D32粒径为5～200μm，步骤(4)中管式气液接触解吸器内气相流速为6～30m/s，雾化富三甘醇液滴的D32粒径为5～200μm。
步骤(4)中所述汽提剂为异辛烷、正庚烷、甲苯、乙苯等能与水形成低沸点共沸物的物质中的一种或多种。
步骤(8)和步骤(9)中，再沸器内加热温度为195℃～204℃。
步骤(10)中，三甘醇冷凝器的温度为15℃～40℃。
该方法用于海上气田的天然气甘醇脱水。
气液并流接触吸收强化传质的管式气液接触吸收器是一种紧凑高效的气液接触吸收设备，在天然气脱水工艺方法中代替传统吸收塔，可以显著减少天然气脱水处理装置的空间和重量。甘醇精馏再生过程中将甘醇雾化成小液滴也可强化再生系统的气液传质过程。
本发明的高效紧凑型天然气甘醇脱水系统及方法，对现有技术的天然气脱水系统进行改进，采用管式气液接触吸收器代替传统的甘醇再生系统的精馏柱，进一步增强天然气甘醇脱水系统的紧凑性，提高脱水装置安装布置的灵活性。整个装置重量轻、占地面积小、甘醇循环量低，安装布置灵活，且脱水后的天然气水露点满足海上平台生产和长距离集输指标要求。克服了现有采用传统塔式传质装置的天然气三甘醇脱水工艺技术在海上平台应用的难题。
本发明的吸收和再生过程均采用基于微液滴气液并流强化传质的管式气液传质设备，并结合了三甘醇法天然气脱水技术本身的技术优势，这样不仅能够保证气体进口流量波动较大时，气体出口的水露点维持在要求范围内，使得出口水露点达到集输或下游处理工艺的标准要求，而且简化了天然气甘醇脱水系统。利用管式气液接触传质设备传质效率高、重量轻、占地面积小、安装布置灵活的特点，可达到海上平台对设备尺寸和重量的要求。
三甘醇溶液具有热稳定性好、沸点高、蒸汽压低、易于再生、吸湿性高、携带损失量小、运行可靠等优点，利用管式气液接触吸收器和管式气液接触解吸器内雾化微米级三甘醇液滴与高速气流并流强化气液接触传质过程。
本发明基于微液滴气液并流强化传质的管式气液接触传质器的天然气脱水工艺具有处理量大、效率高的优势，液气比的处理范围较大，在较低的液气比时仍可达到理想的脱水效果，减少三甘醇的用量，从而节约甘醇再生装置的能耗。吸收设备和再生装置均采用管式气液接触传质器，利用管式气液接触传质器能够达到塔式气液传质设备所难以达到的原料气脱水平衡度和出口水露点。此外，通过调控甘醇液体注入量和雾化液滴粒径可以有效的控制出口气体的水含量，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基于微液滴气液并流强化接触传质的管式气液接触传质器的天然气甘醇法脱水工艺远远优于传统的塔式脱水工艺。
本发明的有益效果如下：
1)管式气液接触吸收脱水装置内部包括管式雾化部件和管式气液分离器，管式雾化部件将甘醇贫液在高速气流中雾化成微米级的液滴，在接触传质管段高速气流和微米级液滴形成气液高分散体系，显著增大气液接触面积，提高气液吸收传质脱水的效果，具有较高的脱水效率；
2)管式气液接触脱水再生装置内部包括管式雾化部件和管式气液分离器，管式雾化部件将甘醇富液在高速气流中雾化成微米级的液滴，在接触传质管段高速气流和微米级液滴形成气液高分散体系，显著增大气液接触面积，使得富甘醇液滴中的水分尽可能的挥发出去，再生得到三甘醇贫液，具有较高的甘醇再生效率；
3)管式气液接触传质设备内甘醇持液量低，微米级液滴形成的气液高分散体系的气液间接触传质效率高，采用这种管式气液接触传质工艺设计的脱水系统具有甘醇循环量低的优点，可显著减小甘醇再生的能耗，更加利于工业化应用。
4)结合本发明技术中所述的基于微液滴高分散的管式气液接触传质脱水和再生装置、闪蒸罐与再沸器组成管式气液接触强化传质的天然气脱水工艺，实现了管式微液滴强化气液传质技术与传统三甘醇脱水塔工艺和甘醇精馏柱再生工艺的有机结合。整套工艺与采用传统塔式气液接触传质设备的脱水工艺相比，具有吸收传质效率高、出口露点低、设备重量轻占地面积小、安装布置灵活、系统鲁棒性高等特点。
具体实施例：
参见图1所示，本发明提出了一种高效紧凑型天然气甘醇脱水工艺，包括过滤分离器底流阀1、过滤分离器2、管式气液接触吸收器3、三甘醇冷凝器4、甘醇泵5、天然气/贫甘醇换热器6、除雾器7、除雾器底流阀8、贫甘醇储罐9、贫/富甘醇换热器10、管式气液接触解吸器11、冷凝器12、三相分离器13、汽提剂泵14、第一截止阀15、汽提剂注入截止阀16、聚结器17、聚结器排水阀18、第一汽提剂干燥器19、第二汽提剂干燥器20、汽提剂加热器21、再沸器22、甘醇过滤器23、闪蒸罐24、第二截止阀25。
所述过滤分离器2的底部出口与过滤分离器底流阀1连接，所述过滤分离器底流阀1出口与下游排污处理系统连接，所述过滤分离器2的顶部出口与管式气液接触吸收器3气相入口连接；
所述管式气液接触吸收器3的气相出口与天然气/贫甘醇换热器6的天然气入口连接，所述天然气/贫甘醇换热器6的天然气出口与除雾器7入口连接，所述除雾器7上部气相出口与下游天然气处理工段连接，所述除雾器7下部液相出口与除雾器底流阀8入口连接，所述除雾器底流阀8出口与闪蒸罐24连接。
所述管式气液接触吸收器3的下部液相出口与第二截止阀25连接，所述第二截止阀25与闪蒸罐24连接，所述闪蒸罐24上部气相出口连接尾气处理系统，所述闪蒸罐24底部液相出口与甘醇过滤器23入口连接，所述甘醇过滤器23出口与贫/富甘醇换热器10的富甘醇入口连接，所述贫/富甘醇换热器10的富甘醇出口与管式气液接触解吸器11的液相入口连接，所述管式气液接触解吸器11的液相出口与再沸器22上部的入口连接；
所述管式气液接触解吸器11的气相出口与冷凝器12进口连接，所述冷凝器12出口与三相分离器13入口连接，所述三相分离器13的不凝气出口通往尾气处理，所述三相分离器13下端设排水口；
所述三相分离器13的汽提剂出口与汽提剂泵14入口连接，所述汽提剂泵14出口与汽提剂聚结器17进口连接，所述汽提剂聚结器17出口与第一汽提剂干燥器19进口连接，所述汽提剂聚结器17上部设汽提剂加入口并与汽提剂注入截止阀16连接，汽提剂通过汽提剂注入截止阀16的入口加入。所述汽提剂聚结器17下部设排水口与聚结器排水阀18连接。
所述第一汽提剂干燥器19、第二汽提剂干燥器20、汽提剂加热器21依次连接，所述汽提剂加热器21出口与再沸器22下部的汽提剂入口连接，实现汽提剂的循环。
所述再沸器22的气相出口与管式气液接触解吸器11的气相进口连接，所述再沸器22液相出口与贫/富甘醇换热器6的贫甘醇进口连接，所述贫/富甘醇换热器6的贫甘醇出口于贫甘醇储罐9入口连接，所述贫甘醇储罐9的底部出口与天然气/贫甘醇换热器6的贫甘醇进口连接，所述天然气/贫甘醇换热器9的贫甘醇出口与甘醇泵5入口连接，所述甘醇泵5出口与三甘醇冷凝器4进口连接，所述三甘醇冷凝器4出口与管式气液接触吸收器3的液相入口连接，实现三甘醇的循环。
本发明利用上述基于微液滴强化气液传质进行紧凑高效管式三甘醇法天然气脱水的工艺，包括如下步骤：
(1)压力为2-20MPa的天然气进入过滤分离器，除去游离的液态水和固体杂质，之后由过滤分离器出口排出；
(2)步骤(1)中排出的天然气进入管式气液接触吸收器，在管式气液接触吸收器内与微米级的雾化三甘醇液滴并流接触，原料气的水分被吸收后排出管式气液接触吸收器，经过天然气/贫甘醇换热器冷却后进入除雾器，进一步脱除天然气夹带的微小三甘醇液滴，除雾净化后的干天然气经除雾器气相出口排出，进入下游工段；
(3)步骤(2)中的吸收水分的富三甘醇排出管式气液接触吸收器，与三甘醇贫液换热后进入闪蒸罐，富三甘醇经闪蒸罐闪蒸后经过滤器过滤后进入贫/富甘醇换热器与贫三甘醇换热；
(4)步骤(3)中富三甘醇经贫/富甘醇换热器换热后进入管式气液接触解吸器，富三甘醇在管式气液接触解吸器雾化成微米级液滴并与再沸器气化的汽提剂逆流接触，富三甘醇中的水向气相迁移；汽提剂一方面与三甘醇中的水形成一种共沸物，使得水以共沸物的形式向气相转移，另一方面，气化的汽提剂能够将三甘醇雾化成微米级液滴增大气液传质面积，三甘醇液滴与气化的汽提剂同向湍动传质，促进水向气相的迁移；解吸后的三甘醇从管式气液接触解吸器液相出口排出进入再沸器，汽提剂从管式气液接触解吸器的气相出口排出；
(5)步骤(4)中从管式气液接触解吸器气相出口排出的汽提剂进入汽提剂冷凝器，冷凝成液态后排出汽提剂冷凝器；
(6)步骤(5)中从汽提剂冷凝器排出的汽提剂进入三相分离器，水和汽提剂分离，不凝气通往尾气处理工段，三甘醇和水排出系统，汽提剂进入汽提剂聚结器聚结；
(7)步骤(6)中汽提剂经聚结器聚结后分离出汽提剂中乳化的水分，聚结脱除的水分经底部出口排出系统，通过聚结器顶部的入口补充在汽提剂回收过程中损失的汽提剂，脱除乳化水分的汽提剂进入第一汽提剂干燥器；
(8)步骤(7)中进入第一汽提剂干燥器的汽提剂依次进入第二汽提剂干燥器，经过干燥进一步去除汽提剂中的微量水分，之后汽提剂进入再沸器中，汽提剂在再沸器中与步骤(4)中管式气液接触解吸器液相出口排出的三甘醇中的水形成共沸物并气化，实现汽提剂的循环使用；三甘醇经进一步再生后从再沸器液相出口排出；
(9)步骤(8)中从再沸器液相出口排出的贫三甘醇进入贫甘醇储罐，在储罐内形成稳定液位；
(10)步骤(9)中贫甘醇储罐内的三甘醇贫液经天然气/贫甘醇换热器换热冷却后由甘醇泵输送到三甘醇冷凝器，经过三甘醇冷凝器冷凝后再次进入管式气液接触吸收器，实现三甘醇的循环。
在本发明的某些实施例中，步骤(2)中三甘醇与天然气的体积比为1:500-1:10000。
在本发明的某些实施例中，步骤(2)中，三甘醇贫液浓度可达到99.99％，天然原料气脱水的平衡度达到95％以上，出口露点达到-60℃以下。
在本发明的某些实施例中，步骤(2)所述管式气液接触吸收器雾化部件为管式雾化器或丝网填料，气液分离部件为除雾型管式气液分离器，
在本发明的某些实施例中，步骤(4)所述管式气液接触解吸器雾化混合部件为管式雾化器或丝网填料，气液分离部件为管式气液分离器。
在本发明的某些实施例中，步骤(4)中富三甘醇与气态汽提剂的体积比为1:50-1:1000。
在本发明的某些实施例中，步骤(2)中管式气液接触吸收器内天然气流速为6～30m/s，雾化贫三甘醇液滴的D32粒径为5～200μm，步骤(4)中管式气液接触解吸器内气相流速为6～30m/s，雾化富三甘醇液滴的D32粒径为5～200μm。
在本发明的某些实施例中，步骤(4)中所述汽提剂为异辛烷、正庚烷、甲苯、乙苯等能与水形成低沸点共沸物的物质中的一种或多种。
在本发明的某些实施例中，步骤(8)和步骤(9)中，再沸器的温度为195℃-204℃。
在本发明的某些实施例中，步骤(10)中，三甘醇冷凝器的温度为15℃-40℃。
实施例1
使用上述的装置和工艺进行三甘醇脱除天然气中的气态水：
进入本系统的天然气压力为7MPa，三甘醇贫液与待处理天然气的体积比为1:10000，汽提剂用量与三甘醇富液用量的体积比为0.15:1，汽提剂为正庚烷，三甘醇冷凝器温度为35℃，管式气液接触吸收器内天然气流速为12m/s，三甘醇贫液雾化液滴D32粒径为100μm，，管式气液接触解吸器内气相流速为12m/s，富三甘醇富液的雾化液滴D32粒径为100μm，再沸器温度为204℃；此工艺条件下，再生后的三甘醇贫液纯度达到99.99wt％，脱水后的天然气水露点达到-60℃。
实施例2
如实施例1所示，其他条件不变，管式气液接触吸收器内天然气流速为20m/s，三甘醇贫液雾化液滴D32粒径为60μm，管式气液接触解吸器内气相流速为20m/s，三甘醇富液的雾化液滴D32粒径为60μm，采用此工艺条件，再生后的三甘醇贫液纯度达到99.99wt％，脱水后的天然气水露点达到-70℃。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种高效紧凑型天然气甘醇脱水系统，其特征在于，包括通过管路连接的过滤分离器底流阀(1)、过滤分离器(2)、管式气液接触吸收器(3)、三甘醇冷凝器(4)、甘醇泵(5)、天然气/贫甘醇换热器(6)、除雾器(7)、除雾器底流阀(8)、贫甘醇储罐(9)、贫/富甘醇换热器(10)、管式气液接触解吸器(11)、冷凝器(12)、三相分离器(13)、汽提剂泵(14)、第一截止阀(15)、汽提剂注入截止阀(16)、聚结器(17)、聚结器排水阀(18)、第一汽提剂干燥器(19)、第二汽提剂干燥器(20)、汽提剂加热器(21)、再沸器(22)、甘醇过滤器(23)、闪蒸罐(24)、第二截止阀(25)；
所述过滤分离器(2)的底部出口与过滤分离器底流阀(1)连接，所述过滤分离器底流阀(1)出口与下游排污处理系统连接，所述过滤分离器(2)的顶部出口与管式气液接触吸收器(3)气相入口连接；
所述管式气液接触吸收器(3)的气相出口与天然气/贫甘醇换热器(6)的天然气入口连接，所述天然气/贫甘醇换热器(6)的天然气出口与除雾器(7)入口连接，所述除雾器(7)上部气相出口与下游天然气处理工段连接，所述除雾器(7)下部液相出口与除雾器底流阀(8)入口连接，所述除雾器底流阀(8)出口与闪蒸罐(24)连接；
所述管式气液接触吸收器(3)的下部液相出口与第二截止阀(25)连接，所述第二截止阀(25)与闪蒸罐(24)连接，所述闪蒸罐(24)上部气相出口连接尾气处理系统，所述闪蒸罐(24)底部液相出口与甘醇过滤器(23)入口连接，所述甘醇过滤器(23)出口与贫/富甘醇换热器(10)的富甘醇入口连接，所述贫/富甘醇换热器(10)的富甘醇出口与管式气液接触解吸器(11)的液相入口连接，所述管式气液接触解吸器(11)的液相出口与再沸器(22)上部的入口连接；
所述管式气液接触解吸器(11)的气相出口与冷凝器(12)进口连接，所述冷凝器(12)出口与三相分离器(13)入口连接，所述三相分离器(13)的不凝气出口通往尾气处理，所述三相分离器(13)下端设排水口；
所述三相分离器(13)的汽提剂出口与汽提剂泵(14)入口连接，所述汽提剂泵(14)出口与汽提剂聚结器(17)进口连接，所述汽提剂聚结器(17)出口与第一汽提剂干燥器(19)进口连接，所述汽提剂聚结器(17)上部设汽提剂加入口并与汽提剂注入截止阀(16)连接，汽提剂通过汽提剂注入截止阀(16)的入口加入，所述汽提剂聚结器(17)下部设排水口与聚结器排水阀(18)连接；
所述第一汽提剂干燥器(19)、第二汽提剂干燥器(20)、汽提剂加热器(21)依次连接，所述汽提剂加热器(21)出口与再沸器(22)下部的汽提剂入口连接，实现汽提剂的循环；
所述再沸器(22)的气相出口与管式气液接触解吸器(11)的气相进口连接，所述再沸器(22)液相出口与贫/富甘醇换热器( 10) 的贫甘醇进口连接，所述贫/富甘醇换热器(10)的贫甘醇出口于贫甘醇储罐(9)入口连接，所述贫甘醇储罐(9)的底部出口与天然气/贫甘醇换热器(6)的贫甘醇进口连接，所述天然气/贫甘醇换热器(6)的贫甘醇出口与甘醇泵(5)入口连接，所述甘醇泵(5)出口与三甘醇冷凝器(4)进口连接，所述三甘醇冷凝器(4)出口与管式气液接触吸收器(3)的液相入口连接，实现三甘醇的循环；
所述管式气液接触吸收器雾化部件为管式雾化器或丝网填料，气液分离部件为除雾型管式气液分离器；
所述管式气液接触解吸器雾化混合部件为管式雾化器或丝网填料，气液分离部件为管式气液分离器。
2.一种权利要求1所述的高效紧凑型天然气甘醇脱水系统实现天然气甘醇脱水的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)压力为2-20MPa的天然气进入过滤分离器，除去游离的液态水和固体杂质，之后由过滤分离器出口排出；
(2)步骤(1)中排出的天然气进入管式气液接触吸收器，在管式气液接触吸收器内与微米级的雾化三甘醇液滴并流接触，原料天然气的水分被吸收后排出管式气液接触吸收器，经过天然气/贫甘醇换热器冷却后进入除雾器，进一步脱除天然气夹带的微小三甘醇液滴，除雾净化后的干天然气经除雾器气相出口排出，进入下游工段；
(3)步骤(2)中的吸收水分的富三甘醇排出管式气液接触吸收器，与三甘醇贫液换热后进入闪蒸罐，富三甘醇经闪蒸罐闪蒸后经过滤器过滤后进入贫/富甘醇换热器与贫三甘醇换热；
(4)步骤(3)中富三甘醇经贫/富甘醇换热器换热后进入管式气液接触解吸器，富三甘醇在管式气液接触解吸器雾化成微米级液滴并与再沸器气化的汽提剂逆流接触，富三甘醇中的水向气相迁移；汽提剂一方面与三甘醇中的水形成一种共沸物，使得水以共沸物的形式向气相转移，另一方面，气化的汽提剂能够将三甘醇雾化成微米级液滴增大气液传质面积，三甘醇液滴与气化的汽提剂同向湍动传质，促进水向气相的迁移；解吸后的三甘醇从管式气液接触解吸器液相出口排出进入再沸器，汽提剂从管式气液接触解吸器的气相出口排出；
(5)步骤(4)中从管式气液接触解吸器气相出口排出的汽提剂进入汽提剂冷凝器，冷凝成液态后排出汽提剂冷凝器；
(6)步骤(5)中从汽提剂冷凝器排出的汽提剂进入三相分离器，水和汽提剂分离，不凝气通往尾气处理工段，三甘醇和水排出系统，汽提剂进入汽提剂聚结器聚结；
(7)步骤(6)中汽提剂经聚结器聚结后分离出汽提剂中乳化的水分，聚结脱除的水分经底部出口排出系统，通过聚结器顶部的入口补充在汽提剂回收过程中损失的汽提剂，脱除乳化水分的汽提剂进入第一汽提剂干燥器；
(8)步骤(7)中进入第一汽提剂干燥器的汽提剂依次进入第二汽提剂干燥器，经过干燥进一步去除汽提剂中的微量水分，之后汽提剂进入再沸器中，汽提剂在再沸器中与步骤(4)中管式气液接触解吸器液相出口排出的三甘醇中的水形成共沸物并气化，实现汽提剂的循环使用；三甘醇经进一步再生后从再沸器液相出口排出；
(9)步骤(8)中从再沸器液相出口排出的贫三甘醇进入贫甘醇储罐，在储罐内形成稳定液位；
(10)步骤(9)中贫甘醇储罐内的三甘醇贫液经天然气/贫甘醇换热器换热冷却后由甘醇泵输送到三甘醇冷凝器，经过三甘醇冷凝器冷凝后再次进入管式气液接触吸收器，实现三甘醇的循环。
3.根据权利要求2所述的天然气甘醇脱水的方法，其特征在于，步骤(2)中三甘醇贫液与天然气的体积比为1:500-1:10000。
4.根据权利要求2所述的天然气甘醇脱水的方法，其特征在于，步骤(4)中三甘醇富液与气态汽提剂的体积比为1:50-1:1000。
5.根据权利要求2所述的天然气甘醇脱水的方法，其特征在于，步骤(2)中管式气液接触吸收器内天然气流速为6～30m/s，雾化贫三甘醇液滴的D32粒径为5～200μm，步骤(4)中管式气液接触解吸器内气相流速为6～30m/s，雾化富三甘醇液滴的D32粒径为5～200μm。
6.根据权利要求2所述的天然气甘醇脱水的方法，其特征在于：步骤(4)中所述汽提剂为异辛烷、正庚烷、甲苯、乙苯等能与水形成低沸点共沸物的物质中的一种或多种。
7.根据权利要求2所述的天然气甘醇脱水的方法，其特征在于：步骤(8)和步骤(9)中，再沸器内加热温度为195℃～204℃。
8.根据权利要求2所述的天然气甘醇脱水的方法，其特征在于：步骤(10)中，三甘醇冷凝器的温度为15℃～40℃。
9.根据权利要求2所述的天然气甘醇脱水的方法，其特征在于，该方法用于海上气田的天然气甘醇脱水。
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