煤制天然气干燥后水露点高的原因分析及应对措施

牛宝玉，梁进仓，王希奋

（伊犁新天煤化工有限责任公司，新疆伊宁 835000）

伊犁新天煤化工有限责任公司20×108m3／a煤制天然气项目，采用双系列送气，设计单系列天然气 （SNG）产能3000km3／d，SNG干燥装置采用成都赛普瑞兴科技有限公司的三甘醇脱水技术。

1 三甘醇脱水原理

三甘醇别名三乙二醇，分子式为C6H14O4，属无色无臭有吸湿性的粘稠液体，沸点288℃，熔点－4.30℃，折射率1.46，闪点165.85℃，粘度49mPa·s，自燃点371.10℃，蒸气压＜1.33Pa；可燃、低毒，相对密度1.127，与水、乙醇混溶，微溶于乙醚，几乎不溶于石油醚。三甘醇具有脱水效率高、脱水后水露点低、工艺操作简单、运行费用低等优点，广泛应用于国内煤制天然气生产中。

三甘醇脱水的基本原理：利用三甘醇对天然气、烃类的溶解度低而对水的溶解度高和水汽吸收能力强的特点，使天然气中的水汽及液态水被溶解和吸收，然后再将含水三甘醇溶液与天然气分离，三甘醇富液则经再生除水后返回系统中循环使用。

天然气的水露点是指在一定的压力条件下，天然气中开始出现第一滴水珠时的温度，也就是在该压力条件下与饱和水汽含量对应的温度。在《天然气》 （GB17820—1999）中，水露点是衡量商品天然气气质的一个指标。

水是商品天然气中有害无益的组分，因为天然气中水的存在会降低天然气的热值和输气管道的输送能力，当温度降低或压力增加时，天然气中析出的液态水会在管道和设备中形成积液，不仅增加流动阻力，甚至形成段塞流，还会加速天然气中酸性组分对管道和设备的腐蚀；此外，液态水不仅在冰点时会结冰，而且即使是天然气的温度高于水的冰点，液态水还是会与天然气中的一些气体组分生成水合物，严重时会堵塞阀门、管道和设备，影响输气管道的平稳供气和生产装置的正常运行。

2 SNG干燥工艺流程简述

SNG干燥装置主要分为SNG脱水系统和三甘醇循环再生系统。

2.1 SNG脱水系统

来自甲烷化合成单元的湿天然气 （40℃、2.28MPa），进入原料气过滤分离器，在滤芯的作用下除去原料气中的游离水、固体颗粒、烷烃液和烃类重组分；过滤后的气体由脱水吸收塔下部进入塔内，向上流动，在填料层内与三甘醇逆向接触，脱除天然气中的水分；出脱水吸收塔的干燥天然气进入产品气分离器，分离掉携带的少量三甘醇后进入天然气压缩系统，分离出来的三甘醇则送入三甘醇补充罐。

2.2 三甘醇循环再生系统

当三甘醇缓冲罐建立起一定的液位，三甘醇贫液经贫液冷却器降温后，通过三甘醇循环泵控制流量将三甘醇贫液 （45℃、2.53MPa）送入脱水吸收塔 （填料塔）顶部喷淋而下，在填料表面与湿天然气逆向接触，吸收其中的水分后从塔底排出；吸收塔底部出来的富三甘醇溶液（43.20℃、2.28MPa）经塔底液位调节阀送入精馏柱顶部换热器的壳程内，冷却精馏柱中上升的蒸气后，三甘醇富液 （49.60℃、0.40MPa）进入三甘醇闪蒸罐减压闪蒸，闪蒸出的闪蒸气由闪蒸罐压力调节阀控制压力在0.40MPa后送往火炬总管，闪蒸罐内的液体则由闪蒸罐液位调节阀控制分别流经1＃机械过滤器、活性炭过滤器、2＃机械过滤器，过滤后的富液再经贫富液换热器换热后 （160℃、0.29MPa）进入精馏柱的中上部，其中的重组分向下移动流入蒸汽重沸器，蒸汽重沸器中的釜液通过中压蒸汽加热至185～203℃而汽化，利用混合液中各组分沸点的不同将水分脱出，釜液则溢流进入氮气汽提柱，汽提出的轻组分从柱顶排入蒸汽重沸器，液相则从氮气汽提柱底部排出，经贫富液换热器冷却后送入三甘醇缓冲罐循环利用。

界外来的低压氮气，经氮气加热器升温后进入汽提柱，以降低柱内水分的分压，利于水分的脱除，氮气加热器热源为蒸汽重沸器出来的中压蒸汽冷凝液。

三甘醇在循环利用的过程中会有少量损失，可通过三甘醇补充泵从三甘醇补充罐向三甘醇缓冲罐补液。富液精馏柱顶部排出的气体主要为氮气、水蒸气及少量烃类气体，未冷凝部分水蒸气从顶部逸出后进入废液收集罐，气体就地放空，液体去污水总管。

2.3 SNG干燥工艺流程 （图1）

图1 SNG干燥工艺流程框图

3 SNG干燥后水露点高事故经过

2017年6月9日16：00，操作人员发现外送前手动分析SNG水露点偏高，达－52℃ （常压），车间管理人员立即通知化验人员连续取样复检，结果分别为－53℃、－54℃ （常压），而正常情况下出干燥系统温度42℃以下的SNG水露点≤－10℃ （12MPa）、烃露点≤－10℃（12MPa）；操作人员立即调整系统工况，6月10日16：00SNG水露点降至－57℃ （常压）左右；之后经过系统加大汽提氮气量、提高循环量、提高再生系统温度等操作调控措施，SNG水露点基本维持在－53℃ （常压）左右；后经车间技术人员攻关，6月24日以后SNG水露点基本维持在－60℃ （常压）左右。

冬、夏季温度不同，不同压力SNG的水露点也不同，常用压力下SNG水露点合格指标见表1。

表1 常用压力下SNG水露点合格指标

3.1 事故的危害

（1）进入压缩机系统的SNG含水量大，压缩机能耗增加，压缩机级间和级后脱水量增大，压缩机使用寿命缩短。

（2）外送天然气水露点偏高，中石油切气。

3.2 事故处理过程

经过优化操作、技术排查和对三甘醇贫液进行化验分析，最终将问题锁定在三甘醇贫液冷却器和氮气加热器上。化验分析三甘醇贫液的纯度，其纯度由99.6%降至98.1%左右 （正常值≥99%），含水由0.4%升至1.8%；对三甘醇贫液冷却器前、后进行取样分析，其纯度、含水稳定。氮气加热器采用的热源是中压蒸汽加热蒸汽重沸器釜液后的蒸汽冷凝液，迅速切除氮气加热器的热源，三甘醇贫液纯度升高，趋于稳定，6月24日后外送SNG水露点基本维持在－60℃（常压）左右，趋于正常。

3.3 事故原因分析

基于切除氮气加热器热源后系统的变化情况，对系统进行停车检修，拆检发现氮气加热器有少量漏点。由此可以得出如下结论：由于中压蒸汽 （4.9MPa、445℃）加热蒸汽重沸器釜液后的冷凝液压力高于低压氮气的压力 （0.4 MPa、20℃），氮气加热器泄漏造成三甘醇贫液水含量高、纯度低，进而导致干燥后的SNG水露点偏高。

4 脱水产品气水露点高的常见原因及应对措施

4.1 三甘醇循环量偏低

三甘醇循环量偏低，可通过三甘醇贫液流量示数直接读取，也可通过三甘醇的浓度来判定。当富三甘醇的浓度低于97%时，即可判定三甘醇循环量偏低，此时三甘醇吸收水分的速度及能力将明显下降。

应对措施：调节三甘醇循环泵转速 （变频调速），增加三甘醇循环量。

4.2 贫三甘醇浓度偏低

贫三甘醇浓度偏低，将使同样三甘醇循量下三甘醇脱水量下降，并直接影响三甘醇对SNG的脱水深度。

应对措施：增加中压加热蒸汽用量，增加汽提氮气量，对贫三甘醇进行汽提，并根据不同的浓度确定不同的汽提量，确保三甘醇重沸温度达到185～203℃，

4.3 SNG入塔温度过高或过低

本SNG脱水系统中，要使外输产品天然气水露点在－10℃ （12MPa）以下，则入塔SNG温度应低于40℃。因此，应通过甲烷化合成工段调节产品气冷却器负荷，以尽量保证SNG入塔温度低于40℃；但若SNG入塔温度过低 （＜15℃），又会使三甘醇因温度过低、粘度增大而降低其吸水能力，造成外输产品气水露点偏高。

应对措施：如果出现这种情况 （在冬季），应联系甲烷化合成岗位控制好出甲烷化合成系统SNG的温度在正常范围内，使SNG入塔温度在15℃以上。

4.4 吸收塔内三甘醇发泡

三甘醇发泡，将严重影响三甘醇对水分的吸收，使外输产品气水露点超标。

应对措施：当出现吸收塔内三甘醇发泡时，应降低生产负荷，加入消泡剂，控制设备内液位平稳，尽快消除发泡。

4.5 脱水吸收塔运行压力降低

装置运行时，如果其他参数不变而脱水吸收塔压力下降，一方面会明显增加入吸收塔SNG的含水量，此刻若不相应调节其他参数，如三甘醇循环量、贫三甘醇浓度等，则将引起外输产品气水露点升高；另一方面，在SNG流量很大时，脱水吸收塔内压力下降，会使吸收塔内气体流速超过容许最大空塔气速而造成液泛，直接影响外输产品气的水露点。

应对措施：对脱水吸收塔压力进行调节。

5 SNG干燥系统开车操作注意事项

（1）进气之前一定要保持三甘醇循环量的稳定，确保三甘醇的纯度合格，三甘醇的pH在7～8之间，三甘醇再生系统的各项工艺指标稳定在许可范围内。

（2）打开原料气入口阀时一定要缓慢，以免原料气将三甘醇溶液吹出塔盘，引起拦液或大量三甘醇溶液被带出装置。

（3）三甘醇循环量的确定，通常应保持在原料气中1kg水对应25～30L的三甘醇；装置建立三甘醇循环过程中，溶液换热器及过滤器需进行高点排气。

（4）三甘醇易被空气氧化，开车过程中应尽量避免三甘醇与空气接触；三甘醇缓冲罐补液时，要微开充氮阀，置换并隔离空气。

（5）蒸汽重沸器必须在三甘醇正常建立循环后才能通入中压蒸汽，且应控制重沸器升温速率在30～50℃／h。

（6）三甘醇的热裂解温度为206.7℃，重沸器操作时应避免接近此温度，控制重沸器内三甘醇温度在185～203℃。

（7）调整中压蒸气温控阀 （TV-1010）时切忌幅度过大，必要时切换为手动方式缓慢调节，以防局部超温。

（8）三甘醇循环泵的设计使用温度最高为60℃，任何情况下均不允许三甘醇循环泵入口三甘醇温度超过60℃。

6 结束语

水是商品天然中的有害组分，为减少SNG在管道输送过程中液态水的析出，在SNG出厂前必须进行深度脱水，而SNG水露点高，其水汽含量必然高。因此，降低SNG水露点，无论是对于管道输送还是符合商品天然气气质要求等方面均具有重要的意义。只要我们对生产过程中脱水产品气水露点高的常见原因及应对措施了然于心，系统开车时注意操作事项，就能确保SNG水露点达标。

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