天然气三甘醇超重力脱水实验研究

GuangzhouChemicalIndustry

Vol郾47No郾12Jun郾2019

天然气三甘醇超重力脱水实验研究

李嘉庭1,孟摇江1,贾旭东1,耿方志1,倪权富2

(1重庆科技学院石油与天然气工程学院,重庆摇401331;

2重庆秀山民生天然气有限公司,重庆摇409900)

*

摘摇要:在天然气三甘醇脱水工艺中,以超重力装置代替吸收塔进行脱水,可以大幅度提高脱水效率,有效降低成本。利

用自制的转子结构超重力装置,模拟研究了超重力场下天然气脱水过程。实验结果表明,气体水露点随贫三甘醇温度的增加而升高,随转速的增加而下降;当贫三甘醇温度和转速同时变化时,温度变化对脱水效果的影响处于主导地位。实验条件下,贫甘醇液量20L/min、湿气量1郾2~1郾5m3/h、脱水温度为40益、转速为700r/min时,具有最佳脱水效果。

关键词:超重力;三甘醇;脱水;水露点中图分类号:TE868摇

摇摇文献标志码:A文章编号:1001-9677(2019)12-0078-04

ExperimentalStudyonDehydrationofNaturalGaswith

TriethyleneGlycolunderHighGravity*

LIJia-ting1,MENGJiang1,JIAXu-dong1,GENGFang-zhi1,NIQuan-fu2

(1ChongqingUniversityofScienceandTechnology,Chongqing401331;

2ChongqingXiushanMinshengNaturalGasLimitedCompany,Chongqing409900,China)

Abstract:Inthedehydrationprocessofnaturalgaswithtriethyleneglycol,thedehydrationefficiencycanbegreatlyimprovedandthecostcanbeeffectivelyreducedbyreplacingtheabsorptiontowerwithahighgravitydevice郾Thedewateringprocessofnaturalgasinhighgravityfieldwassimulatedbyusingahypergravitydeviceofself-maderotorstructure郾Theexperimentalresultsshowedthatthedewpointofgasincreasedwiththeincreaseoftemperatureanddecreasedwiththeincreaseofrotationalspeed郾Whenthetemperatureandrotationalspeedofleantriethyleneglycolchangedsimultaneously,theeffectoftemperaturechangeondehydrationwasdominant郾Undertheexperimentalconditions,thebestdehydrationeffectwasobtainedwhentheliquidcontentofleanglycolwas20L/min,themoisturecontentwas1郾2~1郾5m3/h,thedehydrationtemperaturewas40益,andtherotationalspeedwas700r/min郾

Keywords:highgravity;triethyleneglycol;dehydration;dewpoint

传统以塔设备为核心的天然气三甘醇脱水工艺是目前应用广泛、技术发展成熟的天然气脱水方法[1]。近几年来,随着超重力技术的发展,已经应用到天然气三甘醇脱水工艺中,以超重力装置代替脱水塔,极大地强化三甘醇脱水过程中气液的传质行为,提高脱水效率。因此,为更好地了解超重力三甘醇脱水工艺,对影响超重力条件下三甘醇脱水效果的因素展开了初步研究。

水装置、三甘醇贫液泵(WS249无刷直流潜水泵)、富液储罐、湿度计(LCD电子温湿度计,量程:-30~50益,精度依1益)。

1摇实摇验

1郾1摇实验装置及仪器

1郾1郾1摇实验装置

超重力脱水模拟实验装置一套如图1所示。该装置包括OTS550型无油空气压缩机、加湿装置、过滤分离器、超重力脱

摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇

*

图1摇超重力脱水模拟实验装置

Fig郾1摇Hypergravitydehydrationsimulationexperimentaldevice

基金项目:重庆科技学院研究生科技创新项目,TEG脱水的超重力实验装置研究(YKJCX1720123)。第一作者:李嘉庭(1995-),女,硕士研究生在读,主要从事油气集输工艺研究。

第47卷第12期李嘉庭,等:天然气三甘醇超重力脱水实验研究

表1摇贫三甘醇物理性质

Table1摇Physicalpropertiesofpuretriethyleneglycol

摇79

15cm,高10cm,填料层总高度5cm,其结构如图2所示。

自制的旋转填充床,采用内嵌填料的转子结构,壳体内径

Fig郾2摇图Structure2摇旋转填充床结构

ofrotarypackedbed

1郾1郾2摇石油产品密度计DV-芋+仪摇器

可编程控制式流变仪;CS501型超级恒温水浴;HH-601;SYD-2122B超级恒温水浴锅型微量;

水分测定仪。

1郾2摇材摇料

贫三甘醇(生产现场取样)、含水湿气(空气加湿)。

1郾3摇实验过程

1郾3郾1摇测定甘醇贫甘醇性质测量

基本性质,包括密度、粘度、含水量、pH值、1郾流变性3郾2摇、超重力脱水过程模拟粘温特性等。

利用自建的超重力三甘醇脱水系统,由空气压缩机将增湿

的空气输送到分离器中除去夹带的液态水后,在室温下从进气口进入超重力脱水装置。贫三甘醇在恒温水浴锅中达到设定工作温度时由潜水泵输送至超重力脱水装置顶部的液体进口处,经喷头喷淋在填料床层中,在离心力作用下使其较为均匀地分布在整个填料床层中,与湿气充分接触,完成脱水过程。干气由塔顶排出,脱水后三甘醇液体由塔底液体出口流入储罐,经再生后循环利用。采用探头式湿度计在超重力脱水装置进出口处测定空气温度和湿度。

在实验过程中,首先开启压缩机进行整套实验装置的吹扫,吹扫时间2~3min;再调节转速从100r/min到1500r/min按200r/min的梯度依次增大,每次调整保持30s,同时调整进出口湿度计显示前后湿度一致,温度变化保持在0郾3益范围内96郾。完成实验准备后,在贫甘醇液量20L/min、贫液13益5%)、条件下进气量,分析温度1郾2~1郾5、m转速对脱水效果的影响h、湿气相对湿度为,78%在每次调

(纯室温度3/节工况后维持1min记录实验数据。

2摇结果与讨论

2郾1摇贫三甘醇基本性质

取自某站场生产现场的贫三甘醇呈棕红色,半透明,盛放的容器底部有少量黑色固体杂质。贫三甘醇的物理性质具体见表1。

从表1数据分析,现场目前正在使用的三甘醇有部分变质,但脱水性能仍能达到要求。

项目现场工业品外观棕红色无色气味有一定的气味

无气味固体杂质少量无密度(20益pH

)/(kg/m3纯度/%

)

1郾6郾145

7郾0

96郾5

1郾12逸97~1郾125

粘度(20益)/(mPa·s)

48郾37

48郾3

在不同温度下测量了现场使用的贫三甘醇流变性,流变曲线见图3。从图3分析,三甘醇在20~60益范围内,流变曲线都表现为直线。这表明贫三甘醇在研究温度范围内均为牛顿流体,只是不同温度下粘度大小不同。因此,在本次实验研究中,没有考虑三甘醇流变性变化对脱水性能的影响。

Fig郾图3摇3摇Rheological流变性曲线curve

贫三甘醇粘温曲线如图4所示。由图4可知,三甘醇粘度对温度的变化比较敏感。随着温度的升高,贫三甘醇的粘度明显下降,在当温度达到50益后,粘度随温度的升高变化不明显,因此,从降低贫三甘醇粘度角度来说,贫三甘醇的温度不宜超过50益。

Fig郾4摇图Relationship4摇贫三甘醇粘度与温度变化关系

ofpurebetweentriethyleneviscosityglycol

andtemperature

2郾2摇超重力场下相关因素对脱水效果的影响

96郾在液量20L/min、湿气量1郾2~1郾5m3/h、贫响,5%用露点表示脱水效果条件下,研究了贫三甘醇温度,根据测定温度和相对湿度计算露、转速对脱水效果的影液纯度点[2]按式:

(1)计算饱和水蒸汽压力EsE:

s=E0伊10ba+伊t

t

(1)

摇80广摇州摇化摇工

式中:E0———0益空气的饱和水蒸汽压力,取值611郾2Pa

a、b———系数,a=7郾5,b=237郾3t———空气的温度

按式(2)计算在相对湿度下的水蒸汽压力:

E=Es伊F(2)

式中:F———相对湿度,%

按式(3)计算露点温度:

b伊log(E/E0)T=

a-log(E/E0)

实验数据及处理见表2。

2019年6月

(3)

转速/(r/min)100300500700110015001300900

相对湿度/%70696867676666

20益

露点/益9郾198郾798郾488郾077郾977郾797郾66

表2摇实验数据及处理结果

Table2摇Experimentaldataandprocessingresults相对湿度/%69696766666565

30益

露点/益11郾0810郾8910郾3510郾039郾949郾789郾64

相对湿度/%63626159595959

40益

露点/益12郾2711郾9410郾7210郾6210郾5310郾5310郾5311郾5

相对湿度/%5756555454545454

50益

露点/益12郾6711郾8911郾4311郾0610郾8810郾7910郾5110郾6

相对湿度/%5756555353535353

60益

露点/益13

12郾3611郾7110郾8810郾4110郾1410郾6

667郾66659郾6459

10郾23

2郾2郾1摇贫三甘醇温度对脱水效果的影响

由表2数据分析,在转速不变的条件下,随着贫三甘醇温度的升高,干气水露点上升,三甘醇温度超过50益后,干气水露点上升的幅度变小。贫甘醇温度升高,在超重力装置中的湿气温度也会升高。在压力不变的条件下,温度升高,水的蒸气压会降低,不利于水蒸气凝结,使气液传质减弱[1]。同时,贫三甘醇温度升高,粘度显著变小,在同一转速下,三甘醇易于分散,气体与三甘醇接触更为充分,传热更为均匀,使得气体与三甘醇传质效果增强。从最终的脱水效果分析,在两者共同作用下,水的蒸气压下降对三甘醇脱水的影响处主导地位,所以,表现为气体水露点随温度的升高而上升。

从实验过程来看,三甘醇温度在13益、旋转床的转速在100r/min时,干气的水露点为8郾91益。此时,系统的进气压力从0郾6MPa变为0郾8MPa,转子的能耗明显增大。在这种条件下,虽然气体水露点较低,但阻力和能耗过大。

因此,合理选择贫三甘醇温度,可以提高脱水效率,节约成本[3-4]。本系统的三甘醇脱水温度宜控制在30~40益之间。2郾2郾2摇转速对脱水效果的影响

图5是不同转速在不同温度下对气体水露点影响曲线。

图5摇不同贫甘醇温度和转速对脱水效果的影响Fig郾5摇Effectofdifferenttemperatureofpuretriethyleneglycolandrotationalspeedondehydrationefficiency由图5可知,在温度不变的条件下,随着旋转床转速的增

大,干气水露点均呈下降趋势。旋转床转速的增大,周向速度增加,液体易于分散,更快被填料分散、破碎,从而形成极大的、不断更新的表面积[5-7],加快了传质反应速度,从而使得气体中的水分更快向三甘醇中传递,气体中的水分降低,水露点下降。

当系统中旋转床的转速大于700r/min后,气体的水露点下降幅度变小并且趋于稳定。在进气量、温度和循环量不变的条件下,三甘醇在超重力装置中分散比较均匀,液滴基本上完全占据了装置中的空间,三甘醇液滴形成吸收表面,更新速度达到最大值,转速的增大已经不能使吸收界面更新速度发生明显变化,气液虽充分接触,但传质强度不会明显变大[8]。因此,表现出当转速超过700r/min时,干气的水露点有下降,但下降的幅度不明显。

在实验中还发现,随着旋转床转速的增大,在离心力和气流的作用,三甘醇的损失量明显增大,当转速达到1100r/min后,干气管线出现了明显的带液现象,随着运行时间的增加,干气管线中的三甘醇在持续增加,电机的能耗也在增大。结合这两点因素,在超重力三甘醇脱水条件下,旋转床的转速不宜过高。在本次实验室条件下,旋转床的转速宜控制在600~800r/min。

研究还发现,当温度和转速同时变化时,温度低于30益、转速低于900r/min,随着温度升高和旋转床转速的增大,干气水露点变大。转速增大有利于干气水露点降低,温度升高会使水露点增大,实验结果显示干气水露点增大。这表明,在这种条件下,温度对干气水露点的影响处于主导地位;温度高于30益、转速低于700r/min,随着温度升高和旋转床转速的增大,干气的水露点下降。这表明,在这种条件下转速对干气水露点的影响处于主导地位。

因此,综合考虑脱水效果、能耗的影响,本系统的最佳脱水条件为:在贫甘醇液量为20L/min、湿气量为1郾2~1郾5m3/h、贫液纯度为96郾5%条件下,脱水温度控制在30~40益,旋转床的转速控制在600~800r/min。

(下转第103页)

第47卷第12期房剑锋,等:色差仪法测定异氰酸酯中L色

表4摇吸光度偏差Table4摇Absorptionbias

摇103

吸光度偏差0郾2170郾2070郾219

换算L色

78787877

图3摇T检验

Fig郾3摇ResultofTtest表3摇T配对Table3摇Tpairing

L(积分球)整数

*

0郾227

测量管光程对吸光度的影响,对最终L色的测定结果无影响。

2摇结摇论

标准差7郾840郾837郾89

均值标准误差

1郾290郾141郾30

公式换算整数

差值

3737

N

37

76郾000郾027

均值

75郾97

通过理合色差仪测定的吸光度与积分球测定的L色之间的关系曲线满足样品的测定要求。且利用此方法测定L色全年可降低有机溶剂的使用量(丙酮量),改善员工的工作环境,提高了员工的,缩短了样品分析时间,同时也为L测定提供了一个价格相对低的仪器选择。

参考文献

平均差的95%置信区间:(-0郾251,0郾305)。

平均差=0(与屹0)的T检验:T值=0郾20P值=0郾845。通过T配对分析分析结果均满足要求(T=0郾84>0郾5),此方法可用。

通过数据对比可以发现两台仪器通过吸光度换算的L色偏差最大值1满足工艺要求。但由于使用的是1cm的玻璃管光程短,由于测量管转动吸光度也会发生一定的变化,通过实验由于小管的转动产生的吸光度偏差值臆0郾005,以0郾01吸光度偏差进行公式换算,以y=-61郾913x+91郾231。

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(上接第80页)

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3摇结摇论

(1)采用超重力装置的三甘醇脱水系统,可以明显增加脱水效果,在贫三甘醇纯度较低条件下,仍具有较好的脱水效果。

(2)相同条件下,贫甘醇温度和转速变化对脱水效果都有明显的影响,一定范围内,贫三甘醇温度越低,转速越高则脱水效率越高;当贫三甘醇温度和转速同时变化时,温度低于30益,转速低于900r/min,温度对三甘醇脱水效果的影响处于主导地位;温度高于30益、转速低于700r/min,转速对干气水露点的影响处于主导地位。本实验条件下,脱水温度控制在30~40益之间,旋转床的转速控制在600~800r/min之间,会取得最佳的脱水效果。

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