Триэтиленгликоль (ТЭГ) удаляет водяной пар из природного газа за счёт его поглощения жидким потоком гликоля. Насыщенный водой гликоль затем нагревают, чтобы испарить содержащуюся в нём влагу. После регенерации ТЭГ возвращают в технологический процесс для повторного использования.
Осушка триэтиленгликолем — наиболее распространённый метод подготовки природного газа к транспортировке по трубопроводам. Типичные требования к влагосодержанию товарного газа предусматривают не более 7 фунтов воды на миллион стандартных кубических футов газа (примерно 112 мг/ст. м³).
Зачем нужна осушка природного газа?
Природный газ выходит из скважины практически насыщенным водяным паром. По мере охлаждения газа и снижения давления в трубопроводе содержащаяся в нём влага может конденсироваться. В присутствии CO₂ или H₂S жидкая вода становится причиной коррозии трубопроводов и технологического оборудования.
Кроме того, вода может способствовать образованию твёрдых газовых гидратов, которые приводят к закупорке клапанов, измерительных приборов и трубопроводов. Осушка позволяет снизить точку росы газа по воде, чтобы предотвратить конденсацию влаги при минимальных температурах и давлениях, с которыми газ сталкивается на последующих этапах транспортировки и переработки.
Почему для осушки используют ТЭГ?
Триэтиленгликоль обладает гигроскопичными свойствами: он активно поглощает и удерживает молекулы воды. Ещё одно важное преимущество ТЭГ — высокая температура кипения, составляющая около 285 °C при атмосферном давлении.
Благодаря этому при регенерации можно испарить поглощённую воду, не доводя сам гликоль до кипения. В результате ТЭГ сохраняет жидкое состояние и может многократно возвращаться в процесс осушки.
По сравнению с этиленгликолем триэтиленгликоль имеет более высокую температуру кипения и меньшие потери на испарение. Это позволяет сократить расход гликоля и уменьшить его потери в окружающую среду.
Как работает установка осушки газа ТЭГ: пошаговый процесс
1. Предварительная сепарация газа
Влажный природный газ сначала поступает в сепаратор, где из него удаляются свободная жидкость и механические примеси. Предварительная очистка защищает установку осушки от загрязнений и обеспечивает более стабильную работу оборудования.
2. Абсорбция влаги в контактном аппарате
После предварительной сепарации газ поступает в нижнюю часть контактного аппарата (абсорбера) и движется вверх через тарелки или насадку. Навстречу ему сверху подаётся регенерированный, или бедный водой, ТЭГ с концентрацией, как правило, от 98,5 до 99,5%.
При таком противотоке газ и гликоль эффективно контактируют друг с другом. Наиболее сухой гликоль взаимодействует с уже осушенным газом в верхней части аппарата, а поступающий снизу влажный газ контактирует с более насыщенным гликолем. В результате водяной пар переходит из газовой фазы в жидкий ТЭГ, а осушенный газ покидает контактный аппарат с заданным содержанием влаги.
3. Вывод насыщенного гликоля из контактного аппарата
Поглотивший влагу ТЭГ выходит из нижней части контактного аппарата. Такой гликоль называют насыщенным, или богатым ТЭГ. Помимо воды, он может содержать некоторое количество растворённых углеводородов.
Затем гликоль поступает во флэш-сепаратор, где при более низком давлении из него выделяется основная часть растворённых углеводородов. Выделившийся газ при соответствующей подготовке может использоваться в качестве топливного.
После этого фильтры удаляют из гликоля механические примеси и продукты его разложения.
4. Регенерация ТЭГ
Перед регенерацией насыщенный гликоль проходит через теплообменник «бедный — богатый ТЭГ». В нём насыщенный гликоль предварительно нагревается, а регенерированный гликоль, возвращающийся в контактный аппарат, охлаждается.
Затем насыщенный ТЭГ поступает в кипятильник (ребойлер) и отпарную колонну, где нагревается примерно до 190–204 °C (375–400 °F). При такой температуре вода испаряется и удаляется через верхнюю часть колонны, тогда как ТЭГ остаётся в жидком состоянии.
Температуру регенерации поддерживают ниже примерно 204 °C, чтобы ограничить термическое разложение гликоля и сохранить его рабочие свойства.
5. Возврат бедного ТЭГ в контактный аппарат
После регенерации гликоль охлаждают и насосом подают обратно в верхнюю часть контактного аппарата. Там он снова поглощает влагу из природного газа, после чего цикл повторяется.
Таким образом, влажный газ поступает в контактный аппарат и выходит из него осушенным, а насыщенный водой ТЭГ направляется на регенерацию и возвращается в процесс в виде бедного ТЭГ.
Чем отличается бедный ТЭГ от насыщенного ТЭГ?
Основное различие между бедным и насыщенным триэтиленгликолем заключается в содержании воды и положении в технологическом цикле осушки.
| Насыщенный ТЭГ | Бедный ТЭГ | Характеристика |
|---|---|---|
| Высокое | Низкое | Содержание воды |
| После абсорбции | После регенерации | Стадия процесса |
| Перенос поглощённой влаги на регенерацию | Поглощение влаги из природного газа | Основная функция |
| В систему регенерации | В контактный аппарат | Направление потока |
Бедный ТЭГ — это регенерированный гликоль с низким содержанием воды, готовый к повторному использованию. Насыщенный ТЭГ — гликоль, который уже поглотил влагу из природного газа и должен пройти регенерацию.
От чего зависит степень осушки природного газа?
Конечное содержание влаги в газе после контактного аппарата определяется главным образом четырьмя факторами.
- Концентрация ТЭГ. Чем выше концентрация регенерированного гликоля, тем ниже может быть конечная точка росы газа по воде. Поэтому эффективность регенерации напрямую влияет на качество осушки.
- Расход циркулирующего ТЭГ. В качестве ориентировочного значения часто используют расход от 3 до 6 галлонов триэтиленгликоля на каждый фунт удаляемой воды. Однако фактический показатель зависит от конструкции установки и условий её эксплуатации. Недостаточная циркуляция гликоля приводит к увеличению остаточного содержания влаги в осушенном газе.
- Температура и давление в контактном аппарате. При более низкой температуре контакта в газе остаётся меньше водяного пара. Повышение давления также способствует более эффективному поглощению влаги гликолем.
- Количество ступеней контакта. Увеличение числа тарелок или высоты насадки улучшает взаимодействие газа с гликолем и способствует более полному переносу воды из газовой фазы в жидкую.
Когда требуется более глубокая осушка, применяют дополнительную отпарку с использованием газа или вакуумную регенерацию. Эти методы позволяют повысить концентрацию ТЭГ выше 99,5%.
Какие проблемы чаще всего возникают при эксплуатации установок осушки ТЭГ?
Большинство эксплуатационных проблем установок ТЭГ связано с загрязнением гликоля или нарушением температурного режима.
Попадание жидких углеводородов, механических примесей и некоторых химических реагентов может вызывать вспенивание гликоля. Это снижает эффективность контакта газа с ТЭГ и приводит к уносу гликоля потоком осушенного газа.
К другим факторам, ухудшающим качество гликоля, относятся присутствие кислорода, чрезмерно высокая температура в кипятильнике и накопление растворённых солей. Под их воздействием ТЭГ постепенно разлагается и теряет свои рабочие свойства.
Для предотвращения подобных проблем необходимо регулярно фильтровать гликоль, контролировать температуру регенерации и проверять концентрацию бедного ТЭГ. Такие меры помогают поддерживать стабильную работу установки и снижать потери гликоля.
Часто задаваемые вопросы
1- Какая концентрация ТЭГ обычно используется для осушки природного газа?
Концентрация бедного ТЭГ обычно составляет от 98,5 до 99,5% по массе. Для более глубокой осушки природного газа, как правило, требуется концентрация выше 99%.
2- Расходуется ли ТЭГ в процессе осушки природного газа?
Нет. Триэтиленгликоль непрерывно циркулирует между контактным аппаратом и системой регенерации. Однако небольшие потери неизбежны из-за испарения, уноса капель гликоля потоком газа, утечек и проведения технического обслуживания. Поэтому периодически необходимо восполнять запас ТЭГ в системе.
3- Какое содержание воды допускается в природном газе при транспортировке по трубопроводам?
Многие требования к качеству транспортируемого газа предусматривают содержание воды не более 7 фунтов на миллион стандартных кубических футов (примерно 112 мг/ст. м³). При этом точные допустимые значения устанавливаются оператором конкретного газопровода и могут различаться в зависимости от условий транспортировки.
4- Что произойдёт, если природный газ не будет должным образом осушен?
Избыточная влага в природном газе может вызвать коррозию оборудования, образование льда и накопление гидратов метана в трубопроводах и технологических установках. Кроме того, повышенное содержание воды способно осложнить последующую подготовку и переработку газа, снижая надёжность и эффективность технологических процессов.
