CN112619380B - 一种节能环保型的三甘醇脱水装置及脱水工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种节能环保型的三甘醇脱水装置。主要解决了现有三甘醇脱水装置脱水效果差及能耗高不环保的问题。其特征在于:所述再生塔顶冷凝器塔顶换热后的甘醇溶液管线连接排放气冷却系统、超重力分离缓冲系统；超重力分离缓冲系统的甘醇出口管线连接闪蒸罐；闪蒸罐罐底管线连接过滤器、换热器、再生塔及重沸器、甘醇贫液缓冲罐；甘醇贫液缓冲罐罐底管线通过气体/甘醇换热器连接吸收塔塔顶侧面管线；再生塔塔顶出口管线连接排放气冷却系统塔顶进口管线；排放气冷却系统气体出口连接真空压缩机组系统气体进口。该节能环保型的三甘醇脱水装置及脱水工艺，能够提高脱水效果，降低设备运行能耗，避免环境污染，消除安全隐患。

Description

一种节能环保型的三甘醇脱水装置及脱水工艺

技术领域

本发明涉及石油工程技术领域，特别涉及一种节能环保型的三甘醇脱水装置及脱水工艺。

背景技术

三甘醇脱水装置是利用三甘醇溶液吸湿性强的特点，在脱水塔中吸收气体中的水分，达到干燥气体的目的；吸收了水分的三甘醇溶液再经过加热方式脱除掉水分实现再生，循环使用。

常规三甘醇脱水装置的工艺流程如图1所示，由于三甘醇分解温度为206℃常规三甘醇脱水装置只能加热到200℃进行三甘醇再生，此时三甘醇的再生浓度为98.9％，脱水效果较低，露点降仅为20-40℃，为提高脱水效果，常规装置采用加汽提气方式进一步提浓，当汽提气管线(107)汽提气流量为20-200m³/h时，甘醇再生浓度为99.3-99.9％，露点降为40-70℃，这部分汽提气在再生塔顶直接排入大气，再生塔顶排放气的成分有天然气、溶解于甘醇中经加热汽化出来的烃类、醇类及水蒸汽等，尤其是天然气中的芳香烃极易溶于三甘醇中，这类芳香烃为苯、甲苯、二甲苯，被现代医学已经明确认定是致癌物质，它们的沸点是80-150℃，低于三甘醇的200℃再生加热温度，它们会随着水蒸汽一起从三甘醇溶液中汽化出来并扩散到大气中，不仅造成资源浪费，增加运行能耗，还会严重污染环境，危害人类健康，存在安全防火隐患，因此采用常规三甘醇脱水装置的集气站、净化厂经常能闻到刺鼻的气味。

三甘醇需要常温高压脱水，高温常压再生。为保证脱水效果及满足设备使用要求，三甘醇脱水装置配套有多种形式的换热器：管壳式、板式、套管式、盘管式、翅片式等，许多热量被浪费，散失到大气中。三甘醇的分解温度仅为206℃，三甘醇的再生温度为200℃时，在加热炉管部位容易产生局部过热现象或由于温度控制不当造成三甘醇的分解。为避免三甘醇分解的酸性产物腐蚀设备，还需要定期加入PH调节剂和缓蚀剂。

因此，这种常规三甘醇脱水装置的缺点是脱水效果差，设备运行能耗较高，排放气污染环境，危害人类健康，存在极大的安全隐患。

发明内容

本发明在于克服背景技术中存在的现有三甘醇脱水装置脱水效果差及能耗高、不环保的问题，而提供一种节能环保型的三甘醇脱水装置，该装置能够提高脱水效果，降低设备运行能耗，避免环境污染，消除安全隐患。本发明还提供了一种节能环保型的三甘醇脱水工艺。

本发明解决其问题可通过如下技术方案来达到：一种节能环保型的三甘醇脱水装置，包括吸收塔，所述吸收塔塔底管线通过甘醇泵连接再生塔顶冷凝器，所述再生塔顶冷凝器塔顶换热后的甘醇溶液管线连接排放气冷却系统、超重力分离缓冲系统；超重力分离缓冲系统的甘醇出口管线连接闪蒸罐；闪蒸罐罐底管线连接过滤器、换热器、再生塔及重沸器、甘醇贫液缓冲罐；甘醇贫液缓冲罐罐底管线通过气体/甘醇换热器连接吸收塔塔顶侧面管线；再生塔塔顶出口管线连接排放气冷却系统塔顶进口管线；

所述排放气冷却系统包括冷却外管、冷却内管、缓冲罐；冷却外管中心装有冷却内管；冷却外管顶部开口为排放气进口；冷却外管外壁有外翅片；冷却内管顶部穿过冷却外管外壁的弯头开口端为甘醇出口；冷却内管外壁中、上部有内翅片；冷却外管、冷却内管下端通过缓冲罐顶部中心穿入缓冲罐，缓冲罐外部设置有罐体保温壳；缓冲罐底部开有液体出口，冷却内管底部穿过缓冲罐外壁的弯头开口端为甘醇进口；缓冲罐上部开有气体出口；甘醇出口连接超重力分离缓冲系统下部甘醇进口；气体出口连接真空压缩机组系统气体进口管线。

所述超重力分离缓冲系统包括罐体，所述罐体右端上部连接气液分离段主体，分离段主体上部接有气液进口，气液进口连接超重力分离旋管，超重力分离旋管内壁上分布若干排气孔；罐体内左端装有精细分离除雾组件，精细分离除雾组件对应罐体上开有气体出口，气体出口与背压阀相连，气体出口下部罐体上开有液体出口；罐体右端下部设有甘醇进口、甘醇出口；堰板右侧罐体下部装有甘醇换热盘管。

所述真空压缩机组系统包括增压泵、增压缸；增压泵一端通过阀门与液体进口相连，另一端通过高压液进口与进液腔体相连；进液腔体右侧与扩大管小直径端相连，进液腔体左侧通过密封环与进气腔体相连；进气腔体左侧上部与电动推杆相连，左侧中部通过密封环与气体进口管线相连；气体进口管线左侧与真空压力变送器相连；电动推杆固定在进液腔体及扩大管上，扩大管大直径端与混合液出口相连；增压泵、阀门固定在橇座上；所述增压缸缸体外端左右两侧分别连接管线，左侧管线上侧开有补气口，左侧管线出口为气体进口；补气口通过真空压力变送器、补气阀与气体出口相连；增压缸右侧管线上开有气体出口；增压缸通过单向阀分别与气体进口、气体出口相通；位于增压缸内的增压活塞通过活塞杆与位于动力缸内的动力活塞连接；动力缸缸体内部的左、右两侧设置有换向阀A、换向阀B；动力缸缸体左端另一侧连接管线端头为驱动气进口，管线上连接调速阀；动力缸通过单向阀、调速阀与驱动气进口相通，动力缸通过单向阀与驱动气出口相通；换向阀A、换向阀B分别通过换向模块与驱动气进口和驱动气出口相通；

所述真空压缩机组系统有7个接口：气体进口与超重力分离器分离缓冲系统气体出口相连，气体出口与低压燃料气管线相连，驱动气进口与高压燃料气管线相连，驱动气出口与低压燃料气管线相连；气体进口管线与排放气冷却系统气体出口相连，混合液出口与超重力分离器分离缓冲系统的气液进口相连，液体进口与超重力分离器分离缓冲系统的液体出口相连。

所述排放气冷却系统有5个接口，其甘醇进口与再生塔顶冷凝器出口连接；气体出口与真空压缩机组系统气体进口管线连接；排放气进口与再生塔排放气出口相连；甘醇出口与超重力分离缓冲系统下部甘醇进口相连；液体出口与站内污水管线相连；

所述超重力分离缓冲系统有5个接口，气液进口与真空压缩机组系统混合液出口相连；气体出口与真空压缩机组系统气体进口相连；液体出口一路与污水管线相连，另一路与真空压缩机组系统液体进口相连；下部甘醇进口与排放气冷却系统甘醇出口相连；甘醇出口与闪蒸罐甘醇进口管线相连。

本发明还提供了一种三甘醇脱水工艺方法，包括以下步骤：

1)进入吸收塔下部要干燥的气体，在吸收塔内自下而上与吸收塔顶部下行的甘醇溶液逆流接触，气体中的水分被甘醇溶液吸收后进入气体/甘醇换热器与甘醇溶液换热后离开装置；吸收了水分的甘醇溶液从吸收塔下部通过甘醇泵进入再生塔顶冷凝器，换热后的甘醇溶液依次进入排放气冷却系统、超重力分离缓冲系统进行换热升温后进入闪蒸罐进行闪蒸分离；含有水分和部分烃类的排放气在再生塔顶依次进入排放气冷却系统、真空压缩机组系统、超重力分离缓冲系统；真空压缩机组系统通过排放气冷却系统与再生塔塔顶管线相连，将再生塔内部变成真空环境，压力控制在10-100kPa(A)，调整燃烧器将重沸器的操作温度控制在160-200℃，同时将气体出口增压到110-400kPa(A)；再生塔排放气被冷凝降温、增压、气液分离，气体进入燃料气系统、液体进入污水系统；

2)在闪蒸罐内分离出的甘醇溶液进入过滤器过滤分离出其中的杂质后进入甘醇贫/富液换热器，换热后甘醇溶液在重沸器内被燃烧器加热到160-200℃，结合真空压缩机组系统产生的真空进行再生；再生后的甘醇溶液进入甘醇贫液缓冲罐内散热并储存，然后经过换热降温后通过甘醇泵增压后进入气体/甘醇换热器，换热降温后从上部进入吸收塔，循环脱水；

3)通过再生塔顶冷凝器换热后的甘醇溶液通过底部甘醇进口进入排放气冷却系统冷却内管上行，再生塔排放气由顶部进入排放气冷却系统下行；排放气在冷却外管、冷却内管及内翅片所组成的通道内螺旋向下通过，其中的水蒸汽等低沸点物质被低温的空气和甘醇冷凝成液体，并在冷却内管与内翅片构成的V形沟槽内靠近冷却内管一侧向下流动，甘醇溶液在常温下用来冷却排放气；甘醇溶液回收再生塔排放气的热量后温度由20-50℃提高到40-70℃，同时排放气的温度由90-100℃降低到40-80℃；升温后的甘醇溶液通过甘醇出口通过甘醇进口管线进入超重力分离缓冲系统作为热源；

冷凝下的液体向下流到缓冲罐内，缓冲罐气体通过罐内上部的除雾器除去10微米以上的液体后通过气体出口进入真空压缩机组系统作为气源；

4)来自真空压缩机组系统的气液混合物由切线方向通过超重力分离缓冲系统的气体进口进入方型超重力分离旋管中，在离心力的作用上，密度大的被甩到外侧，气体在里侧通过排气孔排出，经过聚结分离填料后气体中的大液滴再次聚结，再经过精细分离除雾组件，将气体中微米级的液滴分离，分离精度105微米，分离效率≥99％，气体进入真空压缩机组系统的气体进口；液体通过下部设有的甘醇换热盘管降温后通过堰板进入缓冲区后，当液位到达上限时通过液体出口进入污水管线中；

甘醇换热升温后进入闪蒸罐进行闪蒸分离；超重力分离缓冲系统下部设有甘醇换热盘管，通过甘醇回收下部液体的热量，液体送到污水系统集中处理；超重力分离缓冲系统设有温度计、压力表、液位计、安全阀，当系统超出设定压力时，安全阀启跳保护系统安全。

本发明与上述背景技术相比较可具有如下有益效果：

1)本发明三甘醇脱水装置中排放气冷却系统将再生塔排放气温度降低，大量水蒸汽冷凝成液态水，降低真空压缩机组系统及超重力分离缓冲系统的运行负荷，避免更多的水分进入燃料气系统造成燃烧器熄火等安全事故，同时回收排放气的热量将甘醇溶液加热，减少燃料气消耗，达到节能效果，甘醇溶液还具有防止液态水在冬季冰冻堵塞管路的作用。

2)本发明三甘醇脱水装置中真空压缩机组系统将再生塔的操作压力降低，获得比常规工艺更高的三甘醇再生浓度，最高可达99.9％，露点降可达70℃，提高了装置的脱水效果；取消汽提气，减少天然气的消耗；在保证脱水效果的同时可以降低三甘醇的加热温度10-40℃，避免炉管局部温度过高时造成三甘醇的分解，节约了燃料，降低能耗，避免环境污染；真空压缩机组系统同时将排放气(液)增压到110-400kPa(A)，使其可以进入后续相应系统中进行回收处理，无污染物排放。

3)本发明三甘醇脱水装置中超重力分离缓冲系统将气液充分分离，回收气体做为燃料气使用；超重力分离缓冲系统下部设有液相盘管换热器，通过甘醇回收下部液体的热量，同时可以防止污水在冬季被冰冻，液体送到污水系统集中处理，做到天然气等烃类零排放，避免环境污染，消除安全隐患。

4)本发明适用于对油气田天然气、煤层气、伴生气、页岩气和煤制天然气等气体进行三甘醇脱水。

附图说明

附图1为常规三甘醇脱水装置及工艺流程；

附图2为本发明的三甘醇脱水装置及工艺流程；

附图3为本发明排放气冷却系统的结构示意图；

附图4为附图3局部Ⅳ放大示意图；

附图5为本发明真空压缩机组系统的结构示意图；

附图6为本发明超重力分离缓冲系统的结构示意图；

附图7为附图5局部Ⅴ放大示意图。

图中：1吸收塔；2甘醇泵；3、再生塔顶冷凝器；4、闪蒸罐；5、机械过滤器；6、活性炭过滤器；7、甘醇贫/富液换热器；8、再生塔；9、重沸器；10、燃烧器；11、甘醇贫液缓冲罐；12、气体/甘醇换热器；13、排放气冷却系统；14、真空压缩机组系统；15、超重力分离缓冲系统；16、排放气进口；17、甘醇出口；18、空气出口；19、冷却外管；20、外翅片；21、冷却内管；22、内翅片；23、外翅片保温壳；24、风门；25、气体出口A；26、除雾器；27、温度表；28、真空压力表；29、液位计；30、液体出口A；31、缓冲罐；32、罐体保温壳；33、甘醇进口A；34、气体进口；35、气体出口B；36、驱动气出口；37、驱动气进口；38、调速阀；39、换向模块；40、换向阀A；41、换向阀B；42、动力缸；43、动力活塞；44、活塞杆；45、增压活塞；46、增压缸；47、补气口；48、补气阀；49、真空压力变送器；50、控制系统；51、气液进口；52、方型超重力分离旋管；53、排气孔；54、聚结分离填料；55、倾斜板；56、折流板；57、甘醇换热盘管；58、甘醇进口；59、甘醇出口A；60、温度表；61、压力表；62、罐体；63、精细分离除雾组件；64、气体出口；65、背压阀；66、堰板；67、液位计A；68、液体出口；69、真空压力变送器A；70、气体进口管线；71、进气腔体；72、电动推杆；73、进液腔体；74、环隙空间；75、扩大管；76、混合液出口；77、高压液进口；78、增压泵；79、阀门；80、液体进口；81、橇座；101、湿气进口管线；102、干气出口管线；103、甘醇富液管线；104、甘醇贫液管线；105、再生塔顶排放气管线；106、高压燃料气管线；107、汽提气管线；108、污水管线；109、低压燃料气管线。

具体实施方式

以下结合附图和实施例进一步对本发明进行说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

如图2所示，一种节能环保型的三甘醇脱水装置，包括吸收塔1、排放气冷却系统13、真空压缩机组系统14、超重力分离缓冲系统15；所述吸收塔1塔底甘醇富液管线103通过甘醇泵2连接再生塔顶冷凝器3；所述再生塔顶冷凝器3塔顶换热后的甘醇溶液管线连接排放气冷却系统13、超重力分离缓冲系统15；所述超重力分离缓冲系统15的甘醇出口A59通过甘醇富液管线连接闪蒸罐4；闪蒸罐4罐底管线连接机械过滤器5、活性炭过滤器6、甘醇贫/富液换热器7、再生塔8及重沸器9、甘醇贫液缓冲罐11，重沸器9连接燃烧器10；甘醇贫液缓冲罐11罐底甘醇贫液管线104通过甘醇贫/富液换热器7、甘醇泵2、气体/甘醇换热器12连接吸收塔1塔顶侧面管线；气体/甘醇换热器12罐底连接干气出口管线102；再生塔顶排放气管线105连接排放气冷却系统13塔顶排放气进口16；排放气冷却系统13气体出口A25连接真空压缩机组系统14气体进口管线70；

如图3、4所示，所述排放气冷却系统13有5个接口，其甘醇进口A33与再生塔顶冷凝器3出口连接；气体出口A25与真空压缩机组系统14气体进口管线70连接；排放气进口16与再生塔顶排放气管线105相连；甘醇出口17与超重力分离缓冲系统15下部甘醇进口58相连；液体出口A30与污水管线108相连；

所述排放气冷却系统13包括冷却外管19、冷却内管21、缓冲罐31；冷却外管19中心装有冷却内管21；冷却外管19顶部开口为排放气进口16；冷却外管19外壁焊有45°倾角的螺旋式金属外翅片20，通过空气对流散热冷却；冷却内管21顶部穿过冷却外管19外壁的弯头开口端为甘醇出口17；冷却内管21外壁中、上部焊有45°倾角的螺旋式金属内翅片22，内翅片22上部设有堰板，翅片可增加传热面积，提高传热效果；冷却内管21的介质是甘醇溶液；外翅片20外部设置有外翅片保温壳23，外翅片保温壳23可以为3段，在气温0℃、－10℃、－20℃时分别加装；外翅片保温壳23与外翅片20外沿的间距可调，外翅片保温壳23与外翅片、冷却外管组成螺旋通道，外翅片保温壳23顶部设有空气出口18，在自然风力作用下产生负压抽力(烟囱效应)，空气在通道上升的过程通过外翅片和冷却外管与排放气换热，空气被加热温度提高密度变小也更容易上升；外翅片保温壳23下方设有风门24，在冷却外管19内设有温度表27，当排放气温度低于5℃时，自动或人工调节风门，控制冷空气流量，避免排放气结冰冻堵；冷却外管19、冷却内管21下端通过缓冲罐31顶部中心穿入缓冲罐31，缓冲罐31外部设置有罐体保温壳32；缓冲罐31底部开有液体出口A30，冷却内管21底部穿过缓冲罐31外壁的弯头开口端为甘醇进口A33；缓冲罐31连接有真空压力表28、液位计29；缓冲罐31内部冷却外管19底部水平设置有除雾器26；缓冲罐31上部开有气体出口A25，气体出口A25位于除雾器26上方；甘醇出口17连接超重力分离缓冲系统15下部甘醇进口58；气体出口A25连接真空压缩机组系统14气体进口管线70。

如图5、图7所示，所述真空压缩机组系统14有7个接口：气体进口34与超重力分离缓冲系统15气体出口64相连，气体出口B35与低压燃料气管线109相连，驱动气进口37与高压燃料气管线106相连，驱动气出口36与低压燃料气管线109相连；气体进口管线70与排放气冷却系统13气体出口A25相连，混合液出口76与超重力分离缓冲系统15的气液进口51相连，液体进口80与超重力分离缓冲系统15的液体出口68相连。

所述真空压缩机组系统14，包括增压泵78、增压缸46；增压泵78一端通过阀门79与液体进口80相连，另一端通过高压液进口77与进液腔体73相连；进液腔体73右侧内壁为双曲线结构，与扩大管75小直径端相连，进液腔体73左侧通过密封环与进气腔体71相连；进气腔体71右侧为8-15°收缩角的喷口，与进液腔体73右侧之间的空间为环隙空间74，进气腔体71左侧上部与电动推杆72相连，左侧中部通过密封环与气体进口管线70相连；气体进口管线70左侧端口处连接真空压力变送器A69；电动推杆72固定在进液腔体73及扩大管75上；扩大管75扩张角为6-10°长度为其小口直径的3-8倍，扩大管75大直径端与混合液出口76相连；增压泵78、阀门79固定在橇座81上。所述增压缸46缸体外端左右两侧分别连接管线，左侧管线上侧有补气口47，左侧管线出口为气体进口34；补气口47通过真空压力变送器49、补气阀48与气体出口B35相连；增压缸46右侧管线上开有气体出口B35；增压缸46通过单向阀分别与气体进口34、气体出口B35相通；位于增压缸46内的增压活塞45通过活塞杆44与位于动力缸42内的动力活塞43连接；动力缸42缸体内部的左、右两侧设置有换向阀A40、换向阀B41；动力缸42缸体左侧连接两条管线端头分别为驱动气进口37、驱动气出口36；驱动气进口37管线上连接调速阀38；动力缸42通过单向阀和调速阀38与驱动气进口37相通，动力缸42通过单向阀与驱动气出口36相通；换向阀A40、换向阀B41分别通过换向模块39与驱动气进口37和驱动气出口36相通；控制系统50通过电缆分别与调速阀38、补气阀48、真空压力变送器49、真空压力变送器A69、电动推杆72、增压泵78相连。

所述真空压缩机组系统14也可以往复式、螺杆式、罗茨、滑阀、液环、旋片、同步回转等机械式及喷射真空/压缩泵等多种型式组成的单级或多级将进口减压、将出口增压的真空压缩机组；特别是(包括而不限于)本发明所述的采用高压液体(或气体)作为动力源在进口抽吸真空，吸入排放气(或气液混合物)并增压的真空压缩泵。本发明是以二级真空压缩为实例，其它采用一级或多级真空压缩可以用于代替本发明的二级真空压缩。

如图6所示，所述超重力分离缓冲系统15有5个接口，气液进口51与真空压缩机组系统14混合液出口76相连；气体出口64与真空压缩机组系统14的气体进口34相连；液体出口68一路与污水管线108相连，另一路与真空压缩机组系统14的液体进口80相连；下部甘醇进口58与排放气冷却系统甘醇出口17相连；甘醇出口A59与闪蒸罐4甘醇进口管线103相连；

所述超重力分离缓冲系统15包括罐体62，所述罐体62右端上部连接气液分离段主体，分离段主体上部接有气液进口51，气液进口51连接方型重力分离旋管52，方型重力分离旋管52内壁上分布若干排气孔53；分离段主体底部内壁周向布置有聚结分离填料54；聚结分离填料54下部平行设置若干与水平方向呈70-85°角度的倾斜板55，用于减缓上部旋流液体的旋转速度，防止对下部罐体内液面的冲击；罐体62内左端装有精细分离除雾组件63，精细分离除雾组件63对应罐体上开有气体出口64，气体出口64与背压阀65相连，气体出口64下部罐体上开有液体出口68，液体出口68与站内污水管线108相连，罐体62右端下部设有甘醇进口58、甘醇出口A59；精细分离除雾组件63下部罐体竖直设有堰板66；堰板66右侧罐体下部装有甘醇换热盘管57，甘醇换热盘管57中部设置折流板56；罐体外部装有液位计A67；罐体上部接有温度表60、压力表61。

应用节能环保型的三甘醇脱水装置进行脱水的工艺方法为：

1)将需要被干燥的气体(然气、煤层气、伴生气、页岩气和煤制天然气等)通过湿气进口管线101从下部进入吸收塔1，在吸收塔内自下而上逐层通过塔板(或填料)与吸收塔1顶部下行的甘醇溶液逆流接触，气体中的水分被甘醇溶液吸收，然后进入气体/甘醇换热器12与甘醇溶液换热后离开装置，吸收了水分的甘醇溶液从吸收塔1下部进入甘醇泵2为甘醇泵提供动力，进入再生塔顶冷凝器3，换热后的甘醇溶液依次进入排放气冷却系统13、超重力分离缓冲系统15进行换热升温后进入闪蒸罐4，在闪蒸罐4内分离出的气体作为燃料气使用，分离出的甘醇溶液依次进入机械过滤器5、活性炭过滤器6过滤分离出其中的杂质后，进入甘醇贫/富液换热器7，换热后进入再生塔8及重沸器9内，甘醇溶液在重沸器内被燃烧器加热到160-200℃，结合真空压缩机组系统14产生的真空进行再生；此时再生浓度为99-99.9％；再生后的甘醇溶液进入甘醇贫液缓冲罐11内散热并储存，然后进入甘醇贫/富液换热器7，换热降温后通过甘醇泵2增压，然后进入气体/甘醇换热器12，换热降温后从塔顶侧面管线进入吸收塔1，循环脱水。为提高脱水效果，含有水分和部分烃类的排放气在再生塔8顶依次进入排放气冷却系统13、真空压缩机组系统14、超重力分离缓冲系统15，再生塔排放气被冷凝降温、增压、气液分离，气体进入燃料气系统、液体进入污水系统。

2)通过再生塔顶冷凝器3换热后的甘醇溶液通过底部甘醇进口A33进入排放气冷却系统13冷却内管上行，再生塔8排放气由顶部进入排放气冷却系统13下行；冷却外管19外壁焊有45°倾角的螺旋式金属翅片，通过空气对流散热冷却，冷却外管内设冷却内管，冷却内管外壁焊有45°倾角的螺旋式金属翅片，翅片上部设有堰板，翅片可增加传热面积，提高传热效果，冷却内管的介质是甘醇溶液，甘醇溶液在常温下用来冷却排放气，其中的水蒸汽等低沸点物质被低温的空气和甘醇冷凝成液体，并在冷却内管与内翅片构成的V形沟槽内靠近冷却内管一侧向下流动，受离心力的作用，密度大的液体会更趋向外侧，在内翅片上沿设堰板阻止液体甩到冷却外管上，由于甘醇来液的温度在20℃以上，即可以在常温下用来冷却排放气，还可以在冬季极冷情况下加热被外管空气过度冷却的排放气，避免排放气中的水结冰冻堵。甘醇溶液回收再生塔排放气的热量后温度由20-50℃提高到40-70℃，同时排放气的温度由90-100℃降低到40-80℃；升温后的甘醇溶液通过甘醇出口17通过甘醇进口58管线进入超重力分离缓冲系统15作为热源；

排放气冷却系统设有3段外翅片保温壳，在气温0℃、－10℃、－20℃时分别加装(气温在0℃以上时无须安装)，保温壳与外翅片外沿的间距可调，外翅片保温壳与外翅片、冷却外管组成螺旋通道，高处设有空气出口18，在自然风力作用下产生负压抽力(烟囱效应)，空气在通道上升的过程通过外翅片和冷却外管与排放气换热，空气被加热温度提高密度变小也更容易上升。在通道下方设有风门，在冷却外管内设有温度计，当排放气温度低于5℃时，自动或人工调节风门，控制冷空气流量，避免排放气结冰冻堵。

冷凝下的液体向下流到缓冲罐内，当液位到达上限时，自动或手动启动阀门(或泵)将液体排出，缓冲罐外敷保温壳；缓冲罐气体通过罐内上部的除雾器除去10微米以上的液体后通过气体出口A25进入真空压缩机组系统14作为气源。

3)来自排放气冷却系统13气体出口A25的气体通过气体进口管线70进入真空压缩机组系统14作为气源；真空压缩机组系统14将超重力分离缓冲系统15液体出口68提供的液体通过增压泵78增压到0.3-3MPa后，从进液腔体进入，高速通过收缩角为120°双曲线的右侧腔体与进气腔体71右侧收缩角为8-15°喷口构成的环隙空间，卷吸气源混合后，进入扩张角为6-10°的扩大管75，速度降低、动能转换为压力能，压力提高到110-400kPa(A)通过混合液出口76进入超重力分离缓冲系统15气液进口51，进气腔体71可由电动推杆72驱动前后移动，调节环隙空间的截面大小，改变高压液体的流速，从而调节吸入口的真空度为10-100kPa(A)，采用这种混合器可以吸入液体，液环或同步回转等真空压缩机组可少量进入液体。

来自高压燃料气管线106的压力为0.2－5.0MPa的高压气由真空压缩机组系统14驱动气进口37通过调速阀38进入动力缸42内动力活塞43右侧，推动动力活塞43向左运动，动力活塞43通过活塞杆44推动增压活塞45向左运动，来自超重力分离缓冲系统15气体出口64的气体通过气体进口34被吸入到增压缸46内增压活塞45右侧，气体进口34前端被抽吸成真空，通过控制系统50、真空压力变送器49及调速阀38将前端压力控制在10-100kPa(A)；同时增压缸46内增压活塞45左侧的气体被增压到110-400kPa(A)后通过气体出口B35离开进入低压燃料气管线109中；当动力活塞43运动到动力缸42左侧时，推动换向阀A40通过换向模块39换向，动力缸42内动力活塞43右侧的驱动气通过驱动气出口36排到低压燃料气管线109中，同时高压气通过驱动气进口37进入动力缸42内动力活塞43左侧，推动动力活塞43向右侧运动，动力活塞43通过活塞杆44推动增压活塞45向右侧运动，气体通过气体进口34被吸入到增压缸46内增压活塞45左侧，气体进口34前端被抽吸成真空，通过控制系统50、真空压力变送器49及调速阀38将前端压力控制在10-100kPa(A)；同时在增压缸46内增压活塞45右侧的气体被增压到110-400kPa(A)后通过气体出口B35离开；当动力活塞43运动到动力缸42右侧时，推动换向阀B41通过换向模块39换向，如此反复循环；当气体进口34前端压力低于设定压力时，控制系统50开启补气阀48补气，驱动气可以采用高压天然气或压缩空气，高压天然气驱动后可回收作为低压燃料气，压缩空气直接放空。

真空压缩机组系统14通过排放气冷却系统13与再生塔顶排放气管线105连接，将再生塔内部变成真空环境，压力控制在10-100kPa(A)，调整燃烧器10将重沸器9的操作温度控制在160-200℃，同时将气体出口增压到110-400kPa(A)后进入低压燃料气管线109，控制系统50通过真空压力变送器49、真空压力变送器A69、调速阀38、补气阀48、增压泵78、电动推杆72调节进口及出口压力，真空压缩机组系统14可实现将入口减压，出口增压的目的。

4)在超重力分离缓冲系统15入口设有超重力分离段，来自真空压缩机组系统14的气液混合物由切线方向通过气液进口51进入方型超重力分离旋管52中，在离心力的作用上，密度大的被甩到外侧，气体在里侧通过旋管上的排气孔53排出，经过聚结分离填料54后气体中的大液滴再次聚结，再经过精细分离除雾组件63，将气体中微米级的液滴分离，分离精度1-5微米，分离效率≥99％，气体进入真空压缩机组系统14的气体进口34；液体通过下部设有的甘醇换热盘管57降温后通过堰板66进入缓冲区后，当液体到达上限时通过液体出口68进入污水管线108中；超重力分离缓冲系统15的分离因子可达15－30g，可有效分离前段真空压缩机组系统产生的气液混合物，防止输送液体的增压泵气蚀，减少气体中携带的液态水，避免给燃料气系统带来隐患；超重力分离缓冲系统15下部设有甘醇换热盘管57，通过甘醇回收下部液体的热量，同时有防止冬季冰冻的作用，液体送到污水系统集中处理；超重力分离缓冲系统设有温度计、压力表、液位计、安全阀，当系统超出设定压力时，安全阀启跳保护系统安全。

某净化厂的天然气处理量100×10⁴Nm³/d，压力5.5MPa，温度40℃，含饱和水，要求脱水后水露点≤-15℃。采用常规工艺(如图1所示)的甘醇再生加热温度为200℃，不加汽提气时再生浓度为98.9％，循环量为1600kg/h，此时水露点仅为0.9℃，达不到脱水指标要求，因此采用常规三甘醇脱水工艺要达到指标要求必须加汽提气，增加了能耗和污染。采用本发明脱水装置后，无须加汽提气，三甘醇再生浓度达到99.7-99.8％,脱水后水露点为-16—-19.4℃,达到脱水指标要求，排放气回收，无污染物外排，能耗更低，比常规工艺低76-80％。常规工艺与采用本发明的现场运行效果及能耗对比见表1：

表1

[注1]按1Nm³天然气的发电量为3.3kW折算成天然气流量

[注2]能耗按天然气的总消耗量计算

三甘醇再生浓度越高，脱水效果越好，水露点越低，采用本发明的装置和工艺，在同样的操作温度下可以得到更高的三甘醇再生浓度，在更低的操作温度下得到与常规工艺较高的操作温度下相同的三甘醇再生浓度，能耗更低，浓度99.99％的三甘醇脱水的露点降可达70℃。调整不同操作压力及温度后获得的三甘醇再生浓度见表2。

表2

[注]操作压力为101kPaA一列是常规工艺的三甘醇再生浓度，操作压力为80、50、

30、10kPaA四列是本发明工艺的三甘醇再生浓度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。特别是本发明是以二级真空压缩为实例，其它采用一级或多级真空压缩也属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种节能环保型的三甘醇脱水装置，包括吸收塔（1），所述吸收塔（1）塔底管线通过甘醇泵（2）连接再生塔顶冷凝器（3），其特征在于：所述再生塔顶冷凝器（3）塔顶换热后的甘醇溶液管线连接排放气冷却系统（13）、超重力分离缓冲系统（15）；超重力分离缓冲系统（15）的甘醇出口A（59）管线连接闪蒸罐（4）；闪蒸罐（4）罐底管线连接过滤器、换热器、再生塔（8）及重沸器（9）、甘醇贫液缓冲罐（11）；甘醇贫液缓冲罐（11）罐底管线通过气体/甘醇换热器（12）连接吸收塔（1）塔顶侧面管线；再生塔（8）塔顶出口管线连接排放气冷却系统（13）塔顶进口管线；

所述排放气冷却系统（13）包括冷却外管（19）、冷却内管（21）、缓冲罐（31）；冷却外管（19）中心装有冷却内管（21）；冷却外管（19）顶部开口为排放气进口（16）；冷却外管（19）外壁有外翅片（20）；冷却内管（21）顶部穿过冷却外管（19）外壁的弯头开口端为甘醇出口（17）；冷却内管（21）外壁中、上部有内翅片（22）；冷却外管（19）、冷却内管（21）下端通过缓冲罐（31）顶部中心穿入缓冲罐（31），缓冲罐（31）外部设置有罐体保温壳（32）；缓冲罐底部开有液体出口A（30），冷却内管（21）底部穿过缓冲罐（31）外壁的弯头开口端为甘醇进口A（33）；缓冲罐（31）上部开有气体出口A（25）；甘醇出口（17）连接超重力分离缓冲系统（15）下部甘醇进口（58）；气体出口A（25）连接真空压缩机组系统（14）气体进口管线（70）；

所述超重力分离缓冲系统（15）包括罐体（62），所述罐体（62）右端上部连接气液分离段主体，分离段主体上部接有气液进口（51），气液进口（51）连接方型超重力分离旋管，方型超重力分离旋管（52）内壁上分布若干排气孔（53）；罐体（62）内左端装有精细分离除雾组件（63），精细分离除雾组件（63）对应罐体上开有气体出口（64），气体出口（64）与背压阀（65）相连，气体出口（64）下部罐体上开有液体出口（68）；罐体（62）右端下部设有甘醇进口（58）、甘醇出口A（59）；罐体右侧下部装有甘醇换热盘管（57）；

所述真空压缩机组系统（14），包括增压泵（78）、增压缸（46）；增压泵（78）一端通过阀门（79）与液体进口（80）相连，另一端通过高压液进口（77）与进液腔体（73）相连；进液腔体（73）右侧内壁为双曲线结构，与扩大管（75）小直径端相连，进液腔体（73）左侧通过密封环与进气腔体（71）相连；进气腔体（71）右侧端口伸入进液腔体（73）内，进气腔体（71）右侧端口为8-15°收缩角的喷口，与进液腔体（73）右侧之间的空间为环隙空间（74）；进气腔体（71）左侧上部与电动推杆（72）相连，左侧中部通过密封环与气体进口管线（70）相连；气体进口管线（70）左侧端口处连接真空压力变送器A（69）；电动推杆（72）固定在进液腔体（73）及扩大管（75）上；扩大管（75）扩张角为6-10°长度为其小口直径的3-8倍，扩大管（75）大直径端与混合液出口（76）相连；增压泵（78）、阀门（79）固定在橇座（81）上；

所述增压缸（46）缸体外端左右两侧分别连接管线，左侧管线上侧有补气口（47），左侧管线出口为气体进口（34），右侧管线上开有气体出口B（35）；补气口（47）通过真空压力变送器（49）、补气阀（48）与气体出口B（35）联通；增压缸（46）通过单向阀分别与气体进口（34）、气体出口B（35）相通；位于增压缸（46）内的增压活塞（45）通过活塞杆（44）与位于动力缸（42）内的动力活塞（43）连接；动力缸（42）缸体左侧连接两条管线端头分别为驱动气进口（37）、驱动气出口（36），驱动气进口（37）管线上连接调速阀（38）；动力缸（42）通过单向阀和调速阀（38）与驱动气进口（37）相通，动力缸（42）通过单向阀与驱动气出口（36）相通。

2.根据权利要求1所述的一种节能环保型的三甘醇脱水装置，其特征在于：所述缓冲罐（31）内部冷却外管（19）底部水平设置有除雾器（26）；气体出口A（25）位于除雾器（26）上方；缓冲罐（31）连接有真空压力表（28）、液位计（29）；外翅片（20）、内翅片（22）分别为螺旋式金属翅片；外翅片（20）、内翅片（22）的倾角皆为45º；内翅片（22）上部设有堰板；外翅片（20）外部设置有3段外翅片保温壳（23）；外翅片保温壳（23）与外翅片（20）外沿的间距可调，外翅片保温壳（23）与外翅片、冷却外管组成螺旋通道，外翅片保温壳（23）顶部设有空气出口（18）；外翅片保温壳（23）下方设有风门（24），在冷却外管（19）内设有温度表（27）。

3.根据权利要求2所述的一种节能环保型的三甘醇脱水装置，其特征在于：所述超重力分离缓冲系统（15）甘醇换热盘管（57）中部置有折流板（56）；精细分离除雾组件（63）下部罐体竖直设有堰板（66）；罐体（62）外部装有液位计A（67）；罐体上部接有温度表（60）、压力表（61）；堰板（66）右侧罐体下部为甘醇换热盘管（57）。

4.根据权利要求3所述的一种节能环保型的三甘醇脱水装置，其特征在于：超重力分离缓冲系统（15）分离段主体底部内壁周向布置有聚结分离填料（54）；聚结分离填料（54）下部平行设置若干与水平方向呈70-85°角度的倾斜板（55）。

5.根据权利要求4所述的一种节能环保型的三甘醇脱水装置，其特征在于：动力缸（42）两侧装有换向阀A（40）、换向阀B（41），换向阀A（40）、换向阀B（41）通过换向模块（39）与驱动气进口（37）和驱动气出口（36）相通；控制系统（50）通过电缆分别与真空压力变送器（49）、调速阀（38）、补气阀（48）、真空压力变送器A（69）、增压泵（78）、电动推杆（72）相连。

6.根据权利要求5所述的一种节能环保型的三甘醇脱水装置，其特征在于：所述真空压缩机组系统（14）有7个接口：气体进口（34）与超重力分离缓冲系统（15）气体出口（64）相连，气体出口B（35）与低压燃料气管线（109）相连，驱动气进口（37）与高压燃料气管线（106）相连，驱动气出口（36）与低压燃料气管线（109）相连；气体进口管线（70）与排放气冷却系统（13）气体出口A（25）相连，混合液出口（76）与超重力分离缓冲系统（15）的气液进口（51）相连，液体进口（80）与超重力分离缓冲系统（15）的液体出口（68）相连；

所述排放气冷却系统（13）有5个接口，其甘醇进口A（33）与再生塔顶冷凝器（3）出口连接；气体出口A（25）与真空压缩机组系统（14）气体进口管线（70）连接；排放气进口（16）与再生塔（8）排放气出口相连；甘醇出口（17）与超重力分离缓冲系统（15）下部甘醇进口（58）相连；液体出口A（30）与污水管线（108）相连；

所述超重力分离缓冲系统（15）有5个接口，气液进口（51）与真空压缩机组系统（14）混合液出口（76）相连;气体出口（64）与真空压缩机组系统（14）的气体进口（34）相连；液体出口（68）一路与污水管线（108）相连，另一路与真空压缩机组系统（14）的液体进口（80）相连；下部甘醇进口（58）与排放气冷却系统甘醇出口（17）相连；甘醇出口A（59）与闪蒸罐（4）甘醇进口管线（103）相连。

7.一种采用根据权利要求5-6任一项所述装置的三甘醇脱水工艺 ，其特征在于：包括以下步骤：

1）进入吸收塔下部要干燥的气体，在吸收塔内自下而上与吸收塔顶部下行的甘醇溶液逆流接触，气体中的水分被甘醇溶液吸收后进入气体/甘醇换热器（12）与甘醇溶液换热后离开装置；吸收了水分的甘醇溶液从吸收塔下部通过甘醇泵（2）进入再生塔顶冷凝器（3），换热后的甘醇溶液依次进入排放气冷却系统（13）、超重力分离缓冲系统（15）进行换热升温后进入闪蒸罐（4）进行闪蒸分离；含有水分和部分烃类的排放气在再生塔顶依次进入排放气冷却系统（13）、真空压缩机组系统（14）、超重力分离缓冲系统（15）；真空压缩机组系统通过排放气冷却系统与再生塔（8）塔顶管线相连，将再生塔内部变成真空环境，压力控制在10-100kPa(A)，调整燃烧器（10）将重沸器（9）的操作温度控制在160-200℃，同时将气体出口增压到110-400kPa(A)；再生塔排放气被冷凝降温、增压、气液分离，气体进入燃料气系统、液体进入污水系统；

2）在闪蒸罐内分离出的甘醇溶液进入过滤器过滤分离出其中的杂质后进入甘醇贫/富液换热器，换热后甘醇溶液在重沸器（9）内被燃烧器（10）加热到160-200℃，结合真空压缩机组系统（14）产生的真空进行再生；再生后的甘醇溶液进入甘醇贫液缓冲罐（11）内散热并储存，然后经过换热降温后通过甘醇泵增压后进入气体/甘醇换热器（12），换热降温后从上部进入吸收塔（1），循环脱水；

3）通过再生塔顶冷凝器（3）换热后的甘醇溶液通过底部甘醇进口A（33）进入排放气冷却系统（13）冷却内管上行，再生塔8排放气由顶部进入排放气冷却系统（13）下行；排放气在冷却外管、冷却内管及内翅片所组成的通道内螺旋向下通过，其中的水蒸汽等低沸点物质被低温的空气和甘醇冷凝成液体，并在冷却内管与内翅片构成的V形沟槽内靠近冷却内管一侧向下流动，甘醇溶液在常温下用来冷却排放气；甘醇溶液回收再生塔排放气的热量后温度由20-50℃提高到40-70℃，同时排放气的温度由90-100℃降低到40-80℃；升温后的甘醇溶液由甘醇出口（17）通过甘醇进口（58）管线进入超重力分离缓冲系统作为热源；

冷凝下的液体向下流到缓冲罐（31）内，缓冲罐气体通过罐内上部的除雾器除去10微米以上的液体后通过气体出口A（25）进入真空压缩机组系统作为气源；

4）来自真空压缩机组系统（14）的气液混合物由切线方向通过超重力分离缓冲系统（15）的气液进口（51）进入方型超重力分离旋管（52）中，在离心力的作用下，密度大的被甩到外侧，气体在里侧通过排气孔排出，经过聚结分离填料（54）后气体中的大液滴再次聚结，再经过精细分离除雾组件（63），将气体中微米级的液滴分离，分离精度1-5微米，分离效率≥99%，气体进入真空压缩机组系统的气体进口（34）；液体通过下部设有的甘醇换热盘管（57）降温后通过堰板（66）进入缓冲区后，当液位到达上限时通过液体出口（68）进入污水管线（108）中；

甘醇换热升温后进入闪蒸罐进行闪蒸分离；超重力分离缓冲系统（15）下部设有甘醇换热盘管（57），通过甘醇回收下部液体的热量，液体送到污水系统集中处理； 超重力分离缓冲系统设有温度计、压力表、液位计、安全阀，当系统超出设定压力时，安全阀启跳保护系统安全。

8.根据权利要求7所述的一种三甘醇脱水工艺，其特征在于：来自排放气冷却系统（13）气体出口A（25）的排放气通过气体进口管线（70）进入真空压缩机组系统作为气源；真空压缩机组系统将超重力分离缓冲系统（15）液体出口（68）提供的液体通过增压泵（78）增压到0.3-3MPa后，从进液腔体进入，高速通过收缩角为120°双曲线的腔体与收缩角为8-15°喷口构成的环隙空间，卷吸气源，气液混合物通过长度为其直径3-5倍的直管段后进入扩张角为6-10°的扩大管（75），速度降低、动能转换为压力能，压力提高后进入超重力分离缓冲系统（15）气液进口（51），进气腔体（71）可由电动推杆（72）驱动前后移动，调节高压液体的环隙空间，改变高压液体的流速，从而调节吸入口的真空度；

来自高压燃料气管线（106）的压力为0.2－5.0MPa的高压气由真空压缩机组系统（14）驱动气进口（37）通过调速阀（38）进入动力缸（42）内动力活塞（43）右侧，推动动力活塞（43）向左运动，动力活塞（43）通过活塞杆（44）推动增压活塞（45）向左运动，来自超重力分离缓冲系统（15）气体出口（64）的气体通过气体进口（34）被吸入到增压缸（46）内增压活塞（45）右侧，气体进口（34）前端被抽吸成真空，通过控制系统（50）、真空压力变送器（49）及调速阀（38）将前端压力控制在10-100kPa(A)；同时增压缸（46）内增压活塞（45）左侧的气液混合物被增压到110-400kPa(A)后通过气体出口B（35）离开进入低压燃料气管线（109）；当动力活塞（43）运动到动力缸（42）左侧时，推动换向阀A（40）通过换向模块（39）换向，动力缸（42）内动力活塞（43）右侧的驱动气通过驱动气出口（36）排到低压燃料气管线（109），同时高压气通过驱动气进口（37）进入动力缸（42）内动力活塞（43）左侧，推动动力活塞（43）向右侧运动，动力活塞（43）通过活塞杆（44）推动增压活塞（45）向右侧运动，气体通过气体进口（34）被吸入到增压缸（46）内增压活塞（45）左侧，气体进口（34）前端被抽吸成真空，通过控制系统（50）、真空压力变送器（49）及调速阀（38）将前端压力控制在10-100kPa(A)；同时在增压缸（46）内增压活塞（45）右侧的气体被增压到110-400kPa(A)后通过气体出口B（35）离开；当动力活塞（43）运动到动力缸（42）右侧时，推动换向阀B（41）通过换向模块（39）换向，如此反复循环；当气体进口（34）前端压力低于设定压力时，控制系统开启补气阀（48）补气，驱动气可以采用高压天然气或压缩空气，高压天然气驱动后可回收作为低压燃料气，压缩空气直接放空。