天然气三甘醇脱水溶液起泡影响因素分析

引言：

三甘醇溶液主要用于吸收天然气中的水蒸气，但由于需要循环使用，三甘醇溶液会受到污染，并出现严重的起泡现象，这些泡沫不仅会消耗大量的三甘醇溶液，还会影响整个脱水系统。但三甘醇的发泡特性仍是工业生产中一项重要环节，因此需要研究三甘醇溶液起泡的不同影响因素，以促进生产。

一、天然气三甘醇脱水溶液起泡机理

泡沫的形成与溶液的表面张力密切相关。纯净液体通常难以形成稳定泡沫，但当溶液中存在表面活性剂或杂质时，其表面张力显著降低，气液界面形成稳定膜结构，导致泡沫生成。三甘醇本身具有一定表面张力，但在吸收天然气中的杂质后，体系表面自由能降低，泡沫稳定性增强。

天然气中的气体与三甘醇溶液接触时，气体被包裹在液体中形成气泡。杂质中的表面活性物质吸附于气液界面，降低界面能，使气泡不易破裂。三甘醇溶液的黏度及杂质形成的保护膜延缓气泡合并与排液过程，进一步稳定泡沫 [1]。

二、天然气三甘醇脱水溶液起泡影响因素

（一）体系因素

1. 凝析油

凝析油主要由烃类组分构成，其中重烃组分如碳原子数较高的烷烃、芳香烃等是引发起泡的核心因素。当凝析油混入三甘醇溶液后，重烃组分的高沸点特性使其难以通过常规再生过程完全去除，悬浮于溶液表面。

纯净的三甘醇溶液的表面张力约为 40^～50mN/m ，当加入 0.1% 质量分数的凝析油后，表面张力会降至 30^～35mN/m 。表面张力降低导致泡沫形成所需的能量减少，更易形成稳定泡沫。凝析油中的长链烃类，如 烷烃），可使三甘醇溶液表面黏度增加 20%^～40% 。表面黏度的提升阻碍了泡沫液膜中液体排液过程，从而使得泡沫持续存在。烃类分子在气液界面定向排列会形成保护膜，抑制气泡合并。例如，当凝析油浓度达 0.05% 时，泡沫的半衰期可延长至 30 分钟，纯净溶液为10 分钟，导致泡沫持久存在。

2. 无机盐

无机盐主要影响的是三甘醇溶液的表面张力、起泡倾向、流变性以及泡沫稳定性。无机盐会降低三甘醇溶液的表面张力从而形成气泡，例如，含氯离子的 NaCl、 CaCl₂ 及含碳酸根的 NaHC0₃ 在特定浓度下可显著增加溶液的发泡高度。当 NaCl 浓度在 750～1250mg/L 时，三甘醇发泡高度达到峰值； NaHCO₃ 在1000～1500mg/L 时发泡最严重，而 CaCl₂ 的影响相对较小（最大发泡浓度约为500mg/L ）。这一现象与离子类型及浓度对表面自由能的调节作用相关：钙离子（ ⋅Ca²⁺, ）较钠离子 (Na⁺) ）对表面张力的影响更大，碳酸根离子（ (CO₃^2-⋅) ）的作用强于氯离子（ (Cl^-) ），从而更易形成稳定泡沫。无机盐浓度升高会降低三甘醇溶液的流变性，从而减缓泡沫液膜的排水速率，进而增强泡沫稳定性。

3. 含水率

三甘醇本身具有一定的表面活性，但其起泡能力较弱。当溶液中含水率升高时，水分子会进一步降低溶液表面张力。低表面张力环境有利于泡沫的形成与稳定，尤其当含水率超过临界值时，溶液的发泡能力显著增强。贫三甘醇含水率低于 1.5% 、富三甘醇含水率在 3.5%～7.5% 时，溶液不易起泡；若含水率超出此范围，则会生成泡沫。含水率升高会导致三甘醇溶液黏度下降。低黏度环境促进气泡的生成与流动，同时削弱了气泡合并与破裂的阻力，延长泡沫寿命。

（二）环境因素

1. 温度

温度是影响三甘醇热力学性质的核心参数，工艺中的各个温度变化都会改变溶液表面张力、气体溶解度及化学反应速率，间接增加气泡概率。例如重沸器温蒂，作为三甘醇再生系统中的关键设备，其温度控制直接影响溶液纯度与稳定性。根据操作规范，重沸器温度通常控制在 177^～204^∘C 之间，严禁超过206^∘C 。当温度超过分解阈值 206^∘C 时，三甘醇会发生热分解反应，生成腐蚀性有机酸，如甲酸、乙酸，导致溶液 pH 值下降、表面张力改变，从而诱发起泡。三甘醇再生过程中，温度对杂质的行为具有显著影响。例如，超过 140^∘C 会加速溶解在溶液中的烃类挥发，特别是重烃组分 C9、C10，这些组分在高温下与甘醇形成混合溶液，显著降低表面张力，成为起泡的主要诱因[2]。

2. 压力

根据亨利定律，气体在液体中的溶解度与压力成正比。高压条件下，天然气中的 H2S、CO2、烃类等气体更易溶解于三甘醇溶液中。当压力骤降时，溶解气体快速析出，形成大量微小气泡，降低溶液表面张力，生成泡沫。高压环境下还会增加三甘醇溶液流体流速，会在设备狭窄处产生湍流，如塔板、管道弯头。湍流剪切力会将溶液拉伸成薄膜，增加气液接触面积，为泡沫提供良好的生成环境。同时，高速流体携带的微小液滴或固体颗粒可吸附表面活性剂，进一步稳定泡沫结构。

3. 气体流速

当天然气通过接触塔或吸收塔时，高速气流对溶液产生强烈的机械剪切力。流速越大，剪切应力越强，溶液中的微小气泡被迅速拉伸、破碎并重新聚合成更大泡沫。高流速下，气液两相的湍流强度会增加，液体表面更新频率加快，促进气体向液相的溶解与扩散。三甘醇溶液的表面张力较低，有利于水分吸收。但气体流速过高会扰乱溶液表面的分子排列，局部表面张力梯度增大，导致泡沫膜厚度不均，稳定性增强。

结论：通过对天然气三甘醇脱水溶液起泡影响因素的全面分析，本研究得出以下结论：三甘醇脱水溶液的起泡现象是多因素共同作用的结果，主要受操作条件中的温度、压力以及天然气杂质成分，如凝析油、无机盐等因素的显著影响。各因素之间存在的协同或抑制作用进一步增加了起泡机理的复杂性。

参考文献：

[1] 兰启奎 , 汪年斌 , 赵江涵 , 等 . 天然气三甘醇脱水工艺节能降碳及优化研究 [J]. 中国石油和化工标准与质量 ,2025,45(10):170-171+174.

[2] 杨楠 , 刘佳 , 陈星 , 等 . 天然气脱水三甘醇溶液起泡影响与抑泡措施研究进展 [J]. 辽宁化工 ,2023,52(11):1664-1668+1672.