天然气处理工艺

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,天然气处理工艺,二九年六月,目 录,一、天然气水合物,二、甘醇法脱水,三、分子筛法脱水,四、吸收法与吸附法脱水比较,五、膜分离脱水,1,、,H,2,O,存在的危害,（,1,）,减少,商品天然气管道的,输送能力,；,（,2,）当气体中含有酸性气体时，液态水与酸性气体形成酸性水溶液,腐蚀管道和设备,；,（,3,）液态水与天然气中的某些低分子量的烃类或非烃类气体分子结合形成,天然气水合物,，从而减小管路的流通断面积、增加管路压降，严重时将造成水合物,堵塞管道，生产被迫中断；,（,4,）作为燃料使用，,降低天然气的热值,。,一、天然气水合物,2,、什么是天然气水合物,天然气水合物是在,一定温度和压力条件下,，天然气中的,甲烷、乙烷等烃类物质和硫化氢、二氧化碳等酸性组分与液态水形成的类似冰的、非化学计量的笼型晶体化合物,。,最大的危害是堵塞管道。,（,1,）物理性质,白色固体结晶，外观类似压实的冰雪；,轻于水、重于液烃,，相对密度为,0.96,0.98,；,半稳定性，在大气环境下很快分解。,一、天然气水合物,（,2,）结构,采用,X,射线衍射法对水合物进行结构测定发现，气体水合物是由多个填充气体分子的笼状晶格构成的晶体，晶体结构有三种类型：,I,、,II,、,H,型,。,2,、什么是天然气水合物,3,、天然气水合物生成条件,具有能形成水合物的气体分子,：如小分子烃类物质和,H,2,S,、,CO,2,等酸性组分,天然气中水的存在,：,液态水是生成水化物的必要条件,。天然气中液态水的来源有油气层内的地层水,(,底水、边水,),和地层条件下的汽态水。这些汽态的水蒸汽随天然气产出时温度的下降而凝析成液态水。一般而言，在井下高压高温状态下，天然气呈水水蒸气饱状态，当气体运移到井口时，特别是经过井口节流装置时，由于压力和温度的降低，使会凝析出部分的液态水，因此，在,井口节流装置或处理站节流降温处,往往容易形成水化物。,一、天然气水合物,3,、天然气水合物生成条件,足够低的温度,：,低温是形成水化物的重要条件。,气流从井底流到井口、处理厂并经过角式节流阀、孔板等装置节流后，会因压力降低而引起温度下降。温度降低不仅使汽态水凝析,(,温度低于天然气露点时,),，也为生成水化物创造了条件。,足够高的压力,：,水化物生成的温度随压力升高而升高，随压力降低而降低，也就是压力越高易生成水化物。,其它辅助条件：如气体流速和流向的突变产生的扰动、压力的波动和晶种的存在等。,一、天然气水合物,4,、防止水合物生成的方法,破坏生成水合物的必要条件即可防止水合物的生成。,1,）长距离输气管线水合物的预防措施,对于长距离输气管线要防止水合物的生成可以采用如下方法：,天然气脱水,：降低气体内水含量和露点，是防止水合物生成的最有效和最彻底的方法。,提高输送温度,：使气体温度高于水露点而不产生液态水。,注入水合物抑制剂,：,抑制剂的种类很多，有甲醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇、氯化钙水溶液等，由于使用乙二醇和二甘醇时甘醇的损失较大，而,三甘醇以它较大的露点降、技术上的可靠性和经济上的合理性,而在天然气脱水中普遍使用。,一、天然气水合物,2,）矿场采气管线和集气管线水合物的预防措施,采气管线上：,气体通过控制阀或孔板时，气体压力降低，同时发生,J-T,效应，气体膨胀降温，使节流件下游易生成水合物而堵塞管线。,集气管线：,管线的热损失使气体温度降低，使下游易生成水合物而堵塞管线。,对于矿场采气管线和集气管线要防止水合物的生成可以采用如下方法：,加热；,注入水合物抑制剂。,气体温度降低的程度是确定加热设备热负荷和水合物抑制剂用量的基础数据。,一、天然气水合物,3,）注入水合物抑制剂,某些盐和醇类溶解于水中后吸引水分子，改变水合物相的化学位，降低气体水合物生成温度和或提高水合物生成压力，从而防止生成水合物。这类物质称,水合物抑制剂,或热力学抑制剂，俗称防冻剂。,氯化物抑制剂,多数氯化物：,NaCl,、,KCl,、,MgCl,2,、,CaCl,2,和,AlCl,3,等由于,有腐蚀性并易在金属表面沉积；,只适用于处理小流量、露点要求不高的场合。,因此，在实践中很少采用。,醇类抑制剂,用作水合物抑制剂的醇类主要有：甲醇,(MeOH),、乙二醇,(EG),或二甘醇,(DEG),，三者对比：乙二醇和甲醇是最常用的水合物抑制剂。,一、天然气水合物,压缩和冷却是常用降低气体中水含量的方法，在有些井场，可利用天然气的压能获取低温以达到所要求的水露点及烃露点；在另一些情况下，它们虽然不是天然气脱水的主要方法，但也可作为辅助手段采用。,气田集输与净化厂使用的天然气脱水方法主要是甘醇法，特别是三甘醇（,TEG,）法；在需要深度脱水的工况（如生产,CNG,及,LNG,、,NGL,回收等）则使用分子筛脱水。,除这两类主要的脱水方法外，时期还曾采用,CaCl2,脱水和硅胶、氧化铝等固体吸附剂脱水；甘醇,胺法则用于同时脱硫脱水；此外，物理溶剂法也可以同时脱硫脱水之功效。国内外正在研发的膜分离脱水。,脱水深度用,露点降,表示，是指进入脱水装置前气体露点与脱水后气体露点之差。,二、甘醇法脱水,1,、甘醇法脱水概述,甘醇是乙二醇的缩聚物，称为多缩乙二醇，俗称甘醇。其化学通式为,C,n,H,2n,(OH),2,。,甘醇类化合物具有很强的吸水性,。此类包括乙二醇（,EG,）、二甘醇（,DEG,）、三甘醇（,TEG,）及四甘醇（,TREG,）等。最早用于天然气脱水的甘醇是,DEG,，但它逐渐为,TEG,所取代，因为用,TEG,脱水有更大的露点降，而且投资及操作费用较低。乙二醇主要用于注入天然气中以防止水合物的生成。,1,、甘醇法脱水概述,二、甘醇法脱水,甘醇是乙二醇的缩聚物，称为多缩乙二醇，俗称甘醇。其化学通式为,C,n,H,2n,(OH),2,。,甘醇类化合物具有很强的吸水性,。此类包括乙二醇（,EG,）、二甘醇（,DEG,）、三甘醇（,TEG,）及四甘醇（,TREG,）等。最早用于天然气脱水的甘醇是,DEG,，但它逐渐为,TEG,所取代，因为用,TEG,脱水有更大的露点降，而且投资及操作费用较低。乙二醇主要用于注入天然气中以防止水合物的生成。,2,、甘醇法脱水法工艺流程,二、甘醇法脱水,（,1,）处理无硫气的甘醇脱水装置,由于甘醇脱水装置通常气液比很高，即甘醇循环量小，且,TEG,又有较高的粘度，故吸收塔均使用,泡罩塔板,。再生塔用塔板或通用填料。三甘醇的过滤通常置于富液一侧，包括机械过滤及活性炭过滤。,2,、甘醇法脱水法工艺流程,（,2,）处理含硫气的甘醇脱水装置,2,、甘醇法脱水法工艺流程,（,1,）入口分离器,入口分离器的作用是,分出进料湿天然气内的液体和固体杂质，如：游离水、液烃、泥沙和铁锈等固体杂质以及流程上游采气、集气过程中加人气流内的各种化学剂等,。,进料湿天然气内液体和固体杂质的存在会带来以下几个方面的危害：,使塔内甘醇容易发泡、堵塞塔板。,使甘醇损失量增多，并带有腐蚀性。,使重沸器的热负荷及燃料消耗增加，火管表面局部过热和结焦等。,因此，为保证脱水质量并延长装置的使用寿命，必须在吸收操作之前进行杂质的分离。,3,、甘醇法脱水法主要设备,二、甘醇法脱水,（,2,）吸收塔,吸收塔的组成包括四部分：,底部的涤气段：与入口分离器构成两级涤气，以减小气体杂质对甘醇的污染；,中部吸收段,顶部的气贫甘醇冷却盘管：控制贫甘醇溶液与气体有合适的温差；,捕雾器,后两部分的设置都是为减少甘醇的蒸发和携带损失。,3,、甘醇法脱水法主要设备,二、甘醇法脱水,（,3,）闪蒸分离器,闪蒸分离器的作用是从甘醇富液内分出烃蒸气和凝析油。,甘醇中含烃带来的问题：含烃甘醇直接进入低压再生塔内将闪蒸出大量烃蒸气，增大再生过程的甘醇损失，甚至破坏陶瓷填料。,闪蒸分离器的操作压力大多为,0.240.34 MPa,，操作温度为,75.93,，甘醇停留时间为,15,30 min,。,3,、甘醇法脱水法主要设备,二、甘醇法脱水,（,4,）过滤器,甘醇溶液往往采用织物过滤器和活性炭过滤器进行过滤。,织物过滤器,由布、纸、或玻璃纤维织物为过滤介质，用来除去甘醇溶液内大于,5m,的固体颗粒，以防止甘醇泵磨损、甘醇发泡、吸收塔和再生塔污染、重沸器火管产生局部过热点、金属腐蚀等问题。,活性炭过滤器,主要是用于清除甘醇溶液内含有的液烃、泵、压缩机等增压设备的润滑油以及流程上游注入的各种化学剂等杂质。,3,、甘醇法脱水法主要设备,二、甘醇法脱水,（,5,）再生塔,再生塔大多采用填料塔，充填,1.2,2.4 m,高的陶瓷或不锈钢填料，大型装置有时也采用板式塔。,再生塔由再生段和顶部冷却盘管两部分组成。顶部冷却盘管以甘醇富液为冷剂，使升至塔顶的部分水蒸汽和甘醇蒸气冷凝，作为再生塔塔顶回流。,用塔顶冷却盘管甘醇富液流量可以控制塔顶温度和回流量。塔顶温度过高使甘醇蒸发损失增大；温度过低则回流量过大，塔温降低，影响贫液浓度并增加重沸器负荷。一般，塔顶温度控制在,98,99,，有汽提气时塔顶温度可降至,88,左右。,3,、甘醇法脱水法主要设备,二、甘醇法脱水,（,6,）重沸器,重沸器作用是,提供从甘醇富液中蒸出水分所需热量,。,重沸器的加热方式有两种：直接式加热或以油、过热蒸汽为热媒的间接式加热。,重沸器温度的确定应考虑两个方面：,重沸器温度对甘醇浓度的影响：温度愈高，甘醇浓度愈大。,甘醇热稳定性：重沸器温度必须低于甘醇的分解温度。,重沸器温度一般控制在,187,199,之间。,3,、甘醇法脱水法主要设备,二、甘醇法脱水,（,7,）甘醇泵,甘醇泵的作用是,为甘醇贫液提供压能产生甘醇循环,。,甘醇泵可采用用气体驱动、富甘醇驱动、或电机驱动的多缸往复泵。,小型装置常用塔底流出的富甘醇为动力，将贫甘醇增压后送人吸收塔。,每套脱水装置需要设置两台甘醇泵，一台运行、一台备用。条件容许时，两台甘醇泵可采用不同的动力源，以保证装置的连续运行。,3,、甘醇法脱水法主要设备,二、甘醇法脱水,三、分子筛脱水,分子筛法是一种深度脱水的方法,，它的露点降可达,120,以上，即脱水后的干天然气露点甚至可降到,100,以下；所以常用于低温冷凝（,NGL,）回收及生产液化天然气（,LNG,）中的脱水工序；此外，生产供汽车作燃料的压缩天然气也需用分子筛脱水。,分子筛除用于脱水外，还可用于脱除天然气中的微量,H,2,S,及有机硫化合物，甚至可同时脱硫脱水。,除分子筛外，其他的一些固体吸附剂如活性氧化铝及硅胶等在天然气脱水中也有应用。,三、分子筛脱水,1,、分子筛的结构,分子筛是一种人工合成的碱金属或碱土金属的硅铝酸盐晶体,。分子筛作为一种结晶硅铝酸盐，其骨架最基本的结构是奎 氧（,SiO,4,）和铝氧（,AlO,4,）四面体；它们按一定的方式通过公用顶点氧联结在一起，形成首尾相接的环状，具有许多排列整齐的晶穴、晶孔和孔道。分子筛中阳离子可被其它阳离子所交换，水可通过加热脱去，硅（铝）氧骨架也可在一定条件下发生变化。其分子式的通式为：,用于天然气脱水及脱硫的主要是,A,型及,X,型分子。,NaA,型分子筛的有效孔径为,0.4nm,，即,4A,，所以,NaA,型分子筛又叫,4A,型分子筛,。,三、分子筛脱水,2,、分子筛的吸附性能,（选择性吸附）,分子筛是具有均一孔径的吸附剂，当被吸附分子的直径小于分子筛孔径时，它才能进入孔内而被吸附，分子“筛”因而得名，所以，,分子筛是具有选择性的吸附剂,，几种分子筛能够吸附与不能吸附的分子见表。,三、分子筛脱水,当用于富天然气脱水时，为防止乙烷以上烃类被吸，可使用,3A,分子筛；如用于干天然气以及用于脱硫则需要使用,4A,乃至更大孔径的分子筛。,2,、分子筛的吸附性能,（优选吸附剂）,分子筛是具有非常大的内表面积，约为,6001000m,2,/g,，其表面由于离子晶格的特点具有高度的极性，因而对极性分子和可极化的分子具有较强的吸附力及较高的吸附容量。天然气中的水、含硫化合物、二氧化