石油处理-天然气输送前的预处理.ppt

1,第二节 天然气脱水,天然气脱水的必要性 天然气脱水方法 天然气脱水深度 溶剂吸收法脱水 固体吸附法脱水,2,一、天然气脱水的必要性,水的析出将降低输气量，增加动力消耗 ； 水的存在将加速H2S或CO2对管线和设备的腐蚀； 导致生成水合物，使管线和设备堵塞。 因上述三方面原因，所以有必要对天然气进行脱水处理。,3,二、天然气脱水方法,低温法脱水； 溶剂吸收法脱水； 固体吸附法脱水； 应用膜分离技术脱水。,4,三、天然气脱水深度,满足用户的要求； 管输天然气水露点在起点输送压力下，宜比管外环境最低温度低57； 对天然气凝液回收装置，水露点应低于最低制冷温度57。,5,四、溶剂吸收脱水,甘醇脱水的基本原理 甘醇的物理性质 三甘醇脱水流程和设备 影响三甘醇脱水效果的参数 三甘醇富液再生方法,6,1. 甘醇脱水的基本原理,甘醇是直链的二元醇，其通用化学式是CnH2n(OH)2。二甘醇(DEG)和三甘醇(TEG)的分子结构如下：,7,从分子结构看，每个甘醇分子中都有两个羟基（）。羟基在结构上与水相似，可以形成氢键，氢键的特点是能和电负性较大的原子相连，包括同一分子或另一分子中电负性较大的原子，所以甘醇与水能够完全互溶，并表现出很强的吸水性。 甘醇水溶液将天然气中的水蒸气萃取出来形成甘醇稀溶液，使天然气中水汽量大幅度下降。,1. 甘醇脱水的基本原理,8,2. 甘醇的物理性质,在天然气开发初期，脱水采用二甘醇，由于其再生温度的限制，其贫液浓度一般为95左右，露点降仅约2530。50年代以后，由于三甘醇的贫液浓浓度可达 9899，露点降大，逐渐用三甘醇（TEG）代替二甘醇作为吸收剂。,9,常用甘醇的物理性质,10,三甘醇吸收剂的特点,沸点较高(287.4)，贫液浓度可达9899%以上，露点降为3347。 蒸气压较低。27时，仅为二甘醇的20%，携带损失小。 热力学性质稳定。理论热分解温度(207)约比二甘醇高40。 脱水操作费用比二甘醇法低。,11,3. 三甘醇脱水流程和设备,三甘醇脱水工艺流程主要包括两大部分： 天然气在吸收塔的脱水系统； 富TEG溶液的再生系统（提浓）。,(1) 工艺流程,12,三甘醇脱水工艺流程示意图,13,三甘醇脱水工艺中主要设备有原料气分离器、吸收塔、闪蒸罐、过滤器、贫/富液换热器、再生塔和重沸器等。,(1) 工艺流程,14,(2) 原料气分离器,其功能是分离出原料气中烃类夹带的固体或液滴，如砂子、管线腐蚀产物、水、油等。常用卧式或立式的重力分离器，内装金属网除沫器。如原料气中夹带有很多细小的固体粒子或液滴，应考虑采用过滤式分离器或水洗式旋风分离器。,15,(3) 吸收塔,吸收塔可采用填料塔或板式塔，塔顶应设置除沫器。虽泡罩塔型的效率略低于浮阀型，但三甘醇溶液比较粘稠，塔内的液/气比较低，故采用泡罩塔盘更为适宜，实际塔板数为410块。塔径小于300mm时应采用填料塔，常用的填料有瓷质鞍型填料和不锈钢环。,16,(4) 闪蒸罐,三甘醇装置中有一定量的烃类气体会溶解在三甘醇溶液中，烃类的溶解量与压力有关，压力愈高，则溶解量愈大，闪蒸罐的功能是将溶解在三甘醇溶液中的烃类闪蒸出来，防止溶液发泡。,17,天然气在甘醇溶液中的溶解度 （指101.325kPa，20的气体体积）,18,(5)过滤器,过滤器的功能是除去三甘醇溶液中的固体粒子和溶解性杂质。常用的有固体过滤器和活性炭过滤器两种。,19,(6) 贫/富换热器,贫/富换热器是用来进控制闪蒸罐和过滤器的富液温度，回收贫液的热量，使富液升温到148左右再进再生塔，以减轻重沸器的热负荷。最常用的是管壳式换热器。,20,(7) 再生塔,主要由再生塔和再沸器组成再生系统，其功能是蒸出富三甘醇中的水，使之提浓。由于三甘醇和水的沸点相差甚大，且不生成共沸物，较易分离，故再生塔只需23块理论塔板即可，其中1块即为再沸器。,21,4. 影响三甘醇脱水效果的参数,三甘醇脱水是基于吸收原理而实现的。影响脱水效果的主要参数有： 进气温度(1548)； 吸收塔的操作压力和塔板数； 三甘醇贫液浓度和温度； 三甘醇循环量。,22,5. 三甘醇富液再生方法,目前三甘醇富液的再生方法有三种： 减压再生 气体汽提 共沸蒸馏再生,23,（1）气体汽提,气体汽提是将甘醇溶液同热的汽提气接触，以降低溶液表面的水蒸气分压，使甘醇溶液得以提浓到99.995%(质)，干气露点可降至-73.3。此法是现行三甘醇脱水装置中应用较多的再生方法。,24,三甘醇溶液汽提法再生示意图,25,a. 汽提气进入方式,由再沸器分布管进入再生系统 由缓冲罐直接进入再生系统； 由再沸器预热后经贫液汽提柱进入。 由再沸器预热后经贫液汽提柱进入系统的汽提效果更佳，可以减少汽提气用量。,26,汽提气量对三甘醇浓度的影响,27,b. 汽提气使用的气源,汽提气应使用不溶于水且比较稳定的气体，工业装置常用脱水后的干天然气或来自闪蒸罐的闪蒸气，压力为0.30.6MPa。,28,（2）共沸蒸馏再生,共沸蒸馏再生是70年代初由美国杜邦公司提出的，该法采用的共沸剂是不溶于水和三甘醇，与水能形成低沸点共沸物，并具有无毒，蒸发损失小等性质，如异辛烷、甲苯。,29,三甘醇溶液共沸蒸馏再生示意图,30,异辛烷用量对三甘醇溶液再生的影响,31,共沸蒸馏再生的特点,可将甘醇溶液提浓至99.99%(质)，干气露点达-73； 共沸剂可循环使用，损失量很小，无大气污染问题； 系统仅提供共沸剂汽化所需的热量、共沸剂分离器及循环泵。,32,五、固体吸附法脱水,吸附脱水原理 固体吸附剂 吸附脱水流程及主要参数,33,1. 吸附脱水原理,吸附是用多孔性的固体吸附剂处理气体混合物，使其中一种或多种组分吸附于固体表面上，其他的不吸附，从而达到分离操作。 水是一种强极性分子，分子直径（2.76 3.2 ）很小。不同的多孔性固体的孔径是不同的，孔径大于3.2 的，都可以吸附水。吸附能力的大小与多种因素有关，主要是固体的表面力。,34,2. 固体吸附剂,在天然气脱水中常用的吸附剂有三种： 活性氧化铝； 硅胶； 分子筛。,35,常用吸附剂的物性,36,（1）活性氧化铝,活性氧化铝是一种多孔、吸附能力较强的吸附剂。对气体、蒸气和某些液体中的水分有良好的吸附能力，再生温度175315。国外天然气脱水常用的活性Al2O3有F-1型粒状、H-151型球状和KA-201型球状三种。,37,活性氧化铝吸附剂的特点,经活性氧化铝吸附脱水后，油田气的露点最高点可达-73； 但再生时消耗热量多，选择性差，易吸附重烃，呈碱性，不宜处理含酸性气体较多的天然气。,38,(2) 硅 胶,硅胶是粉状或颗粒状物质，粒子外观呈透明或乳白色固体。分子式为mSiO2 nH2O，它是用硅酸钠与硫酸反应生成水凝胶，然后洗去硫酸钠，将水凝胶干燥制成。,39,典型硅胶的组成,40,硅胶吸湿量可达到40%左右。按孔隙大小，分成细孔和粗孔两种。粗孔硅脱的比表面积（35）102m2/g，细孔硅胶约为（67）102m2/g。天然气脱水用的是细孔硅胶，平均孔径2030。 硅胶吸附水蒸气的性能特别好，且具有较高的化学和热力稳定性。但硅胶与液态水接触很易炸裂，产生粉尘，增加压降，降低有效湿容量。,(2) 硅 胶,41,（3）分子筛,分子筛是具有骨架结构的碱金属的硅铝酸盐晶体。是的一种高效、高选择性的固体吸附剂。其分子式如下： M2/nOAl2O3xSiO2yH2O M某些碱金属或碱土金属离子，如Li、Na、Mg、Ca等； nM的价数； xSiO2的分子数； y水的分子数。,42,分子筛通常分为X型和A型两类。它们的吸附机理是相同的，区别在于晶体结构的内部特征。A型分子筛具有与沸石构造类似的结构物质，所有吸附均发生在晶体内部孔腔内。,（3）分子筛,43,X型分子筛能吸附所有能被A型分子筛吸附的分子，并且具有稍高的容量。13X型分子筛中吸附象芳香烃这样的大分子。 各类分子筛的pH值约为10，在pH=512范围内是稳定的。在处理酸性天然气时，若吸附液的pH值小于5，就应采用抗酸分子筛。,（3）分子筛,44,分子筛表面具有较强的局部电荷，因而对极性分子和不饱和分子有很高的亲和力，水是强极性分子，分子直径为2.73.1，比通常使用的分子筛孔径小，所以分子筛是干燥气体和液体的优良吸附剂。,（3）分子筛,45,常用分子筛的性能表,46,分子筛的主要特点,具有很好的选择吸附性。 分子筛能按照物质的分子大小进行选择吸附。经分子筛干燥后的气体，一般含水量可达到0.110ppm，脱水装置中多用4A，5A等分子筛作吸附剂。,47,具有高效吸附特性。 分子筛在低水汽分压、高温、高气体流速等苛刻的条件下仍然保持较高的湿容量。如图1-2-6所示，例如在100时，分子筛的湿容量是15%，而活性氧化铝小于3%，硅胶小于1%。,分子筛的主要特点,48,各种吸附剂在1.33kPa水蒸气 分压下的平衡湿吸附容量,49,吸附剂的选用,吸附法脱水时，应根据工艺要求作技术经济比较，选择合适的吸附剂； 分子筛脱水宜用于要求深度脱水的场合（1ppm以下），分子筛宜采用4A型或5A型。,50,当天然气露点要求不很低时，可采用氧化铝或硅胶脱水。氧化铝不宜处理酸性天然气。 低压气脱水，宜用硅胶（或氧化铝）与分子筛双层联合脱水。,吸附剂的选用,51,3. 脱水流程及主要参数,目前用于天然气的吸附脱水装置多为固定床吸附塔。为保证装置连续操作，至少需要两个吸附塔。工业上经常采用双塔流程和三塔流程。,(1) 吸附法脱水流程,52,1在吸附的干燥器； 2在再生(包括热吹和冷吹)的干燥器； 3程序切换阀；I含水天然气；II脱水后天然气； III热(冷)吹气入口；IV热(冷)吹气出口 两台吸附器的运行图示意图,53,1在吸附的吸附器；2在热吹的吸附器；3在冷吹的吸附器；4程序切换阀；I含水天然气入口；II脱水后天然气出口；III热吹气入口；IV热吹气出口；V冷吹气入口；VI冷吹气出口 三台吸附器时的运行示意图,54,吸附脱水的原理流程图,55,(2) 吸附法脱水工艺参数,吸附法脱水工艺主要由吸附操作和再生操作组成，其操作参数应按照原料组成、气体露点要求、吸附工艺特点等予以综合比较确定。,56,吸附操作温度,为了使吸附剂能保持较高的湿容量，除分子筛外，其它各种吸附剂操作温度不宜超过38，最高不能超过50，否则应考虑使用分子筛作吸附剂。进床层的原料气温度不宜过高，最高不超过50 。,57,吸附操作压力,压力对吸附剂湿容量影响甚微，因此，吸附操作压力可由工艺系统压力决定，但在操作过程中应注意压力平稳，避免波动。若吸附塔放空过急，床层截面局部气速过高，会引起床层移动和摩擦，甚至吸附剂颗粒会被气流夹带出塔。,58,吸附操作周期,吸附周期应根据气中含水量、空塔流速、床层高径比（不应小于1.6）、再生能耗、吸附剂寿命作技术经济比较，一般为8h24h。对于压力不高，含水量较多的天然气，吸附周期宜小于或等于8h。,59,确定吸附脱水操作周期应考虑保证吸附塔有足够的再生和冷却时间。对操作周期为8小时的双塔流程： 加热时间：4.5小时； 冷却时间为3小时； 备用和切换时间：0.5小时。,吸附操作周期,60,再生气源和流量,再生气和冷吹气宜用净化后的干天然气。两者都应回收。 大约为总原料湿气体的5%15%，由具体操作条件而定。再生气体流量应足以保证在规定时间内将再生吸附提高到规定的温度。,61,