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天然气预处理 目录 概述 天然气预处理技术 天然气预处理设备 本章思考题 概述 1概述 天然气预处理技术 2天然气预处理技术 2天然气预处理技术 天然气预处理常用分离方法 重力沉降法 离心分离法 碰撞分离法 过滤分离法 2天然气预处理技术 天然气预处理常用分离方法 2天然气预处理技术 天然气预处理常用分离方法 2天然气预处理技术 天然气预处理常用分离方法 2天然气预处理技术 天然气预处理常用分离方法 2天然气预处理技术 2天然气预处理技术 气体水合物的临界温度表 2天然气预处理技术 注剂法 注入水合物抑制剂可使气流在较低温度 30 50 下不生成水合物 常见的水合物抑制剂是甲醇 乙二醇 其物理化学性质见下表 2天然气预处理技术 按水溶液中相同质量百分浓度抑制剂引起的水合物形成温度降比较 注剂选择 2天然气预处理技术 水合物抑制剂用量的计算 注入管道或设备中的抑制剂 无论是甘醇类靠雾化还是甲醇靠蒸发均匀分散于气流中后 其中一部分抑制剂与气体中析出的液态水混合 将水从气体转移到液体抑制剂中 形成抑制剂水溶液 从而达到防止水合物形成的目的 而另一部分抑制剂则损失在气流中 消耗于前一部分的抑制剂称为抑制剂在液相的用量 用ql表示 消耗在后一部分的抑制剂 称为抑制剂的气相损失量 用qg表示 抑制剂的总用量qt为两者之和 qt ql qg 2天然气预处理技术 注入抑制剂后天然气形成水合物的温度降低 其温度降主要取决于抑制剂的液相用量 损失于气相的抑制剂量对水合物形成条件的影响较小 为防止气体形成水合物所需注入的抑制剂最低用量 可以采用以立项溶液凝固点下降关系为基础的Hammerschmidt半经验公式进行手工计算 也可以采用由分子热力学模型建立的软件由计算机模拟完成 2天然气预处理技术 水溶液中最低抑制剂的浓度 注入气流中的抑制剂与气体中析出的液态水混合后形成抑制剂水溶液 当天然气水合物形成的温度降根据工艺要求给定时 抑制剂在水溶液中的浓度必须高于或等于一个最低值 水溶液中最低抑制剂浓度Cm可按Hammerschmidt 1939 提出的半经验公式 Cm 100 t M K M t t t1 t2Cm 抑制剂在液相水溶液中必须达到的最低浓度 质量分数 t 根据工艺要求而确定的天然气水合物形成温度降 M 抑制剂相对分子质量 甲醇为32 乙二醇为62 二甘醇为106 K 常数 甲醇为1297 乙二醇和二甘醇2222 t1 未加抑制剂时 天然气在管道或设备中最高操作压力下形成水合物的温度 对于节流过程 则为节流阀后压力下天然气形成水合物的温度 t2 天然气在管道或设备中的最低操作温度 亦即要求加入抑制剂后天然气不会形成水合物的最低温度 对于节流过程 则为天然气节流后的温度 2天然气预处理技术 实验证明 当甲醇水溶液浓度约低于25 w 或甘醇类水溶液浓度高至50 60 w 时 采用该式Cm 100 t M K M t 仍可得到满意的结果 对于高浓度的甲醇水溶液及温度低至 107 时 Nielsen等推荐采用的计算公式为 t 72 ln 1 Cmol Cmol 达到给定的天然气水合物形成温度降甲醇在水溶液中必须达到的最低浓度 x 2天然气预处理技术 水合物抑制剂的液相用量 通常 向管道或设备中注入的抑制剂往往是含水的 因此 注入含水抑制剂后或多或少增加了气流中的水含量 当已知抑制剂在水溶液中的最低浓度Cm 并且考虑到注入的抑制剂蒸发到气相后带入体系中的水量时 注入的含水抑制剂的液相用量ql可根据物料平衡由下式计算 式中ql 注入浓度为Cl的含水抑制剂在液相中的用量 kg d qg 注入浓度为Cl的含水抑制剂在气相中的用量 kg d Cl 注入的含水抑制剂中抑制剂的浓度 w qw 单位时间内体系中产生的液态水量 kg d 单位时间内体系中产生的液态水量qw包括了单位时间内气流中析出的液态水量和其他途径进入管道和设备的水量之和 但不包括随含水抑制剂注入体系的液态水量 2天然气预处理技术 水合物抑制剂的气相损失量 甘醇类抑制剂的气相损失量较小 应当注意 甘醇类抑制剂的主要损失是再生损失 在液烃中的溶解损失 以及因甘醇类与液烃乳化造成分离困难而引起的携带损失等 当分离温度为15 甘醇浓度为50 70 w 时 甘醇类在液烃中的溶解损失一般为0 01 0 07L m3 甘醇类 液烃 在含硫液烃中甘醇类抑制剂的溶解损失约是不含硫液烃的3倍 携带损失则随设备和操作不同变化较大 但通常小于30kg 106m3 甘醇类 天然气 或约为26L 106m3 甘醇类 天然气 2天然气预处理技术 甲醇因易于蒸发 故其在气相中的损失量必须予以考虑 根据甲醇在使用条件下的压力和温度 可查出甲醇在最低温度 t2 和相应压力下的天然气中的气相含量与甲醇在水溶液中浓度之比值a 再按下式计算出甲醇此时的气相含量Wg为 Wg aCm式中Wg 甲醇在最低温度和相应压力下的天然气中的气相含量 kg 106m3 a 甲醇在最低温度和相应压力下的天然气中的气相含量 kg 106m3 甲醇在水溶液中的质量分数 2天然气预处理技术 当换算为向体系 管道或设备中 注入的含水甲醇浓度的用量时 甲醇的损失量qg的计算式为 式中qg 按向体系注入浓度为Cl的含水甲醇在气相中的损失量 kg d Cl 向体系注入的含水甲醇的浓度 w qNG 体系中的天然气流量 m3 d 天然气预处理设备 3 1原料气预处理工艺 原料气预处理最常见的方式是重力分离和过滤分离相结合的方法 即先经重力分离之后 再进入下一级过滤分离 分离下来的凝折油 游离水和固体杂质排放至储罐加以储存 3 1原料气预处理工艺 典型的原料气预处理工艺流程示意图 3 2天然气预处理设备 1 重力分离器2 过滤分离器3 旋风分离器4 除砂器5 天然气预热器6 防冻剂加注装置 3 2天然气预处理设备 1 重力分离器 重力分离器设备结构简单 气液分离效果好 操作弹性大 气流进入重力分离器之后 撞击在折流板上 由于惯性作用 部分颗粒被分离下来 在重力沉降段 依靠重力沉降作用 又有部分颗粒被分离下来 经出气口金属丝捕雾网 又有部分颗粒被分离下来 3 2天然气预处理设备 重力分离器常见的有卧式和立式两种 3 2天然气预处理设备 重力分离器常见结构见图 3 2天然气预处理设备 2 过滤分离器 过滤分离器通常分为两部分 第一部分设有过滤一聚结作用的元件 当气流通过这些元件时 液体微粒就被聚结成较大的液滴 第二部分是当这些液滴达到足够大的尺寸时 在气流的作用下 它们被带出过滤部分而进人中心区 叶片型或金属丝网型捕雾器将较大的液滴除去 3 2天然气预处理设备 过滤分离器结构示意图 3 2天然气预处理设备 3 旋风分离器 旋风分离器是利用惯性离心力的作用 颗粒被抛向器壁而与气流分离 沿壁面落至锥底的排灰口 净化后的气体在中心轴附近由下而上做螺旋运动 最后由顶部排气管排出 旋风分离器结构示意图 通常 把下行的螺旋形气流称为外旋流 上行的螺旋形气流称为内旋流 内 外旋流气体的旋转方向相同 外旋流的上部是主要除尘区 3 2天然气预处理设备 4 除砂器 除砂器是根据流体中的固体颗粒在除砂器里旋转时的筛分原理制成 集漩流与过滤为一体 实现除砂 降浊 固液分离 从天然气中分离出杂粒的装置 除砂器示意图 设置除砂器还可保护机械设备免遭磨损 减少重物在管线 沟槽内沉积 3 2天然气预处理设备 5 天然气预热器 管壳式换热器是目前化工生产中应用最广泛的换热设备 其单位体积所具有的传热面积大 传热效果好 适用性较高等 尤其在高温 高压和大型装置上多采用管壳式换热器 管壳式加热器示意图 天然气预热器常用的有换热器和水套炉 3 2天然气预处理设备 5 天然气预热器 水套加热炉主要由水套 火筒 火嘴 沸腾管和走油盘管五部分组成 适用在油井井场 水套炉照片 加水漏斗 3 2天然气预处理设备 6 防冻剂加注装置 工业上一般利用支管 压力表短节 放空管 注入缓蚀剂装置等向输气管内注入防冻剂 防冻剂加注装置主要设备是加注泵或平衡罐 泵注法