天然气J-T阀脱水技术PPT课件.ppt

天然气J T阀脱水技术 浅析 1 脱水的原因 水的困扰 水合物 弱酸 局部聚集 堵塞管道 阀门等 腐蚀管道 降低输气量 增加流动压降 2 1 H2O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 水的影响 3 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 天然气水合物 4 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 5 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H2S CO2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 天然气水合物的生成 6 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 天然气水合物的生成 7 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 防止水合物生成 8 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 防止水合物生成 9 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 MgCl2 CaCl2和AlCl3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 防止水合物生成 10 天然气脱水的几种主要方法 低温冷凝脱水 该方法采用各种方法把高压天然气节流降压制冷 用低温分离法从天然气中回收凝析液 这种方法是国内气田中除三甘醇法外应用较多的天然气脱水工艺 它具有工艺简单 设备较少等优点 但也有耗能高 水的露点高等缺点 J T阀和透平机 J T阀和透平机脱水属于低温冷凝方法脱水 对于高压天然气 冷却脱水是非常经济的 缺点 1 脱水循环的一部分处于水合物的生成范围内 容易生成水合物 因此需要采取添加抑制剂等防止水合物的生成 以及相应的抑制剂回收系统 2 需要深度脱水时需配备制冷设备 会引起工程投资和使用成本增加 11 3 透平膨胀机有高速运动部件 制造难度大 可靠性差 甘三醇脱水 甘三醇脱水属于溶剂吸收法脱水 在天然气工业中得到广泛应用 存在问题 1 系统比较复杂 2 三甘醇溶液的再生能耗较大 3 三甘醇溶液回损失和被污染 所以需要补充和净化 4 三甘醇与空气接触会发生氧化反应 生成有腐蚀性的有机酸 所以三甘醇脱水的投资和运行成本较高 分子筛脱水 分子筛脱水属于固体吸附法脱水 分子筛脱水法更适合于深度脱水 露点可以降低到 73 以下 但是分子筛脱水的过程能耗较大 干燥器的底部的吸附剂需要经常更换 12 超音速脱水 国外主要是壳牌石油公司支持下开展研究 目前 此项技术已经进入商业应用的阶段 13 几种脱水方法的比较 14 低温分离方法 这类方法一般采用节流膨胀冷却 节流膨胀的方法适用于高压气田 它是使高压天然气经过焦耳 汤姆逊效应制冷而使气体中的部分水蒸气冷凝下来 为防止在冷凝过程中生成水合物 可在过程气流中注入乙二醇作为水合物抑制剂 在 18 40 范围内有效 如需进一步冷却 可再使用膨胀机制冷 对于低压气田 可先增压使天然气中的部分水蒸气分离出来 然后进一步冷却 也可外加冷量 15 低温分离法在分离走天然气中的液相水的情况下 提高温度或降低压力 天然气就会变成不被饱和的状态 从而降低它的气相含水量 低温分离法 膨胀制冷 丙烷制冷 节流阀制冷 膨胀机制冷 热分离机制冷等 16 低温分离工艺注意事项 水合物抑制剂 甲醇和乙二醇 防止含有饱和水的天然气随温度的降低而形成固态水合物 在天然气预冷前先注入水合物抑制剂 与水蒸气结合生成低冰点地溶液 降低天然气的露点 17 该工艺最大的缺点是当原料器中二氧化碳分压大于0 021MPa时 湿气 设备需采用腐蚀控制 或采用抗腐蚀材料 同时由于乙二醇粘度较大 特别是在有凝析油存在时 操作温度较低给乙二醇溶液和凝析油分离带来困难 增加了在凝析油中的溶解损失和携