天然气处理与轻烃回收

第七章天然气净化与轻烃回收,天然气净化轻烃回收,第一节天然气处理,1、天然气来源与分类按矿藏特点的不同可将天然气分为气井气（gaswellgas）、凝析井气（condensategas）和油田气（oilfieldgas）。前两者合称非伴生气（unassociatedgas），后者也称为油田伴生气（associatedgas）。,天然气来源与分类,气井气：即纯气田天然气，气藏中的天然气以气相存在，通过气井开采出来，其中甲烷含量高。凝析井气：即凝析气田天然气，气藏中天然气以气体状态存在，是具有高含量可回收烃液的气田气，其凝析液主要为凝析油，其次可能还有部分被凝析的水，这类气田的井口流出物除含有甲烷、乙烷外，还含有一定量的丙烷、丁烷及C5+以上的烃类。,天然气来源与分类,油田气：即油田伴生气，它是伴随原油共生，是在油藏中与原油呈相平衡接触的气体，包括游离气（气层气）和溶解在原油中的溶解气，从组成上亦认为属于湿气。在油井开采情况中，借助气层气来保持井压，而溶解气则伴随原油采出。油田气采出的特点是：组成和气油比（gas-oilratio，GOR，一般为20500m3气/t原油）因产层和开采条件不同而异，不能人为地控制，一般富含丁烷以上组分。,天然气来源与分类,为了降低原油的饱和蒸气压，防止原油在储运过程中的挥发耗损，油田上往往采用各种原油稳定工艺回收原油中C1C5组分，回收回来的气体，称为原油稳定气，简称原稳气。,2、天然气处理与加工的范畴,天然气是在岩石圈中生成的，必须通过油气井开采出来。所谓天然气处理与加工就是指从井口到输气管网的全部过程。一般经过采气管线、井场分离、集气管线、净化处理、轻烃回收、输气管网等过程。处理水饱和的、未加工的、酸性的富气的天然气步骤可以用下图大概表示出来。,天然气处理框图,3、商品天然气技术指标,热值（heatvalue）单位体积或质量天然气的高发热量或低发热量。为使天然气用户能恰当地确定其加热设备，确定热值是必要的。天然气质量的一个重要指标就是沃泊数（Wobbenumber），它是天然气最高热值与相对密度的平方根的比值。,商品天然气技术指标,含硫量（sulfurcontent）常以H2S含量或总硫（H2S及其它形态的硫）含量来表示。为了控制天然的腐蚀性和出于对人类自身健康和安全的考虑，一般而言，H2S含量不高于624mg/m3。油田气由于往往不含硫，故一般不进行脱硫处理。,商品天然气技术指标,烃露点（hydrocarbonpoint）在一定压力下从天然气中开始凝结出第一滴液烃时的温度，它与天然气的压力和组成有关。为防止天然气在输配管线中有液烃凝结并在管道低洼处积液，影响正常输气甚至堵塞管线，目前许多国家都对商品天然气规定了脱油除尘的要求，规定了一定压力条件下天然气的最高允许烃露点。,商品天然气技术指标,水露点（waterdewpoint）与水蒸气含量在地层温度和压力条件下，水在天然气中通常以饱和水蒸气的形式存在，水蒸气的存在往往给天然气的集输和加工带来一系列的危害，因此，规定天然气的水蒸气含量是十分重要的。天然气的含水量以单位体积天然气中所含水蒸气量的多少来表示，有时也用天然气的水露点来表示。,商品天然气技术指标,水露点指在一定压力条件下，天然气与液态水平衡时（此时，天然气的含水量为最大含水量，即饱和含水量）所对应的温度。一般要求天然气水露点比输气管线可能达到的最低温度低56。,天然气气质标准,4、天然气净化内容,伴生气内除烃类外，一般还含有水蒸气及相当数量的H2S、CO2等酸性气体。所谓天然气净化就是脱出水蒸气、硫化氢和二氧化碳等有害气体。,5、天然气脱水方法,冷冻法固体吸收法液体吸收法,（1）冷冻法,将含水天然气降温使气中所含水分凝析出来排出。常用的降温手段为：（1）氨制冷：液氨气化时要吸收大量的热量，利用氨气化吸取天然气热量，使其温度下降到-5到-10C。（2）节流膨胀：天然气经节流阀节流降压后，管内天然气在近似绝热条件下膨胀，致使天然气自身温度降低。（3）加压后冷却：天然气在温度不变的条件下，含水量随压力的增高而减少，因而可以先对天然气加压然后冷却除去水分。,（2）液体吸收法,采用吸湿性较强的液体与天然气接触，气中含水被吸收，吸收了水分的液体经处理再生后重复使用。吸湿液主要是甘醇（三甘醇、二甘醇），使用较多的为三甘醇。三甘醇优点：再生效果好；分解温度高，蒸发损耗小；再生设备简单；操作费用和投资低于二甘醇。,（3）固体吸收法,采用内部孔隙很多、内部比面积很大的固体物质与含水天然气接触气中的水被吸附于固体物质的空隙中。被水饱和了的固体物质经加热再生后重复使用。常用固体吸附物有：硅胶、分子筛、活性铁矾土、活性氧化铝等。,7、天然气脱硫,目的：脱除天然气中硫化氢、二氧化碳和有机硫化物。常用方法：应用醇氨溶液的化学吸收法和环丁砜脱硫法。,（1）化学吸收法,化学吸收法是以可逆反应为基础，采用循环使用的吸收剂吸收硫化氢。而当压力、温度和吸收剂的浓度变化时，硫化氢又可从吸收剂中分出，即常讲的吸收和解吸过程。化学吸收常用乙醇胺法、苏打法及碳酸钾法等。目前广泛采用乙醇胺法。,乙醇胺法优点,适用范围广；溶液吸收能力强、脱硫程度高溶液反应性强，酸性负荷最大易于再生；溶解稳定性强不易变质。易于实现自动化控制。降低工人劳动强度。,乙醇胺法缺点,溶液易起泡，影响正常操作；单位体积吸收过多酸气后易于腐蚀设备；不能脱除有机硫，当天然气中含羟基硫时将增大乙醇胺消耗量；水、电、汽耗量大，硫磺回收需另增设一套装置。,化学反应式,25-40C自左向右反应-气体脱硫过程大于105C自右向左反应-溶液再生过程,（2）环丁砜脱硫法,环丁砜脱硫法是60年代发展起来的新方法。它适用于含有机硫和凝析油较多的高含硫天然气的净化其工艺流程与设备与乙醇胺法相间。,环丁砜脱硫法优点,在高硫化氢分压下，溶液允许负荷较胺液高一倍。水、电、蒸汽耗量少1/2左右；能脱除有机硫，而溶液不会变质；不易起泡，对设备腐蚀小；环丁砜蒸气压低，故损耗少，冬天不易冻结；缺点：环丁砜价格较贵，来源困难。,一、原理,轻烃回收工艺主要有三类：油吸收法；吸附法；冷凝分离法。当前，普遍采用冷凝分离法实现轻烃回收。利用原料气中各组分沸点不同，冷凝温度不同的特点，在逐步降温过程中，将沸点较高的烃类冷凝分离出来。该法的特点是需要提供足够的冷量使气体降温。冷量有用冷剂制冷的，有用气体膨胀制冷的，或者联合应用两种制冷工艺的。根据所提供冷量的级位可将其分为浅冷和深冷。,二、冷源,冷量可有两种冷源产生，即外加冷源，膨胀机自身制冷。外加冷源：一般采用氨制冷循环，丙烷制冷循环或氟里昂制冷循环，若单独采用外冷源时一般为浅冷工艺。膨胀机制冷：采用膨胀机制冷的装置，靠膨胀机出口低温气体作为主要冷源，一般用于深冷工艺。膨胀机制冷与外加冷源相结合：补充膨胀机冷量供给不足，降低高压气体的冷凝温度。,三