天然气处理工艺

第一章概述原油和自然气统称为石油。原油只是以液态形式自然形成的比较重的烃类组分，而自然气指的是以气态形式存在的比较轻的烃类组分。来自气井的自然气叫气井气，来自油井从原油中分别出来的自然气叫伴生气。第一节自然气的组成自然气是一种烃类气体的混合物，其中也含有水和其他杂质，主要是由碳、氢、硫、氮、氧及微量元素组成的，以碳、氢为主，碳约占65%～80%，氢约占12%～20%，各种地区生产的自然气组成是不同的，甚至同一储层中不同的两口井产出的自然气组成也是不同的，而且，随着油田开采的程度不同，同一口井产出的自然气组成也会发生变化。自然气中含有的烃主要是甲烷，同时含有乙烷、丙烷、丁烷、戊烷以及少量的己烷、庚烷等更重的气体。自然气的分类自然气有三种分类方法：依据矿藏特点分：主要分为气井气和伴生气。伴生气：指的是来自油井从原油中分别出来的自然气。气井气：指来自气井的自然气。依据自然气的烃类组成〔即按自然气中液烃含量〕的多少来分类，可分为干气、湿气或贫气、富气。C5界定法——干、湿气的划分1标准立方米自然气中，C5〔戊烷〕以上重烃液体含量13.5立方厘米的自然气。1标准立方米自然气中，C513.5立方厘米的自然气。C3界定法——贫、富气的划分1标准立方米自然气中，C394立方厘米的自然气。1标准立方米自然气中，C394立方厘米的自然气。依据酸气含量多少，自然气可分为酸性自然气和洁气。酸性自然气：指含有显著量的硫化物和二氧化碳等酸气，这类物质必需经处理后才能到达管输标准或商品气气质指标的自然气。洁气：指硫化物含量甚微或根本不含的气体，它不须净化就可外输和利用。自然气的物理性质由于自然气是烃类混合物，而且这种混合物的组成常常变化，所以其物理性质也将发生变化，自然气加工中最常用的物理性质是：分子量、冰点、沸点、密度、浓度、粘度、临界温度、临界压力、汽化热、比热、热值、蒸汽压。自然气的相关概念：1、自然气的爆炸极限：自然气与空气形成的混合物中，当自然气在空气中的含量到达肯定的比例范围，这种混合气体具有爆炸的可能，这种比例范围的凹凸限制即自然气的爆炸极限，当自然气的体积分数为５％～１５％时，遇明火就会爆炸。2、自然气的湿度：自然气含水的多少用湿度来表示，单位体积或单位质量的自然气所含水蒸汽的质量称为自然气确实定湿度〔即含水量〕，单位为克／立方米或克／千克。3、水露点：指在肯定压力条件下，自然气与液态水平衡时(此时自然气的含水量为最大含水量，即饱和含水量)所对应的温度。4、烃露点：即肯定压力下，从自然气中开头分散出第一滴液烃时的温度。它与自然气的压力和组成有关。5、自然气的热值：单位体积或质量的自然气燃烧所发出的热能称为自然气的燃烧值，又称热值。其次节油田气的集输油田气〔即原油伴生气〕的集输系统工程，一般包括：集气、气体处理加工；干气、轻烃的输送；原油密闭输送，原油稳定，轻烃的储存等。油田气的收集原油从油井出来，经过计量分别器计量其油气量以后，油气混输进转油站的油气分别器。油田气从原油中分别出来进集气管网，一般在采油厂的联合站建自压或增压集气站，增压压缩机多为多机组单级往复式压缩机，入口压力可以浮动，出口压力随系统回压而定，出口压0.4MPa。原油密闭集输原油密闭集输是从原油中通过原油稳定方法，提取轻烃的首要条件，也是降低原油损耗的重要措施之一。在转油站，经过油气分别器的原油进入游离水脱除器，再经过含水缓冲罐、外输加热炉送至原油脱水站。在这里原油经过游离水脱除器后进脱水加热炉加热，并进复合电脱水器，脱水后原油进缓冲罐〔原油含水量低于0.5%〕，再由泵输进原油稳定装置，稳定后原油进储罐外输。转油站、脱水站密闭流程中，承受了提前排放游离水，就地回掺到油田注水中，以削减生产能耗。油田气的加工处理从自压站来的油田气进入浅冷〔或深冷〕装置，在这里与从原油稳定装置来的不凝气一起进展增压、冷冻、分别，回收C3〔或C2〕以上的组分，其干气外输。轻烃集输储运系统轻烃集输承受管输方式，系统由生产装置附属的储库、中转站、储存总库、外输计量站以及相应的管网组成。轻烃回收装置设置储罐，储罐的作用是沉降脱水、产品调和、外输泵缓冲以及外输管线一旦发生事故保证装置正常生产或有打算停产。1～2天的轻烃生产量。轻烃中转库主要作用是利用储库协调一天内轻烃生产和外输之间的不平衡量，以及管线发生事故时储存清扫管线积液。轻烃总库的主要作用是利用储罐协调轻烃生产和外输之间的不平衡量，包括生产装置产量波动，装置不同检修期造成的产量波动，以及乙烯厂检修而合成氨不检修，油田需连续供给原料气所回收的轻烃的储存等。轻烃总库和总外输计量站是油田为乙烯厂供给液态烃原料的总出口，是各轻烃回收装置所产轻烃总集合地，是轻烃储运系统的枢纽。干气的外输和返输系统油田气回收后进展处理和加工，回收轻烃后的大局部干气输给〔大化和甲醇厂等〕作为化工原料，局部干气返输给油田上的转油站作为加热炉和锅炉的燃料，干气返输是集气的逆过程，同时在夏季还有局部干气注入储气库储存起来，在冬季采出以缓解自然气供需紧急。还有局部干气用来发电和给居民用气。其次章自然气净化自然气的净化主要是指自然气体的脱水、脱酸性气体和脱除机械杂质。自然气中常含有硫化氢、二氧化碳和水以及其它各种硫化物，硫化氢和二氧化碳都称为酸性气体。酸性气体在水的存在下，能生成酸或酸性溶液，腐蚀设备和管道，同时也污染环境。一般标准要求硫化氢的含量为4ppm。二氧化碳含量过高会降低自然气的热值和管输力量。自然气中水在肯定的温度和压力下与烃类会形成水化物，造成堵塞管道、阀门，影响生产的正常运行，在深冷中，会堵塞冷箱、膨胀机出口，因此在脱甲烷塔等低温部位要脱水，使其露点到达-100℃以2%以下。第一节自然气中的水化物自然气水化物是由碳氢化合物和水组成的一种简单而又不稳定的化合物，是白色结晶固体，外观类似松散的冰或压实的雪。自然气水化物形成的主要条件：自然气中要有足够的水蒸汽，这是形成自然气水化物的最根本条件。因此，假设降低自然气中水的含量，使水蒸汽的分压小于水化物的蒸汽压，就不行能生成水化物。我公司的100#、150#三甘醇脱水装置，其目的就是降低自然气中的水蒸汽量，使气体露点到达-20℃以下，以便于自然气的输送。适宜的压力和温度，即高压低温。次要条件：很高的流速；压力脉冲；任何形式的搅动；水化物结晶体的存在。因此，水化物简洁在节流阀处、压缩机出口、阀门关闭不严处及管线弯头的地方生成。其次节自然气脱水方法自然气脱水就是把自然气中的水份除掉，自然气从井口出来时，一般含有游离水和水蒸汽两种不同形态的水，分别器只能脱出自然气中的游离水，无法脱除水蒸汽。通常所说的脱水，严格的讲是从自然气中除去水蒸汽，所以我们把用吸取或吸附的方法脱除自然气中水蒸汽的过程称为自然气脱水。自然气脱水的目的是为了降低自然气的露点。自然气脱水的方法：液体吸取法〔液体枯燥剂脱水，如甘醇〕固体吸附法〔承受硅胶、分子筛脱水〕低温分别法第三节脱除自然气中的酸性气体化学吸取法干法物理吸取法直接氧化法脱酸性气体的方法分子筛法湿法海绵铁法第三章自然气的浅冷分别油田伴生气经过集气站的初步分别、脱水，还不能满足作为化工原料和管线长距离输送的质量要求。作为化工原料用的自然气要求它的组分单一或纯洁，燃烧产物对设备无害；作为燃料要有足够的热值，削减环境污染。在长距离管输工艺中，要求其露点在任何时候都低于管线的任一点温度，使其在输送中，不会产生凝析液而积聚在管线内，最大限度地削减对设备、管线、仪表的堵塞或腐蚀。通常称以回收C3以上烃类为目的的自然气处理装置为浅冷装置，浅冷装置的负温一般在-20℃～-25℃。目前分公司自然气浅冷装置分为氨压缩制冷和丙烷压缩制冷两种。压缩制冷是一种相变制冷，也就是利用液体变为气体时吸热效应进展制冷。压缩制冷回路中主要设备有蒸发器、节流阀、冷凝器、压缩机。压缩制冷原理图工作时，系统内的制冷剂在蒸发器内吸取被冷却物体〔油田气〕的热量而汽化，使被冷却物体〔油田气〕得到冷却。而后制冷剂蒸汽进入压缩机，由压缩机将其压力上升到冷凝器的温度下可以使制冷剂变成饱和液体时的压力。从冷凝器出来的制冷剂的饱和液体经节流阀降压后进入蒸发器，这样制冷剂在这个封闭系统中经过汽化、压缩、冷凝、节流四个过程，完成一个循环。其中蒸发器完成了使被冷却物体温度降低的作用，压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸汽的作用，制冷剂经压缩在冷凝器中变为饱和液体后，节流阀起到使制冷剂降压、降温的作用。制冷剂：在制冷装置中不断循环以实现制冷的工作物质称制冷剂，作为制冷剂，应具备以下特点：1、在常压下蒸发温度要低，这是一个必要条件，由于只有蒸发温度低，才能到达使被冷却的物质降低到特定温度的要求，常见制冷剂的沸点如下：常见制冷剂的沸点2、蒸发压力不要太低，最好不要低于常压，这样可以避开空气渗漏进入系统的可能，由于空气进入系统，将要降低制冷装置的制冷力量，使制冷装置工作不正常。3、冷凝压力不要太高，冷凝压力高，使得系统密封要求高，渗漏可能性大，高压局部设备造价高。4、单位容积制冷量大。单位容积制冷量是指压缩机吸入1立方米制冷剂蒸汽所能产生的冷量，单位容积制冷量大，在制冷量肯定时，可以削减制冷剂循环量，可以缩小压缩机和整个制冷装置的尺寸。5、临界温度高，这样可以用一般的冷却介质如冷却水或空气进展冷却。6、制冷剂对系统无腐蚀作用，与润滑油一起无化学变化，价格低廉，易于获得，对人体安康无损害，无毒。浅冷装置的工艺流程包括自然气系统、制冷系统和乙二醇系统。工艺流程简述：浅冷装置工艺流程简图自然气系统：原料气经除油器脱出凝析水和油滴后，经增压机增压后依次进入空冷器和水冷器冷却，在一级三相分别器底局部别出水和重烃，分别器顶部的气体经贫富气换热器、蒸发器后进入二级三相分别器，分别器底局部别出轻烃进入轻烃储罐，顶局部别出的干气经贫富气换热器回收冷量后进入外输气管网外输。制冷系统：从蒸发器中出来的气态制冷剂，被制冷压缩机压缩，温度、压力上升，进入冷凝器变成液氨后进入蒸发器吸取自然气的热量，实现制冷，自身气化后重进入制冷压缩机开头的循环。乙二醇系统：三相分别器中分别出的富乙二醇先进入乙二醇分馏塔顶部冷凝器加热，再进入贫富乙二醇换热器加热后进入闪蒸罐中，在闪蒸罐中闪蒸出携带的轻烃后进入乙二醇分馏塔，塔顶分馏出水份，塔底的贫乙二醇重注入自然气系统。主要设备：原料气压缩机制冷压缩机空冷器贫富气换热器第四章自然气的深冷分别深冷装置即以回收C2以上烃类为目的的自然气处理装置，深冷装置从对原料气的增压、净化、制冷均比浅冷要求条件高。自然气深冷流程的组成：自然气的增压和低温制冷过程：自然气的深冷分别是在肯定的温度和压力下进展的，所以必需进展增压和低温制冷。气体的净化：为了防止自然气中的杂质如水、CO2以及其他的酸性气体对后续加工过程的干扰，必需脱除其杂质。脱甲烷及轻烃精分馏：脱甲烷塔是深冷分别的核心，轻烃精分馏是把轻烃中各个烷烃分别成单一烷烃产品，主要设备如脱甲烷塔、脱乙烷塔等。分公司深冷装置分为双级膨胀无关心冷剂制冷〔萨南深冷〕、单级膨胀加关心冷剂制冷工艺两种。相关概念：节流膨胀：即气体由较高的压力经节流装置膨胀到较低的压力，在这个过程中由于气流经节流装置速度很高，来不及和环境换热，所以可近似看作绝热过程。膨胀所需的能量必需由气体本身供给，从而引起气体温度下降。节流阀与膨胀机的区分：节流阀膨胀过程简洁，但效率低；高压气体经过膨胀机膨胀后变为低压气，且气体温度下降，气体在膨胀过程中对外输出功，其内能下降更多，所以气体膨胀前后温度变化较大，效率高。工艺流程：双级膨胀制冷工艺流程简图流程简述：第一节概述0.8～1.0之间，不稳定原油：指未经处理，含有轻烃组分的原油。原油分类：按相对密度分为轻质原油〔0.878〕、中质原油〔相对〕、重质原油〔0.884，一般含轻馏分很少，含蜡、硫和胶质多〕。、含硫原油〔0.2%～2.0%〕和高硫原油〔2.0%〕。按含蜡量分为低蜡原油〔50mPa·s1s16～21℃〕和多蜡原油〔53mPa·s21℃〕。间平衡关系，仍旧有一局部轻组分留在原油中，使原油的蒸汽压增高。〔C1～C5〕从原油中脱除来的过程，实际上也就是降低原油蒸汽压的过程。原油稳定的意义是降低蒸发损耗，削减输送与储存时的损失。15/19回收轻烃，为石油化工供给原料，为工业及民用供给干净燃料。命。原油稳定深度越高。《油田油气集输设计标准》中规定：的原油因装卸过程不能完全密闭，蒸汽压应略低，以削减蒸发损耗。C65%〔质量〕。1165其次节负压原稳C3-C7份变成价值更高的化工原料——液态烃。65℃，平均系统压力为-0.05MPa46/万吨。0.4MPa60℃，经入口减压阀减压后进入原油稳定罐稳定，罐底的稳定原油经稳后油泵外输，稳定塔顶部用真空压缩机抽真空，真空度为20～70kPa之间，0.2～0.5MPa，20～40℃，进入三相分别器进展轻烃、不凝气、水的分别。分出的轻烃进入储罐，不凝气进入相邻的浅冷装置进展处理，污水进入污水处理系统。原油稳定塔加热炉工艺简洁；能耗小。低原油的饱和蒸气压，削减原油的集输损耗，同时将其中的C3-C7组份变成价值更高的化工原料——液态烃。120240/万吨。17/19相关概念：使人窒息。用作化工原料，制乙烯、塑料等。置和气处理装置生产的轻烃组成不同。路和压力容器起安全、掌握作用的一种管件。4、阀门的分类：急迫断阀、过流阀、安全阀等。阀等。依据阀门的构造形式不同可分为：闸阀、旋塞、球阀、