天然气的预处理

天然气过滤和深度干燥目录本章思考题05过滤分离深度干燥概述旋风分离概述1概述天然气的形成

天然气系古生物遗骸长期沉积地下，经慢慢转化及变质裂解而产生之气态碳氢化合物，具可燃性，多在油田开采原油时伴随而出或纯天然气气田（天然气──从自然界中开采出来的、以碳氢化合物为主的可燃气体叫天然气）。天然气技术指标（GB17820-2012，2012年5月发布，9月1日实施

）1概述1概述高位热值规定量的气体完全燃烧，所生成的水蒸汽完全冷凝成水而释放出的热量。A低位热值规定量的气体完全燃烧，燃烧产物的温度与天然气初始温度相同，所生成的水蒸汽保持气相，而释放出的热量。B热值在燃料化学中，表示燃料质量的一种重要指标。单位质量(或体积)的燃料完全燃烧时所放出的热量。1公斤液化气燃烧热值为:10800-11000大卡1立方米天然气热值:8000-9000大卡1度电的热值是:860大卡1立方米的煤气热值:7110-7350大卡天然气的组分天然气是由碳氢化合物和其他成分组成的混合物，主要由甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）等组成，其次还含有微量的重碳氢化合物和少量的其它气体，如氢气（H2）、氮气（N2）、硫化氢（H2S）、一氧化碳（CO）、水气等。同时还含有固体物质（泥沙、岩屑、腐蚀物以及酸化残留物）、液体杂质（游离水或地层水，凝析油）和气态杂质（水蒸气）等组分。1概述过滤和深度干燥目的不脱除杂质因此需要对天然气进行预处理(过滤和深度干燥)会增加输气阻力,使管线输送能力下降；水分会腐蚀管线和设备；天然气的固态杂质在高速流动时会冲蚀管壁；使天然气流量测量不准；影响商品天然气质量；阻塞下游用户的燃气设备；对后续处理系统的安全平稳运行构成威胁。脱除天然气中携带的固体物质（泥沙、岩屑、腐蚀物以及酸化残留物）、液体杂质（游离水或地层水，凝析油）脱出天然气中的水蒸气等组分1概述我公司天然气预处理常用方法旋风

分

离

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滤

分

离

1概述深度干燥

天然气预处理最常见的方式：旋风分离、过滤分离和深度干燥相结合的方法。吸附原料气中的水蒸气干燥段分离段去除原料气带来的固体杂质分离下来的凝析油、游离水和固体杂质排放至污水池（罐）。1概述去除原料气带来的凝析油、游离水过滤段旋风分离什么叫“离心力”？1是一种惯性力。当物体在做非直线运动时(非牛顿环境，例如:圆周运动或转弯运动)，因物体一定有本身的质量存在，质量造成的惯性会强迫物体继续朝着运动轨迹的切线方向(原来那一瞬间前进的直线方向)前进，而非顺着接下来转弯过去的方向走。若这个在做非直线运动的物体(例如:车)上有乘客的话，乘客由于同样随着车子做转弯运动，会受到车子向乘客提供的向心力，但是若以乘客为参照系，由于该参照系为非惯性系，他会受到与他相对静止的车子给他的一个指向圆心的向心力作用，但同时他也会给车子一个反向等大，由圆心指向外的力，就好像没有车子他就要被甩出去一样，这个力就是所谓的离心力。由于处于非惯性系中，此状况下物体所感受的力并非真实，所以有些说法会称这种现象为"离心力"。)2旋风分离离心分离法2原理：当流体改变流向时，密度大的液滴具有较大的惯性，就会与器壁相撞，使液滴从气体中分离出来。它主要用于分离大量液体和大直径液滴，宜用于固体微粒大于50μm的气固分离。（净化大于1-3微米的非粘性、非纤维的干燥粉尘等杂物）2旋风分离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。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。旋风分离器工作原理

天然气通过设备入口进入设备内旋风分离区，当含杂质气体沿轴向进入旋风分离管后，气流受导向叶片的导流作用而产生强烈旋转，气流沿筒体呈螺旋形向被甩向器壁，并在重力作用下，沿筒壁下落流出旋风管排尘口至设备底部储液区，从设备底部的出液口流出。旋转的气流在筒内收缩向中心流动，向上形成二次涡流经导气管流至净化天然气室，再经设备顶部出口流出。旋风分离器结构

旋风分离器采用立式圆筒结构，内部沿轴向分为集液区、旋风分离区、净化室区等。内装旋风子构件，按圆周方向均匀排布亦通过上下管板固定；设备采用裙座支撑，封头采用耐高压椭圆型封头。旋风分离设备及工作原理32旋风分离旋风分离器结构示意图（1）42旋风分离旋风分离器结构示意图（2）42旋风分离旋风子结构示意图分输站配置和负荷5序号单位旋风分离器台数(运行+备用)单台最大处理量(Nm3/h)1安阳首站//2鹤壁分输站//3新乡分输清管站2140004修武分输站//5博爱分输站（通豫）21150006孟州分输站//7洛阳末站2500008吉利支线末站//2旋风分离过滤分离过滤分离法1原理：利用气体与固体和液体微粒直径大小不同，气体可通过过滤介质，微粒被截留在过滤介质上，气体中悬浮的微粒就被分离出来。本方法适用于分离直径0.2μm至40μm的微粒。3过滤分离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。过滤分离器工作原理在一定的压力作用下，气体进入过滤器，较大固体的颗粒一般呈直线运动，较小的颗粒则会做自由运动，滤芯采用筛、挡、阻三种方式去捕捉这些微粒，由于滤芯材料分子吸引作用吸引液体，并聚结成较大的液滴，通过将液滴吸引到纤维上，滤芯逐渐变湿，滤芯纤维间越来越多的空格被液体和固体颗粒塞满，进入分离腔的液滴，由捕雾器捕捉而脱离气体。过滤分离器结构过滤分离器主要由滤芯、壳体、快开盲板以及内外部件组成，采用卧式、快开盲板结构。3过滤分离过滤分离设备及工作原理23过滤分离过滤分离器结构示意图（1）33过滤分离过滤分离器结构示意图（1）33过滤分离过滤分离器结构示意图（1）33过滤分离过滤分离器结构示意图（2）3玻璃纤维滤芯如图所示：3过滤分离过滤分离器结构示意图（3）3分输站配置和负荷4序号单位过滤分离器台数(运行+备用)单台最大处理量(Nm3/h)1安阳首站22500002鹤壁分输站255003新乡分输清管站312500/450004修武分输站2450005博爱分输站625000/70000/1150006孟州分输站2470007洛阳末站2500008吉利支线末站2380003过滤分离深度干燥天然气水合物又称气体水合物，是天然气与水分子在高压（＞10MPa）和低温（0-10℃）条件下合成的一种固体结晶物质。其中80%-90%的成分为甲烷，故天然气水合物又被称为甲烷水合物。物理特性：呈白色或浅灰色晶体，也有呈红、桔黄、蓝色等。密度接近并稍低于冰的密度。剪切系数、电介常数和热传导率均低于冰。声波传播速度高于含气沉积物和饱和水沉积物。4深度干燥天然气水合物114深度干燥天然气水合物1由46个水分子将8个甲烷分子紧紧包裹而形成的有孔球形物质。外貌类似冰雪，可以像酒精块一样被点燃，故有人叫它“可燃冰”。4深度干燥天然气水合物1天然气水合物形成的条件：气体处于水汽的过饱和状态或有液态水存在；有足够高的压力和足够低的温度；在上述条件下，气体压力波动或流向突变产生搅动或有晶体（固体腐蚀物、水垢等）存在就促进产生水合物。临界形成温度是水合物可能存在的最高温度。高于临界温度，不管压力多大，也不会形成水合物。防治水合物从分离器分出的天然气一般都含水(蒸汽)。含水的天然气当其温度降低至某一值（水露点）后，就会形成固体水合物，堵塞管道与设备。天然气脱水是防止水合物形成的最好的方法，但需建脱水装置（一般情况下，压降1.0MPa，温降2~3℃

），在气体处理规模较大且过程温度较低时才比较经济。防止固体水合物形成的方法：脱水干燥法4深度干燥天然气水合物14深度干燥天然气水露点的含义2天然气水露点是一个温度值，是在一定压力下天然气中水分凝结的温度值，即压力一定的情况下，开始从气相中分离出第一批液滴的温度；在一定压力下，天然气饱和水含量对应的温度。（工业上常用天然气水露点表示天然气饱和水含量）主要影响因素：天然气中水蒸气的含量管道压力温度《天然气管道运行规范》SY/T5922---2003天然气露点在最大输送压力下，低于管线周围介质最低温度5-15℃，以保证管线不产生凝析水。4深度干燥天然气水露点的含义2处于露点状态时，天然气内水蒸气开始凝析结露、出现微量液态水，温度继续降低后将形成水化物阻塞管道、阀门、仪表等。在某一压力下，气体露点越低，气体水含量越少。气体的实际温度高于露点温度，气体处于未饱和状态，无液态水析出；低于露点，气体过饱和，有液态水析出。深度干燥的原理3吸附脱水的原理：可逆过程吸附是用多孔性的固体吸附处理气体混合物，使其中一种或多种组分吸附（停留）于固体表面上，其他的不吸附，从而达到分离操作。采用内部孔隙很多、内部表面积很大的固体物质与含水天然气接触，天然气中水被吸附于固体物质的空隙。被水饱和了的固体物质经加热或减压（分子加速运动）再生后使固体物质恢复吸附能力。4深度干燥吸附剂天然气脱水装置示意图（一塔吸附一塔再生）干燥塔的内部结构天然气脱水装置44深度干燥吸附剂床层内的吸附过程天然气脱水装置44深度干燥在天然气脱水中常用的吸附剂：分子筛、硅胶、活性氧化铝。物理性质分子筛4A~5A硅胶R型活性氧化铝F-1型表面积（m2/g）700~900550~650210孔体积（cm3/g）0.270.31~0.34/孔直径（A）4.221~23/平均孔隙度（%）55~60/51堆积密度（g/L）660~690780800~880比热【J/(g•℃)】0.837~1.0471.0471.005再生温度（℃）150~310150~230180~310静态吸附容量(相对湿度60%)【%重量】2233.314~16颗粒形状圆柱体球形颗粒4深度干燥分子筛54深度干燥分子筛5现代天然气公司采用的吸附脱水方法大都是分子筛吸附，常用4A分子筛。尽管分子筛价格较高，但却是一种极好的脱水吸附剂。在天然气压缩或液化之前，要现将天然气的露点将至很低值，此时使用分子筛脱水比较合适。在我公司实际使用中，分输站的旋风分离器和过滤分离器已脱去大部分饱和水，再通过加气母站脱水装置分子筛床层深度脱除残余的微量水分，以获得很低的露点，防止形成水合物。4深度干燥分子筛5分子筛是具有骨架结构（许多孔径均匀的孔道与排列整齐的孔穴）的碱金属的硅铝酸盐晶体，是一种高效、高选择性的固体吸附剂。其分子式如下：M2/NO•AI2O3•xSiO2•YH2OM—某些碱金属或碱土金属离子，如Li、Na、Mg、Ca等；n—M的价数；x—SiO2的分子数；y—水的分子数。分子筛54深度干燥水是一种强极性分子，相对分子量为18，分子直径很小(2.76-3.20A)。不同固体的孔径是不同的，孔径大于3.2A的，都可以吸附水分子。4深度干燥水分子的物理性质1234分子筛5

吸附选择性强：能按照物质的分子大小进行选择只吸附临界直径比