第十章--天然气预处理及轻烃回收-1

1、采 气 工 程,重庆科技学院石油工程学院,第十章 天然气预处理及轻烃回收,第十章 天然气预处理及轻烃回收,概 述,不论是何种气藏产出的天然气，它不仅是一种优质的清洁燃料，也是近代化学工业的重要原料来源。 我国对管道输送的天然气提出如下指标： （1）在最大输压下，天然气的露点应比管线周围介质的月平均温度低57； （2）H2S含量小于20mg/m3； （3）CO2含量小于3%(体积)； （4）硫的总含量低于270mg/m3。 天然气预处理：脱出天然气中所含水分、硫化氢、二氧化碳和固相杂质，回收有经济价值的硫磺和二氧化碳，以获得符合标准的净化天然气的综合工艺过程。 轻烃回收：一般称为天然气凝析液回收

2、，习惯称为轻烃回收。,第一节 天然气加工和轻烃回收目标,天然气的初加工和产品利用三大目标：天然气的净化、加工和化工利用。 1天然气净化： 原因：天然气中水的存在可能在管线和设备中形成固体水合物堵塞管线和阀门，影响操作的稳定性；H2S的燃烧会污染环境，损害人类健康，同时它又是化工重要原料硫的来源之一；CO2的存在会降低天然气的热值。 而且这些酸性气体和水会生成酸或酸溶液，造成设备和输气管道的严重腐蚀。 目的：脱除水、硫化氢和二氧化碳。其矿场工艺过程即为天然气的净化过程。 2轻烃回收： 定义：天然气中含有丰富的C2以上的轻质组分，回收这些轻质组分称为轻烃回收，其工艺过程为轻烃回收工艺。 回收产品：

3、乙炔、液化石油气(LPG)混合物和凝析油。它们均为重要的石油化工原料。 分类：商品天然气主要组成为甲烷，LPG混合物主要成分为C3C4的烃类化合物，凝析油为C5+以上的烃类。 方法：对轻烃回收的天然气液体经分离塔分馏可获得各种化工原料气。,第一节 天然气加工和轻烃回收目标,脱 出 油 泥 杂 质,脱 水 和 脱 酸 气,轻 烃 回 收,分 馏 塔,外输天然气,LPG(C2、C3),天然汽油,凝析油,天然汽油,天然气粗加工示意图,天然气的粗加工工艺：轻烃回收工艺和天然气凝析液的分离加工。,第一节 天然气加工和轻烃回收目标,3天然气利用：把天然气及粗加工产物经过裂解、气化、分离、抽提、合成、聚合和

4、缩聚等工艺过程，获得二次以上产品而使经济价值升值的工艺过程。 目标：获得8大基础原料，14种基本有机原料和3大合成材料及其它化工产品。 总之，天然气粗加工的内容是脱水、脱出CO2和H2S等酸性气体，轻烃回收和精馏制成商品天然气、乙烷、LPG、凝析油和天然气油。 尽管各种天然气站场粗加工工厂千变万化，结构繁杂，但它们都是由一些基本的操作单元：相分离器、吸附塔、压缩机、精馏塔、换热器、泵、管线、阀门等所组成。其中涉及的大多数操作是物理过程。,第二节 天然气净化技术,一、 发展现状及净化气质量要求 四川天然气净化技术和工艺以自研和引进相结合的方法发展，目前重要的工艺指标已接近或达到了国外同类先进水平

5、。 天然气净化的目：是将天然气中的水、硫、和CO2等成份的含量降至工业和民用商品天然气所要求的指标，且符合环境法规的要求。 通常包括四类工艺处理：天然气脱水、脱硫、硫磺回收和废气处理。 天然气净化的气质标准：国家制定的商品天然气的气质要求，气质指标直接涉及到工艺技术的设计和发展。要求越高，工艺技术越复杂。 商品天然气以管道输往用户，因用途不同用户对气质的要求也不同；就管输来说，主要是根据安全平稳供气的要求并兼顾到人身健康安全而确定各项具体指标。,二、天然气脱水 天然气必须进行脱水处理，使之达到规定的含水汽量指标。 定义：从天然气中脱出水汽以降低露点的工艺。,第二节 天然气净化技术,脱水工艺技术

6、指标：露点降。 露点降：在同一压力下，被水汽饱和的天然气露点温度与经过脱水装置后天然气露点温度之差。 天然气脱水方法：溶剂吸收法、固体吸附法、直接冷却法和化学反应法。 在实际操作过程中，应根据具体的工况，对各种方法进行技术经济评价，选取最优的天然气脱水工艺。常用的是溶剂吸收法和固体吸附法两种脱水方法。 （一）溶剂吸收法（甘醇脱水法） 1.基本原理 利用溶剂对天然气、烃类的溶解度低，对水的溶解度高和对水汽吸收能力强的特点，使天然气中的水汽及液态水被溶解和吸收，然后再将含水溶剂与天然气分离，达到脱水目的（降低露点）。含水溶剂经再生除去水分后，可返回系统中循环使用。,第二节 天然气净化技术,常用吸收

7、剂,二甘醇,三甘醇等,氯化钙水溶液,甘醇类化合物,2.常用脱水溶剂 用来脱水的亲水液体溶剂称为脱水吸收剂。常用：乙二醇、二甘醇和三甘醇。,第二节 天然气净化技术,用作脱水的吸收溶剂应具备以下性能： （1) 对水有较高的亲合力，具有较高的脱水深度。天然气的脱水深度：天然气吸收操作温度与脱水后干气露点温度之差(露点降)来表示，露点降愈大，脱水程度愈深。 （2) 脱水吸收剂应对天然气和烃液体具有较低的溶解度，以避免脱水过程中损失更多的气体和液态烃。 （3) 蒸汽压低，对化学反应和热作用稳定，以减少吸收剂的损失。 （4) 容易再生，价格低廉，易于取得。 （5) 粘度小，发泡和乳化倾向小，便于输送和吸收

8、操作。,第二节 天然气净化技术,3.工艺流程及设备 1）工艺流程 包括两大部分：含水天然气与三甘醇贫液充分接触后，在操作压力和常温下脱水；富甘醇溶液在高温低压下再生。 含水天然气进入吸收塔，在塔的操作压力与温度下与三甘醇接触，水被脱除，达到规定的干燥天然气气质要求离开吸收塔，三甘醇富液则进入再生塔再生，再生后的三甘醇贫液经冷却后循环使用。蒸出的水蒸汽在塔顶部分冷凝作为回流，部分排出装置 。,第二节 天然气净化技术,甘醇脱水原理流程,复习,1.商品天然气气质要求； 2.名词解释：天然气预处理、轻烃回收、天然气净化等； 3.天然气脱水方法、露点降； 4.溶剂吸收法脱水原理及工艺流程。 常用的脱水剂

9、：乙二醇、二甘醇、三甘醇。 由于使用乙二醇和二甘醇的甘醇的损失较大，而三甘醇以他较大的露点降、性能稳定、技术上的可靠性和经济上的合理性在天然气脱水中被普遍使用。,第二节 天然气净化技术,2）主要设备 三甘醇脱水主要设备有吸收塔、闪蒸分离器和再生塔等 （1）吸收塔结构及作用 吸收水汽的主要设备。三甘醇吸收塔装若干水平塔盘，把塔分隔为很多层，每层上均有升气管、泡帽、溢流管三种基本构件。,泡罩工作原理,第二节 天然气净化技术,泡罩塔板的单个泡罩,泡罩塔板结构,天然气脱水吸收法脱水,吸 收 塔 流 程,干气,富液去重沸器,贫液,天然气与贫液热交换器,贫液,天然气,来自入口洗涤器的湿气,捕雾器,第二节

10、天然气净化技术,第二节 天然气净化技术,（2）闪蒸分离器结构及作用 类似一低压高温分离器。在低压下分离出富甘醇中所吸收的天然气和包括芳香烃在内的重烃。 （3）再生塔作用 由精馏塔和重沸器组成。 作用：对吸收塔来的富甘醇进行再生。 （4）其它设备：分离器、换热器等。,第二节 天然气净化技术,4.三甘醇脱水操作中存在的主要问题 三甘醇脱水装置操作中经常发生的问题是三甘醇损失量过大和设备腐蚀。 (1)三甘醇损失的原因 由于操作不当，设备故障导致脱水及再生过程中三甘醇有如下方面的损失： 原料气和贫甘醇溶液进吸收塔温度过高，增加了吸收塔顶三甘醇的蒸发损失。 重沸器再生温度过高，导致三甘醇变质而造成损失。

11、 吸收塔、再生塔顶大量雾沫夹带造成的携带损失。 吸收塔操作温度过低，三甘醇溶液粘度过大，不仅降低塔板效率，也可能增加塔顶雾沫夹带。 因此，吸收塔操作温度不应低于10，一般在2050范围内。 其它操作事故，设备破损，如溢罐、甘醇液冷却管穿孔等也可致成甘醇溶液的漏损。,第二节 天然气净化技术,(2)三甘醇脱水装置的设备腐蚀 纯甘醇溶液对碳钢并无腐蚀性，造成三甘醇脱水装置设备腐蚀的介质是： 甘醇氧化生成有机过氧化物，并进一步生成甲醛和甲酸。变质反应随氧分压及温度的增加而增加，酸性物的存在又加剧了反应的进行。 甘醇溶液吸收天然气中的H2S、CO2等酸性气体，溶液PH值降至6.0以下。此时，甘醇与硫化物

12、反应生成具有强腐蚀性的“污泥状”聚合物。 随气体带入的氯化钠水解产物。 因此，甘醇脱水装置的腐蚀主要是由于甘醇溶液PH值降低，溶液呈酸性所引起的。在有冷凝液凝析或积聚的部位腐蚀最严重。 措施：,第二节 天然气净化技术,（二）固体吸附法 1吸附原理 工艺原理：利用某些多孔性固体介质吸附天然气中的水蒸气。吸附是指气体或液体与多孔固体颗粒表明相接触，气体或液体与多孔固体表面分子间相互作用而停留在固体表面上浓度增大的现象，被吸附的气体称为吸附质，吸附气体的固体称为吸附剂。 分类：根据吸附剂与被吸附物质之间作用力的不同，而把它分为物理吸附和化学吸附。前者是由分子间的引力作用引起的，而后者是吸附剂表面与被

13、吸附介质间靠化学键的作用达到吸附的目的。 目前天然气净化的吸附过程多为物理过程。其特点：不与被吸附质发生反应，吸附和脱附都进行得很快；吸附过程为瞬间平衡过程，它为一放热过程，其放出的热量通常与气体的液化热相近。,第二节 天然气净化技术,2固体吸附剂及特点 1）特点：与溶剂法相比，固体吸附法脱水深度高，适应进料处理量变化极不稳定，装置操作、设计简单，占地面积小，无严重腐蚀、发泡等优点。 对于大流量高压天然气脱水，假定需要的露点降仅为2228，一般情况下用二甘醇和三甘醇脱水较经济。固体吸附法可将露点降至73以下。 2）对固体吸附剂要求： 固体吸附剂为多孔固体介质，用于天然气净化的吸附剂具有以下的性

14、质： （1）多孔性的、具有较大吸附表面积的物质。一般要求吸附总表面积达到5001000m2/克。比表面积越大，吸附容量越大。 （2）吸附剂必须有对被吸附介质具有选择性。 （3）工业吸附剂通常为颗粒状。为适应工业要求，颗粒大小必须均一，颗粒不能太小，有一定的机械强度，不易碎。 （4）能够不断地重复再生使用，寿命长。 （5）具有较高的堆积密度，无腐蚀性、无毒、化学惰性，价格低廉，易得。 3）常用的固体吸附剂：活性铝土矿、活性氧化铝、硅胶、分子筛等。其中分子筛比其它几种吸附剂效果都好，但成本高。在天然气液化或深冷之前，需将天然气干燥至低露点，此时用分子筛脱水较合适。,第二节 天然气净化技术,3吸附法

15、天然气脱水工艺流程 各种固体干燥剂的吸附和再生过程基本上是一样的，其设备和工艺流程也相同。目前天然气工业用的脱水吸附器主要为固定床吸附塔，一般均可采用24个吸附塔，切换使用，分为脱水，再生、冷却3个过程交替进行。为了保证装置连续操作，至少需要两个吸附塔，在吸附塔流程中，一个塔进行脱水操作，另一个塔进行吸附剂的再生和冷却，然后切换。,分子筛吸附塔,第二节 天然气净化技术,吸附法脱水工艺流程,第二节 天然气净化技术,三 天然气中酸性组分的脱除 1概述： 从井口采出的天然气除含有水分外，通常还含有硫化氢、硫醇、二硫化碳、二氧化碳等有机硫化物，我们统称为酸性气体。 这些酸性气体的存在对天然气下游生产带

16、来许多危害： （1）由于水的存在，这些气体组分将生成酸或酸溶液，造成输气管道和设备的严重腐蚀； （2）天然气中的硫化物毒性较大、其燃烧产物会破坏周围环境，损害人类健康； （3）以天然气为原料的化工装置如合成氨等，工艺中催化剂对硫化物及其敏感，使其失效； （4）天然气中含二氧化碳降影响管输效率、降低天然气热值、促进水合物生成。 从含硫天然气中净化分离出这些硫化物，并使之转化为可供工业应用的元素硫，便构成一条天然气工业中普遍采用的净化、回收硫的基本技术路线。,第二节 天然气净化技术,2脱硫方法分类 按不同的分类有不同的提法，若以脱硫剂的状态划分则可分为干法和湿法两大类。 1）干法脱硫：采用固体脱硫

17、吸附剂脱硫。 这类吸附剂包括天然泡沸石，分子筛和海棉状氧化铁等。目前用于井站自用气和小量生活用气脱硫有C784B固体脱硫剂。 2）湿法脱硫：采用各种液体溶液脱硫剂脱硫。多用于高压天然气中酸性气含量较高的情况。 湿法本身按其吸收方条件又可分为：化学吸收法、物理吸收法、复合法和直接氧化法。 （1）化学吸收法：基于可逆化学反应。 吸收剂在吸收塔内与H2S和CO2进行反应，在解吸塔内用提高温度或降低压力的办法使反应向相反方向进行。各种胺溶液是应用最广泛的脱硫吸收剂。其中包括：一乙醇胺(MEA)、常规的二乙胺(DEA)等。 除了各种醇胺法以外，碱性盐溶液和氨基酸盐法亦属于化学吸收脱硫法。,第二节 天然气净化技术,（2）物理吸收法：基于吸收剂的选择性吸收来分离抽取天然气中的酸性组分。 其操作类似于天然气工业中的油吸收塔。 （3）复合法：同时使用混合的化学和物理吸收剂。 3对吸收剂的要求 在所有这些方法中，酸性组分的吸收剂应当具有高选择性，化学及热稳定性，低蒸汽压，腐蚀性小，高吸收容量和对