15、天然气处理原理、流程

天然气处理原理、克拉作业区第二处理厂 天然气基础知识 天然气脱水工艺 轻烃的回收处理 其余杂质的处理内容第二处理厂培训课件天然气的范畴广义来说，天然气是指自然界中一切天然生成的各种气体的混合物。从能源角度，天然气指自然生成，在一定压力下蕴藏于地下岩层孔隙或裂缝中的混合气体，其主要成分为甲烷及少量乙烷、丙烷、丁烷、戊烷及以上烃类气休，并可能含有氮、氢、二氧化碳、硫化氢及水汽等非烃类气体及少量氦、氩等惰性气体。我们所讲的天然气通常指从气田采出的天然气及油田采油过程中同时采出的伴生天然气。第二处理厂培训课件天然气的分类按照组分划分：干气（贫气），湿气（富气）；按照来源划分：有机来源，无机来源；按照相态划分：游离气，溶解气，吸附气，固体气（气水化合物）天然气的组成因油、气田层系不同而有所不同。工业上习称的“酸性天然气”是指含有CO2、H2S、有机硫等的天然气。反之称之为“甜气”。第二处理厂培训课件天然气的质量要求天然气的国家GB17820-1999：第二处理厂培训课件 项目 一类 二类 三类 高位发热量，MJ/m3 ＞31.4 总硫(以硫计)，mg/m3 ≤100 ≤200 ≤460 硫化氢，mg/m3 ≤6 ≤20 ≤460 二氧化碳，%（V/V） ≤3.0 ─ 水露点，℃ 在天然气交接点的压力和温度条件下，天然气的水露点应比最低环境低5℃ 注：1本标准中气体体积的标准参比条件是101.325kPa，20℃。2、本标准实施之前建立的天然气输送管道，在天然气交接点的压力和温度条件下，天然气中应无游离水。无游离水是指天然气经机械分离设备分不出游离水天然气一般都含有饱和的水蒸气、粉尘颗粒、液态烃以及酸性气体如H2S、CO2等。在管道输送过程中，随着压力和温度的变化，可能析出凝结水，甚至结成冰或固体水合物，堵塞管道，影响天然气输送。凝结水还将与CO2形成碳酸，对钢材起电化学腐蚀作用，而H2S可导致钢材氢脆。因此，天然气进入输气系统前须经过处理，使其符合国家标准的要求。天然气净化涉及的工艺过程除脱水、脱硫过程外，通常还附属有将过程中生成的酸气回收制硫的回收过程及其继后必要的尾气处理过程。天然气处理的必要性：第二处理厂培训课件 天然气基础知识 天然气脱水工艺 轻烃的回收处理 其余杂质的处理第二处理厂培训课件天然气脱水工艺一般包括：低温冷却法、溶剂吸收法脱水、固体吸附法脱水和化学反应脱水。一、低温冷却法低温冷却脱水是利用当压力不变时，天然气的含水量随温度降低而减少的原理实现天然气脱水。此法只适用于大量水分的粗分离。对于气体，增加压力和降低温度，都会促使气体的液化。对于天然气这种多组分的混合物，各组成部分的液化温度都不同，其中水和重烃是较易液化的两种物质。所以采用加压和降温措施，可促使天然气中的水分冷凝析出。第二处理厂培训课件根据冷却方式不同，又可分为直接冷却法、加压冷却法、膨胀制冷冷却法和机械制冷冷却法。⑴直接冷却法当气体温度非常高时，可考虑采用直接冷却法。如自然冷却、冷却水冷却等。但直接冷却脱水往往达不到气体露点的要求，一般与其它脱水方法结合使用。⑵加压冷却法根据在较高压力下天然气水含量减少的原理，将气体加压使部分水冷凝，并由压缩机出口气液分离器排出（冷却后）。通常加压冷却脱水往往达不到气体露点的要求，故常与其它脱水方法结合使用。这种脱水“预处理”方式，能够大大减轻其后脱水设备（如分子筛）的负荷。第二处理厂培训课件⑶膨胀制冷冷却法又称为低温分离（LTS）法。该法是利用高压天然气节流膨胀降温而使部分水冷凝脱除。根据克－克方程：dlnPs/dT=△Hvap/RT2△Hvap＞0，液体饱和蒸气压Ps随温度升高而增加，当温度降低时，Ps减小。而总压减小时，原来水汽分压相应减小，多余水汽就冷凝下来。用到的设备是节流阀。适用范围：高压天然气。如果气体露点要求较低，或膨胀后气体温度较低，则需要注入乙二醇等抑制剂的方法，以抑制水合物的形成。第二处理厂培训课件⑷机械制冷冷却法在一些以低压伴生气为原料气的露点控制装置中一般采用机械制冷[通常为蒸汽压缩制冷]的方法获得低温，使天然气中更多的烃类气体（同时还有水蒸气）冷凝析出，从而达到露点控制或既回收液烃又同时脱水的目的。综述：对于压力比较低的天然气，可采用机械制冷方式进行冷却脱水。首先对天然气进行压缩，使天然气达到高温高压、经水冷却器冷却、再经节流，从而使温度降至天然气中水的露点之下，则水从天然气中析出，实现脱水。若冷却脱水过程达不到作为液化厂原料气中对水露点的要求，则还应采用其他方法对天然气进行进一步的脱水。为防止形成水合物，通常在降温前把甘醇（乙二醇、二甘醇）、甲醇等防冻剂注入气流中。第二处理厂培训课件　克拉中央处理厂采用J-T阀节流制冷、低温冷凝，实现脱水脱烃的工艺。由集气装置、脱水脱烃装置、乙二醇再生及注醇装置、火炬及放空系统等13个辅助系统组成，共有6套并列脱水脱烃装置，日处理能力可达3000万立方米，最大可达3600万立方米。第二处理厂培训课件低温分离（LTS）法在中央处理厂的运用低温分离脱水主工艺第二处理厂培训课件富液缓冲罐再生塔富MEGMEG换热器贫液缓冲罐塔顶回流罐MEG重沸器导热油循环水注醇泵贫MEG45℃乙二醇再生系统第二处理厂培训课件牙哈凝析气处理工艺流程第二处理厂培训课件吉拉克凝析气处理工艺流程第二处理厂培训课件二、溶剂吸收法此法利用溶剂对水所具有的强烈亲和力而脱除天然气中水份，它是属于物理吸收的范畴。本方法是目前天然气脱水领域运用最广泛的方法，技术成熟，适于大气量天然气脱水处理，常用脱水剂是甘醇类化合物和氯化钙水溶液。一般来说，甘醇法脱水主要用于使天然气露点符合管输要求的场合。甘醇在脱水塔中自上而下与天然气逆流接触。吸收其中水分，使天然气的露点降低至符合输气要求，并送往输气系统或下一工序。吸水后的醇由塔底流出，经换热、加热，干天然气汽提，浓度提高后，用泵送往脱水塔循环使用。第二处理厂培训课件常用脱水剂优、缺点对比第二处理厂培训课件 脱水吸收剂 优点 缺点 适用范围 CaCl2水溶液 1、投资与操作费用低，不燃烧2、在更换新鲜CaCl2前可无人值守 1、吸水容量小且不能重复使用2、露点降小且不稳定3、更换CaCl2时劳动强度大，且有废CaCl2溶液处理问题 边远地区小流量、露点降要求较小的天然气脱水 二甘醇（DEG） 1、天然气中含有H2S、CO2、O2时，在一般温度下是稳定的2、吸水容量大 1、蒸汽压较TEG高，蒸发损失大（22mg/m3）2、理论热分解温度较TEG小（164.4℃），再生后的DEG浓度较小3、露点降较TEG小4、投资及操作费用较TEG高 集中处理站内大流量、露点降要求较大的天然气脱水 三甘醇（TEG） 1、天然气中含有H2S、CO2、O2时，在一般温度下是稳定的2、吸水容量大3、理论热分解温度达206.7℃4、露点降可达44--83℃5、蒸汽压较DEG低，蒸发损耗小（15mg/m3）6、投资及操作费用较DEG低 1、投资及操作费用较CaCl2水溶液法高2、当有液烃存在时再生过程易起泡，有时需要加入消泡剂 集中处理站内大流量、露点降要求较大的天然气脱水三甘醇（TEG）的主要物性三甘醇分子式HOCH2CH2OCH2CH2OCH2CH2OH无色或微黄粘稠液体，相对密度1.1254，沸点285.5℃，蒸汽压（25℃）小于1.33Pa，理论热分解温度206.7℃从结构上看，甘醇有两个羟基，存在氢键作用。当天然气与甘醇充分接触时，甘醇靠氢键作用会与天然气中的水汽分子结合成缔合物而脱除水份，吸水后的溶剂经加热可实现再生。第二处理厂培训课件产品气分离器脱水吸收塔原料气外输气TEG贫液TEG富液去再生原料气聚结过滤器第二处理厂TEG工艺流程TEG脱水法在克拉第二处理厂的运用第二处理厂培训课件TEG闪蒸罐TEG再生工艺流程TEG富液TEG贫液汽提气燃料气闪蒸气重沸器TEG后冷器第二处理厂培训课件TEG脱水装置操作注意事项 TEG入口温度升高，含水量亦升高,吸收塔径增加当温度超过48℃，TEG损失增大; 温度低于10℃也不太好，TEG太粘稠,15℃－20℃之间易发泡，适宜入口温度26℃-43℃。 塔内压力只要塔压小于20.68MPa(表压),则压力对吸收过程无影响;在恒定温度下，入口气含水量随压力增而减小,因此高压脱水时,脱的水量不多，故一般吸收塔操作压力3.45－8.27MPa第二处理厂培训课件 甘醇浓度贫甘醇浓度越高，露点降越大，离开吸收塔的气体实际露点一般较平衡露点高5.5－8.3℃普遍的贫甘醇浓度在98%－99%之间。 重沸器温度此温度越高，水脱除越多，但必在204℃以下(TEG热分解温度)。无汽提气条件下，贫甘醇最高浓度在98.7%，重沸器温度一般为187.7－198.8℃,甘醇浓度98.2－98.5%若需更高甘醇浓度,可加汽提气。第二处理厂培训课件三、固体吸附法利用比表面很大的固体颗粒吸附水份而脱水，吸附过程既有物理吸附又有化学吸附过程，但主要以物理吸附为主。此法脱水深度极高，工艺简单，能耗较大。适用于天然气深度脱水或提氦场所。第二处理厂培训课件1、吸附脱水原理根据吸附剂表面与被吸附物质之间的作用力不同，分为物理吸附和化学吸附两种。物理吸附是指流体中被吸附流体分子与吸附剂表面分子间为分子间吸引力——范德华力作用的结果。物理吸附速度快，无选择性。化学吸附是依靠化学键力作用的结果。化学吸附再生速度慢，有选择性。天然气脱水主要是属于物理吸附过程。第二处理厂培训课件2、常用吸附剂比较第二处理厂培训课件 名称内容 活性铝土矿 活性氧化铝 硅胶 分子筛 成份 天然矿石，Al2O3，经磁铁分离加热经活化制得 偏铝酸钠溶液结晶，过滤焙烧而得 硅酸钠与硫酸反应得硅酸 天然或人工合成的泡沸石型水合铝硅酸盐晶体 优点 成本低、机械强度高 露点降大 脱水性强，易再生 脱水深度高 缺点 湿容量小 再生能耗高，吸附重烃，与酸反应 寿命短，易裂，常用于实验室 气体压降大，能耗高第二处理厂培训课件常见干燥剂的吸水性对比第二处理厂培训课件注意：分子筛对NH3、H2S等极性分子具有较强的亲和力，分子筛在吸水时，也吸附这些分子。其吸附的强弱顺序为：H2O〉NH3〉H2S〉SO2〉CO2分子筛的特点①吸附选择性强，能够按照吸附质的分子大小和极性进行选择性吸附；②气体中水的相对湿度高时湿容量较小，但在的相对湿度较低（小于30%）、高温（超过25℃）、高气速条件下，具有较高的湿容量；③使用寿命较长；④不易被液态水破坏；⑤再生时能耗高，价格高。第二处理厂培训课件 分子筛脱水原理不同分子筛有不同孔径，准许小于孔径的分子通过，达到选择吸附的作用。 分子筛脱水特点（1）分子筛能根据分子大小和构型选择性的吸收（2）对于不饱和分子，极性分子和易极化分子具有较强吸附作用，露点可降至－100℃，湿容量大（3）在吸附质浓度很低或较高温度下，分子筛仍有很大吸附能力第二处理厂培训课件分子筛脱水的吸附设备多采用固定床吸附塔，对单塔而言，属间歇式操作，为保证生产连续性，采用多塔并联形式。每一个塔总是依次在吸附、再生、冷却的循环下运行，并交替使用。工艺中共有三个循环： 吸附或干燥气循环 加热或再生循环 冷却循环 NH3是一种无色气体，有强烈的刺激气味。极易溶于水，常温常压下1体积水可溶解700倍体积氨。氨对地球上的生物相当重要，它是所有食物和肥料的重要成分。氨也是所有药物直接或间接的组成。氨有很广泛的用途，同时它还具有腐蚀性等危险性质。由于氨有广泛的用途，氨是世界上产量最多的无机化合物之一，多于八成的氨被用于制作化肥。...第二处理厂培训课件湿天然气再生气压缩机再生气冷却器水分离器水再生气再生气加热器干气排污再生吸附冷吹分离器工艺简图第二处理厂培训课件吉拉克凝析气处理工艺流程第二处理厂培训课件英买力天然气处理装置流程进站凝析气段塞流捕集器原料气分离器25℃11.5MPa玉东,羊塔英买气油分子筛冷却气凝析油稳定装置压力调节阀气分子筛脱水器(粉尘过滤分离器)凝析油三级闪蒸罐加热分子筛再生气贫富液换热器J-T阀-20℃1.75MPa低温分离器-45℃6.0MPa贫富液换热器-45℃2.85MPa液脱乙烷塔贫富液换热器气脱乙烷塔气压缩机天然气外输压缩机组125℃2.85MPa脱乙烷塔底重沸器液液化气和轻油产品第二处理厂培训课件四、化学反应脱水法它是利用化学试剂与天然气中水份发生不可逆的反应脱除水份，因溶剂无法回收，只能用于实验之中。第二处理厂培训课件 天然气基础知识 天然气脱水工艺 轻烃的回收处理 其余杂质的处理第二处理厂培训课件一、吸附法利用具有多孔结构的固体吸附剂如活性炭、硅胶、硅藻土等对各种烃类吸附容量的不同，从而使天然气中一些组分得以分离的方法。这种方法一般多用于处理量较小且C3+含量较小的湿气中回收较重烃类；也可用作从天然气中脱水及回收烃类，使天然气烃水露点符合管输要求。吸附法的流程与分子筛双塔脱水类似，装置比较简单，投资较少，但能耗较大，成本高，吸附剂容量未能得到很好解决，因此在世界范围内没有广泛应用。轻烃回收常用的三种方法第二处理厂培训课件二、油吸收法选定吸收油选择性地吸收天然气中乙烷以上的组分。吸收油一般采用石脑油、煤油或柴油。按照吸收温度不同，该法又可分为常温、中温及低温油吸收法。常温油吸收法在60年代中期之前一直是世界上轻烃回收的主要工艺方法。常温、中温油吸收法回收率较低，故低温油吸收法逐步占主导地位[温度在-40℃左右]。由于吸收油平均分子量较大，所需的体积循环量也越大，而且解析过程所需的温度高，能耗大。所以，该法已逐渐被其它方法所取代。第二处理厂培训课件三、冷凝分离法冷凝分离法是利用在一定压力下天然气中各组分的挥发度不同，将天然气冷却至露点温度以下，得到一部分C3+天然气凝液。冷凝分离法在低温下进行，故也可称为低温分离法。一般可分为浅冷和深冷。浅冷以回收C3+为主要目的，致冷温度一般在-15～-25℃；深冷以回收C2+为主要目的，致冷温度-90～-100℃。中冷温度一般在-30～-80℃。按照提供冷量的制冷系统不同，致冷方法分为：冷剂制冷法（外加冷源法）、直接膨胀制冷和联合制冷法。第二处理厂培训课件冷剂制冷法（外加冷源法） 利用冷剂的相变传递热量，即在冷剂蒸发时吸热，冷凝时放热。主要工艺有：压缩制冷工艺，如丙烷制冷、氨制冷；吸收制冷工艺，如氨吸收制冷。直接膨胀制冷法 常用的直接膨胀设备有：节流阀（J-T阀）、热分离机、涡轮膨胀机。联合制冷法 冷剂和直接膨胀制冷二者的联合。第二处理厂培训课件 天然气基础知识 天然气脱水工艺 轻烃的回收处理 其余杂质的处理第二处理厂培训课件在天然气中，除了前面所述的水和酸性气体以外，还有汞、重烃等一些杂质，下面分别对这些非目标组分的危害和净化方法作一简单介绍。一、氦气He是现代工业、国防和近代技术不可缺少的气体之一。He在核反应堆、超导体、空间模拟装置、薄膜工业、飞船和导弹工业等现代技术中，作为低温流体和惰性气体是必不可少的。世界上唯一供大量开采的He资源是含He天然气。所以天然气中提取氦气，在经济上具有较强的竞争力。第二处理厂培训课件　　二、汞汞的存在会严重腐蚀铝制设备，极微量的汞含量足以给铝制设备带来严重的破坏。当汞（包括单质汞、汞离子及有机汞化合物）存在时，铝会与水反应生成白色粉末状的腐蚀产物，严重破坏铝的性质。而且汞还会造成环境污染，以及检修过程中对人员的危害。所以汞的含量应受到严格的限制。脱除汞依据的原理是汞与硫在催化反应器中的反应。在高的流速下，可脱除含量低于0.001μg/m3的汞，汞的脱除不受可凝混合物C5+烃及水的影响。美国一家公司研制了一种专门用于从气体中脱除汞的硫浸煤基活性炭HGR。日本采用了一种新的MR-3吸收剂用于净化天然气中的汞。它能使汞含量降低至0.001μg/m3以下，比HGR性能优良。第二处理厂培训课件　　三、重烃重烃常指C5+烃类。在冷凝天然气的循环中，重烃总是先被冷凝下来。如果未把重烃先分离掉，或在冷凝后分离掉，则重烃将可能冻结从而堵塞设备。极少量的C6+馏分特性的微小变化，对于预测烃系统的相特性有相当大的影响。这是因为气体的露点温度受混合物中最重组分的影响较大，C6+馏分变化对露点温度或压力有惊人的影响。在用分子筛、活性氧化铝或硅胶吸附脱水时，重烃可被部分脱除。脱除的程度取决于吸附剂的负荷和再生的形式等，但采用吸附剂不可能使重烃的含量降低到所要求的很低浓度，余下的重烃通常在低温区中的一个或多个分离器中除去，此法也称为深冷分离法。第二处理厂培训课件　　四、COS虽然COS相对来说是无腐蚀的，但它的危害不可轻视。首先，它可以被极少量的水水化，从而形成H2S和CO2；其次，CO2的正常沸点为-48℃，与丙烷的沸点-42℃很接近，当分离回收丙烷时，约有90%的COS出现在丙烷尾气或液化石油气LPG中，如果在运输和储存中出现潮湿，即使是0.5×10-6m3/m3的COS被水化，也会产生腐蚀故障。所以COS必须在净化时脱除掉。通常COS与H2S和CO2在脱酸时一起脱除。第二处理厂培训课件讲解完毕谢谢观看