2.《天然氣加工工程》習題、指導(dǎo)與訓(xùn)練2016.10.09課件

1、12.天然氣加工工程習題、指導(dǎo)與訓(xùn)練要求： 考核范圍：系統(tǒng)掌握利用教材、講義核心內(nèi)容；2注重訓(xùn)練：獨立完成和理解本作業(yè)與訓(xùn)練-1，注重理解，提高解決實際問題的能力;3公平競爭：考核結(jié)果取決于你自己的努力；4教師關(guān)注：考核質(zhì)量和及格率兩大問題！5F = A*30% + B*70% + C* 0%）作業(yè)與訓(xùn)練-1、基本概念和原理1-1 天然氣中的烴類主要包括三種：烷烴、環(huán)烷烴和芳烴，基本不含 烯烴及炔烴。1-2 氣田氣的重烴含量一般較低，多數(shù)不超過10%，油田伴生氣 的重烴含量相對較高，凝析氣田氣居中?！九判颉?【非烴氣體】氣田氣中常見的非烴氣有含硫物質(zhì)、含氧物質(zhì)及其它氣 _A）含硫物質(zhì)：無機硫化

2、合物（H2S）和有機硫化合物（硫醇（RSH）、硫醚（RSR、）二硫醚（RSSR、 羰基硫（COS）、二硫化碳（CS2）、噻吩（C4H4S）等。B）含氧物質(zhì):包括 CO2、CO（極少卜出 0。C）其它氣體:N2、H2、Hg 蒸氣及 He 等惰性氣體，其中 He 是寶貴的惰性氣體資源。3 天然氣分類（1）按照礦藏特點分類1）純氣田天然氣、（2）凝析氣田天然氣 和（3）油田伴生氣C5以上重烴液體含量低于v10cm3。C5以上重烴液體含量高于10cm3。C3以上烴類液體含量低于v100cm3。C3以上烴類液體含量高于100cm3。（3） 按酸氣含量分類按酸氣含量的多少，天然氣可分為4 氣體狀態(tài)方程1）

3、理想氣體狀態(tài)方程：pV = nRT2）范德華氣體狀態(tài)方程:5 通常砜胺溶液配比？為什么先脫硫后脫水？（1） 環(huán)丁砜（SF） 40% 、甲基二乙醇胺（MDEA ） 45%、水 15%（2）在砜胺溶液中，水作為醇胺的溶劑、粘度調(diào)節(jié)、傳熱載體、脫硫氣夾帶水蒸氣。6 斯科特法尾氣處理催化劑：CoO - MoO3- Al2O37 斯科特法尾氣處理化學原理:天然氣按礦藏特點不同可分為（2）按天然氣烴類組成分類：1基方井口流出物中1基方井口流出物中1基方井口流出物中1基方井口流出物中【干氣】【濕氣】【貧氣】【富氣】酸性氣 和潔氣.其中 H2S 含量20mg/m3稱為酸性氣3）實際氣體壓縮因子:pVm_ pV

4、RT nRTZ = 1 理想氣體；Z 1 可壓縮性小;4） Redlich-Kwong 方程：Z_!可壓縮性大RTaVm-b T1/2Vm(Vmb)aaR2Tc25/pbbRTc/Pc2反應(yīng)式：SO2+3H2= H2S+2H2O H(560) = -214.2 KJS8+ 8H2= 8H2S H(560) = -294KJ催化水解：COS +H2O = H2S+CO2CS2+2H2O = CO2+ 2H2S8.LNG 概念：液化天然氣。NGL 概念：由天然氣中回收的液烴混合物稱為天然氣凝液(NGL)，組成上覆蓋 C2C6+，又稱為輕烴。9.酸氣負荷和凈酸氣負荷？10. 砜胺法脫硫工藝的基本流程

5、主要由吸收、閃蒸、換熱、再生四部分構(gòu)成。11. 抑制劑質(zhì)量分數(shù)與天然氣水合物生成溫度降的關(guān)系(P78-81)K wM . THanmmerschmidt 方程LT=- 或w =-(1 _w)MK M . T?T:天然氣水合物生成溫度降,單位 K;w:抑制劑質(zhì)量分數(shù),%M:抑制劑的相對分子量；K :抑制劑種類常數(shù)，其中K(甲醇)=1297、K(乙二醇)=222212.冷凝分離的四大系統(tǒng)包括：(2 )冷量獲得系統(tǒng)；(2)凈化系統(tǒng)；(3)分離及精餾系統(tǒng)；(4)熱量和冷量交換系統(tǒng)。13. 冷劑制冷法中，冷劑可以是氨、丙烷、乙烷，也可以是它們的混合物。制冷工質(zhì)中，氨制冷范圍： 25C 30C;丙烷制冷范

6、圍：35C 40C。14. 直接膨脹制冷法中，膨脹制冷設(shè)備主要有：(1)節(jié)流閥；(2)透平膨脹機；(3)熱分離機。15. 根據(jù)壓容圖和溫熵圖，逆向卡諾循環(huán)可表示為四個過程：(1)絕熱(等熵)壓縮;(2)等溫壓縮;(3)等熵膨脹;(4)等溫膨脹。16. 冷凍機可逆循環(huán)系數(shù)：JFQ1/LQ21) = Tj/(Tg-T1)17. 真實冷凍機非可逆循環(huán)系數(shù)：旦 Q/LQ2Q1日也 T22I1L18. 壓縮制冷系統(tǒng)包括 4 個階段：(1)壓縮；(2)冷凝;(3)節(jié)流;(4)蒸發(fā)。19. 可逆熱機效率(審)和可逆冷凍機系數(shù)(&R)分別為：迅=T”(Tz-T 丄)和 YR = (TJ-T2)/TJ2

7、0. 天然氣提氦工藝包括：固體吸附法，溶劑吸收法，擴散法,膜滲透法,低溫冷凝法。21. 給下列過程制冷量大小排序：(A)等熵膨脹(Qs)；(B)等焓膨脹(QH)；(C)靜態(tài)熱分離機(QSTS)；(D)旋轉(zhuǎn)式熱分離機(QRTS)?！綫H QSTS QRTS 0.1%(v/v)23. 進入液化裝置的天然氣滿足：33(1) H2S 3.5 mg/m；COS 0.1mg/L；總硫量 50 mg/m。(2)CO2 100 mg/L(3)H2O 0.1 mg/L(4)Hg 液態(tài)水)(B)CH46 H2O 或 C2H67 H2O,p 液態(tài)水)4(D)M (6-7)H2O, M = CH4, C2H6等，P液

8、烴)p 液態(tài)水)2. 在天然氣脫水過程中，描述天然氣脫水程度的工業(yè)指標是()(A)水露點；(B)露點降；(C)出塔干氣實際露點；(D)水合物含量;3. 內(nèi)插公式表達正確的是()(A)y = y1+ (y2-yi)/(X2-x” (x-x1)(B) y = y2+(y2-yi)/(X2-xi) (x2-x)1p0，則在溫度 Ti(設(shè) T1 T 醇胺法 物理溶劑法；(B)醇胺法 砜胺法 物理溶劑法(C)物理溶劑法 砜胺法 醇胺法；(D)不確定11.天然氣中僅有 CO2酸性組分時，天然氣凈化主要任務(wù)是脫碳，適合此工況的方法是()(A)使用冷甲醇、碳酸丙烯酯等物理吸收法(脫碳)(B)熱堿鉀法(選擇性脫

9、硫)(C)砜胺法(同時脫硫脫碳)(D)活化 MDEA 法或膜分離法(天然氣脫碳)12.工業(yè)上天然氣脫水的常用吸收溶劑是()(A) 三甘醇(TEG)(B)分子篩(C)活性鋁土礦或活性氧化鋁(D)硅膠13.適合于天然氣深度脫水的吸收劑是()(A ) 三甘醇(TEG)(B)分子篩(露點降最大)(C)活性鋁土礦或活性氧化鋁(D)硅膠14.克勞斯法硫回收化學原理主要包括以下兩個反應(yīng)：(1) 2H2S + 302T2H2O + 2SO2, CH4+ 02宀 2 缶 0(2) 3H2S + 3/2SO2T3H2O + 3/xSxX = 2-10 , H298= 47.45 kJ/mol其中對反應(yīng)(2)的描述

10、正確的是 ()(A)在所有操作溫度下，反應(yīng)(2) H0(T) 0 ;(B)在所有操作溫度下，反應(yīng)(2) H0(T) 627C時， H(T) 0 ,而在 T 0 ;18.在天然氣脫酸氣過程中，最容易與(A )一乙醇胺(MEA)(C)二異丙醇胺(DIPA)19 在天然氣脫酸氣過程中，基本不為(A )一乙醇胺(MEA)(C)二異丙醇胺(DIPA)7(B)二乙醇胺(DEA)(D)甲基二乙醇胺(MDEA)20. 在天然氣脫酸氣過程中，導(dǎo)致甲基二乙醇胺水溶液變質(zhì)的主要因素是(A)COS、CS2發(fā)生水解反應(yīng)；(B) CO?所致的醇胺降解反應(yīng)；(C)甲基二乙醇胺氧化降解；(D)酸性雜質(zhì)與甲基二乙醇胺形成熱穩(wěn)定

11、鹽21. 酸氣吸收塔和再生塔是最容易發(fā)泡的部位，下列陳述不是導(dǎo)致吸收液發(fā)泡的因素為()(A )活性炭粉化；(B)設(shè)備腐蝕產(chǎn)生的固體顆粒(C)氧進入系統(tǒng)引起吸收液降解；(D)溶液再生不合格而霧漠夾帶嚴重22. 深冷分離溫度為：()(A) 20C35C;(B) 35C40C;(C)40C45C;(C)40C100C23加拿大 Delta 公司研發(fā)的溫克勞斯(MCRC)工藝，其特點是：()。(A)吸附液態(tài)硫的催化劑在硫露點以下再生；(B)最后一級或兩級轉(zhuǎn)化溫度在硫露點與凝固點之間；(C) 最后一級轉(zhuǎn)化器溫度降至凝固點以下；(D) 硫回收率達到 99.5%以上；24. 以下均是對超級克勞斯硫磺回收工藝

12、特征的描述，其中不正確的是：()(A)空氣和酸氣比例控制范圍增大；(B)設(shè)有預(yù)加氫裝置，提高了有機硫轉(zhuǎn)化能力；(C) 在第三級選擇性氧化轉(zhuǎn)化器中H2S 直接生產(chǎn) S 單質(zhì)；(D) 硫回收率大于 99.5%，嚴格滿足環(huán)保要求；25. 卡諾熱機逆循環(huán)構(gòu)成：(A)理想的熱機；(B)熱效率最高；(C)理想的冷凍機；(D)實際冷凍機26. 熱分離機工作過程包括：()(A)系統(tǒng)獲得熱量，所以系統(tǒng)氣體溫度升高；(B)從系統(tǒng)移除熱量，所以系統(tǒng)氣體溫度降低；(C) 對外做功，所以系統(tǒng)氣體溫度降低；(D) 系統(tǒng)因節(jié)流膨脹和移除熱量而降低溫度。27. 斯科特法尾氣處理工藝包括還原、吸收兩個工段，錯誤操作描述為：()

13、(A)用 H2+CO 氣體還原 SO2，并使得 COS 和 CS2催化水解；(提示：殘留的 S 單子也被還原)(B)以 H2S 形式回收克勞斯尾氣中的硫物種，但并不直接生產(chǎn)硫磺；(C) 用甲基二乙醇胺(MDEA)液吸收(H2S)；(D) 解吸 H2S 返回克勞斯工藝，而吸收塔頂氣可灼燒排空。28. 斯科特法尾氣處理工藝包括還原、吸收兩個工段，錯誤操作描述為：()(A)用 出+CO 氣體還原 SO2和 S 單子；(B)使得 COS 和 CS?催化水解；(C)用甲基二乙醇胺(MDEA)液吸收(H2S)； (D)回收的 H2S 經(jīng)選擇性氧化直接生產(chǎn)硫磺。(提示：回收 H2S 只能返回克勞斯硫回收裝置

14、)29. 斯科特法尾氣處理工藝還原段催化劑：()(A)天然氣鋁磯土或活性 AI2O3； (B) TiO2-SiO28(C) ZnO2；(D) C0O-M0O3/AI2O3(提示：對不同硫物種具有催化還原活性)30. 在超級克勞斯硫回收催化劑的失活原因中，描述不正確的是()(A)老化(B)硫沉積和炭沉積(C)硫酸鹽化(D) COS、CS2中毒 (提示：C0O-M0O3/AI203催化 COS、CS2還原和水解)31. 對于油吸收法 NGL 回收方工藝的描述，其中不正確的是()(A)常溫油吸收一般在 30C操作，回收 C3+為主要目的；(B)中溫油吸收一般在一 20C以上，回收 C3為目的；9(C

15、) 低溫油吸收一般在一 40C左右，回收 C2C3烴為目的。(D)富吸收油進入富油穩(wěn)定塔，脫出C2+烴類。根據(jù)冷凍系數(shù)定義尸 QI/AL= QI/(Q2 Qi)，對真實冷凍機制冷量表達不正確的是：(A) Qi；(B);AL； (C) ?(Qi- Q2);(D) TI(Q2-QI)/T2-TI根據(jù)冷凍系數(shù)定義尸 QI/AL= QI/( Q2 Qi),對真實冷凍機制冷量的正確表達是：(A) Q2；(B) Q2T1/T2； (C) ?(Qi- Q2);(E) TI(Q2-QI)/T2-TI天然氣通過氣嘴等節(jié)流部件后，氣體溫度降()(A)降低 (B)升高(C)不變(D)無任何變化規(guī)律天然氣的節(jié)流過程是

16、一個()過程(A)可逆 (B)不可逆 (C)等溫(D)近似絕熱天然氣的偏差系數(shù)又稱壓縮因子(Z)，是指 ()(A) 在相同溫度、壓力下，真實氣體的體積與理想氣體的體積之比值(B) 在相同溫度、壓力下，真實氣體的體積與相同量理想氣體的體積之比值(C) 在相同溫度、壓力下，理想氣體的體積與相同量真實氣體的體積之比值(D) PVm/RTTi天然氣的相對壓力 PrT0時；壓縮因子(Z)(A) ZT0(B) ZTi.0(C) Z Es上式中 Ws：含硫量(mg) ； V:回滴時所用 Na2S2O3標準液的體積(ml); VF：空白試驗所耗 Na2S2O3體積(ml); Es： S 分子量，N :摩爾濃度

17、。3)實驗步驟；2.利用右圖所示反凝析現(xiàn)象，可以回收天然氣凝析液。試 闡述：1)反凝析現(xiàn)象包括四種情況：等壓反凝析(7T8);等壓反蒸發(fā)(8T7)等溫反凝析(4T3);等溫反蒸發(fā)(3T4)2)等溫反凝析過程與(絕熱)節(jié)流膨脹過程的區(qū)別。等溫反凝析過程：反凝析現(xiàn)象的運用是在天然氣開采中實現(xiàn)。天然氣開采多屬等溫降壓過程(4T3),當天然氣從高凝析液。節(jié)流膨脹過程:3.描述天然氣水合物的結(jié)構(gòu)和形成條件。如何防治管輸天然氣中的天然氣水合物生成？ 天然氣水合物也叫可燃冰，它是由非極性或弱極性氣體分子與接近冰點的水接觸,鍵作用將形成有別于冰晶格的籠形晶格并將氣體分子包絡(luò)其中。1脫水：脫水后天然氣的露點降滿

18、足管輸要求；壓井口噴出時，壓力下降，出現(xiàn)反凝析現(xiàn)象，得到凝析液適當控制壓力水分子靠氫(點 3)可最大限度采出天然氣122添加抑制劑和防聚劑：13a） 熱力學抑制劑，如 NaCI, CaCl2等無機鹽電解質(zhì)或醇類，如甲醇，乙二醇；b）動力學抑制劑；如酪氨酸及其衍生物、N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）的聚合物；c） 防聚劑，如烷基芳香族磺酸鹽、4什么是露點、什么是露點降？為什么要對管輸天然氣進行嚴格的脫酸氣和脫水？5什么是天然氣選擇性脫硫、選擇性脫碳？6-1 吸收液酸氣負荷的選擇對原料氣凈化度和吸收液循環(huán)量的影響?！疽c】 酸氣負荷與凈化度成反比，采用低酸氣負荷有利于保證凈化度；（2 分）酸氣負荷與收

19、液循環(huán)量成反比，在保證酸氣脫除質(zhì)量前提下，適當提高酸氣負荷，可減少 循環(huán)量，境地能耗。6-2 斯科特酸氣對克勞斯裝置的影響P226（二） 闡述1、用圖示比較直流法與分流法工藝1）直流法：自行總結(jié)2）分流法：原料酸氣 1/3 進入燃燒爐，使烴類完全燃燒， H2S全部氧化成 S02,經(jīng)廢熱鍋爐后與另外 2/3 原料酸 氣混合進入催化轉(zhuǎn)化器，再冷卻和進入次級的催化轉(zhuǎn)化。&已知酸氣中 H2S 含量，請選擇適合的克勞斯硫回收工藝。原料氣中 H2S 含量適合的克勞斯硫回收工藝2530%1025%0.005 = 4.93 m /minH2S 摩爾含量：4.93/22.4 = 0.22 kmol/mi

20、nC02含量（流率）:986X0.02 = 19.72 m3/minCO2摩爾含量：19.72/22.4 = 0.88 kmol/min不考慮凈化氣中 H2S 和 CO2含量，則脫出總酸氣量:0.22 + 0.88 = 1.1 kmol/min所需 MEA 量：1.1/0.285 (凈負荷)=3.86 kmol/min3MEA 循環(huán)量：3.86/2.45 = 1.58 m /min考慮貧液酸氣殘留和安全裕度，設(shè)計MEA 循環(huán)量：2 m3/min【例題 2】某天然氣脫硫裝置，采用15 %(w) 乙醇胺(MEA)水溶液作為吸收劑，天然氣處理量為1.42 106m3/d(天)，吸收塔操作壓力 0.6

21、3MPa (表壓)，天然氣中含 H2S 0.5%(v)、CO2為 5%(v)，凈 化氣要求H2S 含量在 6 mg/m3(標準)以下，天然氣溫度為 32C,乙醇胺溶液入塔溫度為 40C。若已知貧液總酸量為 0.130 kmol/kmol (MEA)，吸收塔底富液總酸量為0.415 kmol/kmol (MEA)。試求：(1) MEA 溶液凈酸氣負荷；(2)MEA 溶液的最低循環(huán)量。解：(1) MEA 溶液凈酸氣負荷天然氣 n(H2S)/n(CO2)= 0.25 mol/mol3MEA 摩爾濃度：997X5%(w)/61.08 = 2.45 kmol/m凈酸氣負荷： 0.415 - 0.130

22、= 0.285 kmol/kmol(MEA)(2)MEA 溶液的最低循環(huán)量63天然氣處理量：1.42X0 /(24 60)= 986 m /minH2S 含量(流率):986 0.005 = 4.93 m3/minH2S 摩爾含量：4.93/22.4 = 0.22 kmol/minCO2含量(流率):986X0.02 = 19.72 m3/minCO2摩爾含量：19.72/22.4 = 0.88 kmol/min不考慮凈化氣中 H2S 和 CO2含量，則脫出總酸氣量：0.22 + 0.88 = 1.1 kmol/min所需 MEA 量：1.1/0.285 (凈負荷)=3.86 kmol/min

23、3MEA 循環(huán)量：3.86/2.45 = 1.58 m /min考慮貧液酸氣殘留和安全裕度，設(shè)計MEA 循環(huán)量：2 m3/min【例 2A】某天然氣脫硫裝置，用 20 %(w) 一乙醇胺(MEA)水溶液作為吸收劑，天然氣處理量為 1.42 106m3/天，天然氣中含 H2S 0.5%(V)、CO2為 2%(v)。已知：MEA 平均式量 M=61 , MEA 溶液濃度 20 w% , 在 3050C密度位 997 kg/m3;貧液總酸量 0.130 kmol/kmol(MEA)，吸收塔底富液總酸量為 0.415 kmol/kmol(MEA)，凈化氣要求 H2S 含量在 6 mg/m3(標準)。試

24、求：(1) MEA 摩爾濃度和 MEA 溶 液凈酸氣負荷；(2) MEA 溶液的最低循環(huán)量；(3)凈化氣中殘留 H2S 摩爾流率。解：(1)天然氣處理量：1.42X06/(24 60)= 986 m3/min3MEA 摩爾濃度：997 20%(w)/61 = 3.27 kmol/mMEA 凈酸氣負荷：0.415 - 0.130 = 0.285 kmol/kmol (MEA)(2) MEA 溶液的最低循環(huán)量25H2S 含量(流率):986 0.005 = 4.93 m /minH2S 摩爾含量(流率):4.93/22.4 = 0.22 kmol/minCO2含量(流率):986X0.02 = 19.72 m3/minCO2摩爾含量(流率):19.72/22.4 = 0.88 kmol/min不考慮凈化氣中 H2S 和 CO2含量，則脫出總酸氣量：0.22 + 0.88 + 986 6 X1 反/34 = 1.1 kmol/min所需 MEA 流量：1.1/0.285 (凈負荷)=3.86 kmol/min3MEA 最低循環(huán)量：3.86/3.27 = 1.18 m /min(3)凈化氣中 H2S 摩爾流率986 6