天然氣預(yù)處理ppt課件(PPT 41頁)

1、天然氣預(yù)處理第1頁，共41頁。目錄概述天然氣預(yù)處理技術(shù)天然氣預(yù)處理設(shè)備本章思考題第2頁，共41頁。概述第3頁，共41頁。1 概述預(yù)處理目的不脫除雜質(zhì)脫除天然氣中攜帶的油、游離水和泥砂等氣液（固）雜質(zhì)以及脫出天然氣中的水蒸氣和酸性組分等影響商品天然氣質(zhì)量對后續(xù)處理系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運行構(gòu)成威脅因此需要對天然氣進行預(yù)處理第4頁，共41頁。天然氣預(yù)處理技術(shù)第5頁，共41頁。2 天然氣預(yù)處理技術(shù)2.1預(yù)處理原理天然氣從地下開采出來后一般都含有固體雜質(zhì)（巖屑、金屬腐蝕產(chǎn)物）、液體雜質(zhì)（水、凝析油）和氣體雜質(zhì)（硫化氫、有機硫、二氧化碳、水汽），因開采工藝的需要可能還會混進發(fā)泡劑、防凍劑等化學藥劑天然氣預(yù)處理主

2、要指的是：雜質(zhì)的過濾和與液相的分離第6頁，共41頁。2 天然氣預(yù)處理技術(shù)天然氣預(yù)處理常用分離方法重 力 沉 降 法離 心 分 離 法碰 撞 分 離 法過 濾 分 離 法第7頁，共41頁。2 天然氣預(yù)處理技術(shù)重 力 沉 降 法 原 理1原理：靠油氣比重的不同實現(xiàn)分離，重力分離只能除去直徑大于100微米的液滴。如分離直徑4050微米的液滴則需十分龐大的設(shè)備，現(xiàn)實不大可能。天然氣預(yù)處理常用分離方法第8頁，共41頁。2 天然氣預(yù)處理技術(shù)離 心 分 離 法 原 理2原理：當流體改變流向時，密度大的液滴具有較大的慣性，就會與器壁相撞，使液滴從氣體中分離出來。它主要用于分離大量液體和大直徑液滴，宜用于固體微

3、粒大于50m的氣固分離。天然氣預(yù)處理常用分離方法第9頁，共41頁。2 天然氣預(yù)處理技術(shù)碰 撞 分 離 法 原 理3原理：流體遇上障礙時，改變流向和速度，使氣體中的液滴不斷在障礙面內(nèi)聚集，由于表面張力的作用形成液膜，氣體在不斷接觸中，將氣體中的細液滴，聚集成大液滴靠重力沉降下來。氣流速度在12m/s時能達到較高的效率，能除去5m以上的液霧。天然氣預(yù)處理常用分離方法第10頁，共41頁。2 天然氣預(yù)處理技術(shù)過 濾 分 離 法 原 理4原理：利用氣體與固體和液體微粒直徑大小不同，氣體可通過過濾介質(zhì)，微粒被截留在過濾介質(zhì)上，氣體中懸浮的微粒就被分離出來。本方法適用于分離直徑0.2m至40m的微粒。天然氣

4、預(yù)處理常用分離方法第11頁，共41頁。2 天然氣預(yù)處理技術(shù)2.2水合物防治從井口采出的或從礦場分離器分出的天然氣一般都含水。含水的天然氣當其溫度降低至某一值后，就會形成固體水合物，堵塞管道與設(shè)備。天然氣脫水是防止水合物形成的最好的方法，但需建脫水裝置，在氣體處理規(guī)模較大且過程溫度較低時才比較經(jīng)濟；當管道、設(shè)備必須在低于水合物形成溫度以下操作時，則應(yīng)考慮加入化學劑的方法。防止固體水合物形成的方法有三種：加熱法、注劑法和脫水法。第12頁，共41頁。2 天然氣預(yù)處理技術(shù)加熱法1加熱法主要是指提高節(jié)流前天然氣溫度，包括蒸氣加熱和水套爐加熱兩種方法。如果節(jié)流前后壓降不變，提高節(jié)流前天然氣的溫度也等于提高

5、了節(jié)流后天然氣的溫度，可以有效預(yù)防節(jié)流后水合物的生成。氣體水合物的臨界溫度表第13頁，共41頁。2 天然氣預(yù)處理技術(shù)注劑法注入水合物抑制劑可使氣流在較低溫度-30-50下不生成水合物，常見的水合物抑制劑是甲醇、乙二醇，其物理化學性質(zhì)見下表：第14頁，共41頁。2 天然氣預(yù)處理技術(shù)按水溶液中相同質(zhì)量百分濃度抑制劑引起的水合物形成溫度降比較不再采用二甘醇，因其粘度太大，與液烴分離困難可用于任何操作溫度下的天然氣管道和設(shè)備，但由于其沸點低，操作溫度較高時，氣相損失過大，故多用于低溫場合優(yōu)先考慮二甘醇，它與乙二醇相比，氣相損失較小注劑選擇甲醇操作溫度高于-7操作溫度低于-10注劑選擇甲醇最好乙二醇其次

6、二甘醇第15頁，共41頁。2 天然氣預(yù)處理技術(shù)水合物抑制劑用量的計算注入管道或設(shè)備中的抑制劑，無論是甘醇類靠霧化還是甲醇靠蒸發(fā)均勻分散于氣流中后，其中一部分抑制劑與氣體中析出的液態(tài)水混合，將水從氣體轉(zhuǎn)移到液體抑制劑中，形成抑制劑水溶液，從而達到防止水合物形成的目的，而另一部分抑制劑則損失在氣流中。消耗于前一部分的抑制劑稱為抑制劑在液相的用量，用ql表示；消耗在后一部分的抑制劑，稱為抑制劑的氣相損失量，用qg表示；抑制劑的總用量qt為兩者之和。qt=ql+qg 第16頁，共41頁。2 天然氣預(yù)處理技術(shù)注入抑制劑后天然氣形成水合物的溫度降低，其溫度降主要取決于抑制劑的液相用量，損失于氣相的抑制劑量

7、對水合物形成條件的影響較小。為防止氣體形成水合物所需注入的抑制劑最低用量，可以采用以立項溶液凝固點下降關(guān)系為基礎(chǔ)的Hammerschmidt半經(jīng)驗公式進行手工計算；也可以采用由分子熱力學模型建立的軟件由計算機模擬完成。第17頁，共41頁。2 天然氣預(yù)處理技術(shù)水溶液中最低抑制劑的濃度注入氣流中的抑制劑與氣體中析出的液態(tài)水混合后形成抑制劑水溶液。當天然氣水合物形成的溫度降根據(jù)工藝要求給定時，抑制劑在水溶液中的濃度必須高于或等于一個最低值。水溶液中最低抑制劑濃度Cm可按Hammerschmidt(1939)提出的半經(jīng)驗公式： Cm=100tM / （KMt）t=t1-t2 Cm抑制劑在液相水溶液中必

8、須達到的最低濃度(質(zhì)量分數(shù))；t根據(jù)工藝要求而確定的天然氣水合物形成溫度降，；M抑制劑相對分子質(zhì)量，甲醇為32，乙二醇為62，二甘醇為106；K常數(shù)，甲醇為1297，乙二醇和二甘醇2222；t1未加抑制劑時，天然氣在管道或設(shè)備中最高操作壓力下形成水合物的溫度。對于節(jié)流過程，則為節(jié)流閥后壓力下天然氣形成水合物的溫度，；t2天然氣在管道或設(shè)備中的最低操作溫度，亦即要求加入抑制劑后天然氣不會形成水合物的最低溫度。對于節(jié)流過程，則為天然氣節(jié)流后的溫度，。第18頁，共41頁。2 天然氣預(yù)處理技術(shù)實驗證明，當甲醇水溶液濃度約低于25%（w），或甘醇類水溶液濃度高至50%60%（w）時，采用該式Cm=100

9、tM / （KMt）仍可得到滿意的結(jié)果。對于高濃度的甲醇水溶液及溫度低至-107時，Nielsen等推薦采用的計算公式為：t=-72ln（1-Cmol） Cmol達到給定的天然氣水合物形成溫度降甲醇在水溶液中必須達到的最低濃度，%（x）第19頁，共41頁。2 天然氣預(yù)處理技術(shù)水合物抑制劑的液相用量通常，向管道或設(shè)備中注入的抑制劑往往是含水的。因此，注入含水抑制劑后或多或少增加了氣流中的水含量。當已知抑制劑在水溶液中的最低濃度Cm，并且考慮到注入的抑制劑蒸發(fā)到氣相后帶入體系中的水量時，注入的含水抑制劑的液相用量ql可根據(jù)物料平衡由下式計算：式中 ql注入濃度為Cl的含水抑制劑在液相中的用量，kg

10、/d；qg注入濃度為Cl的含水抑制劑在氣相中的用量，kg/d；Cl注入的含水抑制劑中抑制劑的濃度，%（w）；qw單位時間內(nèi)體系中產(chǎn)生的液態(tài)水量，kg/d。單位時間內(nèi)體系中產(chǎn)生的液態(tài)水量qw包括了單位時間內(nèi)氣流中析出的液態(tài)水量和其他途徑進入管道和設(shè)備的水量之和，但不包括隨含水抑制劑注入體系的液態(tài)水量。第20頁，共41頁。2 天然氣預(yù)處理技術(shù)水合物抑制劑的氣相損失量甘醇類抑制劑的氣相損失量較小。應(yīng)當注意，甘醇類抑制劑的主要損失是再生損失，在液烴中的溶解損失，以及因甘醇類與液烴乳化造成分離困難而引起的攜帶損失等。當分離溫度為15，甘醇濃度為50%70%（w）時，甘醇類在液烴中的溶解損失一般為0.01

11、0.07L/m3(甘醇類/液烴)。在含硫液烴中甘醇類抑制劑的溶解損失約是不含硫液烴的3倍。攜帶損失則隨設(shè)備和操作不同變化較大，但通常小于30kg/106m3（甘醇類/天然氣），或約為26L/106m3（甘醇類/天然氣）。第21頁，共41頁。2 天然氣預(yù)處理技術(shù)甲醇因易于蒸發(fā)，故其在氣相中的損失量必須予以考慮。根據(jù)甲醇在使用條件下的壓力和溫度，可查出甲醇在最低溫度（t2)和相應(yīng)壓力下的天然氣中的氣相含量與甲醇在水溶液中濃度之比值a，再按下式計算出甲醇此時的氣相含量Wg為：Wg=aCm 式中 Wg甲醇在最低溫度和相應(yīng)壓力下的天然氣中的氣相含量，kg/106m3；a甲醇在最低溫度和相應(yīng)壓力下的天然氣

12、中的氣相含量，kg/106m3/甲醇在水溶液中的質(zhì)量分數(shù)，%。第22頁，共41頁。2 天然氣預(yù)處理技術(shù)當換算為向體系（管道或設(shè)備中）注入的含水甲醇濃度的用量時，甲醇的損失量qg的計算式為： 式中 qg按向體系注入濃度為Cl的含水甲醇在氣相中的損失量，kg/d；Cl向體系注入的含水甲醇的濃度，%（w）；qNG體系中的天然氣流量，m3/d。第23頁，共41頁。天然氣預(yù)處理設(shè)備第24頁，共41頁。3.1 原料氣預(yù)處理工藝原料氣預(yù)處理最常見的方式是重力分離和過濾分離相結(jié)合的方法，即先經(jīng)重力分離之后，再進入下一級過濾分離。小顆粒雜質(zhì)過濾段分離段去除原料氣帶來的固體雜質(zhì)凝析油、游離水分離下來的凝折油、游離

13、水和固體雜質(zhì)排放至儲罐加以儲存第25頁，共41頁。3.1 原料氣預(yù)處理工藝典型的原料氣預(yù)處理工藝流程示意圖第26頁，共41頁。3.2 天然氣預(yù)處理設(shè)備1.重力分離器2.過濾分離器3.旋風分離器4.除砂器5.天然氣預(yù)熱器6.防凍劑加注裝置天然氣預(yù)處理設(shè)備123546第27頁，共41頁。3.2 天然氣預(yù)處理設(shè)備1、重力分離器重力分離器設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，氣液分離效果好，操作彈性大。氣流進入重力分離器之后，撞擊在折流板上，由于慣性作用，部分顆粒被分離下來；在重力沉降段，依靠重力沉降作用，又有部分顆粒被分離下來；經(jīng)出氣口金屬絲捕霧網(wǎng)，又有部分顆粒被分離下來。第28頁，共41頁。3.2 天然氣預(yù)處理設(shè)備重力分

14、離器常見的有臥式和立式兩種。優(yōu)點：處理氣量較大及液體中溶解有大量氣體的情況缺點：但液面控制比較困難，不易清洗沙子、泥漿等雜物臥式分離器立式分離器優(yōu)點：便于控制液面，易于清洗泥沙、泥漿及雜物缺點：處理氣量較少第29頁，共41頁。3.2 天然氣預(yù)處理設(shè)備重力分離器常見結(jié)構(gòu)見圖第30頁，共41頁。3.2 天然氣預(yù)處理設(shè)備2、過濾分離器過濾分離器通常分為兩部分：第一部分設(shè)有過濾一聚結(jié)作用的元件，當氣流通過這些元件時，液體微粒就被聚結(jié)成較大的液滴。第二部分是當這些液滴達到足夠大的尺寸時，在氣流的作用下，它們被帶出過濾部分而進人中心區(qū)，葉片型或金屬絲網(wǎng)型捕霧器將較大的液滴除去。第31頁，共41頁。3.2

15、天然氣預(yù)處理設(shè)備過濾分離器結(jié)構(gòu)示意圖第32頁，共41頁。3.2 天然氣預(yù)處理設(shè)備3、旋風分離器旋風分離器是利用慣性離心力的作用，顆粒被拋向器壁而與氣流分離，沿壁面落至錐底的排灰口，凈化后的氣體在中心軸附近由下而上做螺旋運動，最后由頂部排氣管排出。旋風分離器結(jié)構(gòu)示意圖通常，把下行的螺旋形氣流稱為外旋流，上行的螺旋形氣流稱為內(nèi)旋流，內(nèi)、外旋流氣體的旋轉(zhuǎn)方向相同，外旋流的上部是主要除塵區(qū)。第33頁，共41頁。3.2 天然氣預(yù)處理設(shè)備4、除砂器除砂器是根據(jù)流體中的固體顆粒在除砂器里旋轉(zhuǎn)時的篩分原理制成，集漩流與過濾為一體，實現(xiàn)除砂、降濁、固液分離，從天然氣中分離出雜粒的裝置。除砂器示意圖設(shè)置除砂器還可

16、保護機械設(shè)備免遭磨損，減少重物在管線、溝槽內(nèi)沉積。第34頁，共41頁。3.2 天然氣預(yù)處理設(shè)備5、天然氣預(yù)熱器管殼式換熱器是目前化工生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的換熱設(shè)備，其單位體積所具有的傳熱面積大、傳熱效果好、適用性較高等，尤其在高溫、高壓和大型裝置上多采用管殼式換熱器。管殼式加熱器示意圖天然氣預(yù)熱器常用的有換熱器和水套爐。第35頁，共41頁。3.2 天然氣預(yù)處理設(shè)備5、天然氣預(yù)熱器水套加熱爐主要由水套、火筒、火嘴、沸騰管和走油盤管五部分組成，適用在油井井場。水套爐照片加水漏斗煙囪加水漏斗水套火嘴第36頁，共41頁。3.2 天然氣預(yù)處理設(shè)備6、防凍劑加注裝置工業(yè)上一般利用支管、壓力表短節(jié)、放空管、注入緩蝕劑裝置等向輸氣管內(nèi)注入防凍劑，防凍劑加注裝置主要設(shè)備是加注泵或平衡罐。泵注法是利用注入泵的壓力將抑制劑注入管線