天然氣脫水流程與原理

天然氣脫水流程與原理第一頁，共八十二頁，2022年，8月28日天然氣脫水脫水的目的：降低輸送負荷減小設(shè)備及管道腐蝕防止水合物的生成防止液泛達到商品氣質(zhì)要求第一節(jié)概述第二頁，共八十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)概述一、直接冷卻法：原理：通過降低天然氣的溫度，利用水與輕烴凝結(jié)為液體的溫差，使水得以冷凝，從而達到脫水的目的。缺點：需要制冷設(shè)施對天然氣進行制冷。天然氣脫硫、脫水器第三頁，共八十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)概述二、溶劑吸收脫水法原理：天然氣與某種吸水能力強的化學溶劑相接觸，利用化學溶劑對水的吸收能力，吸收天然氣中的水分，同時不與水發(fā)生化學反應(yīng)，最終達到脫水的目的。優(yōu)點：吸收劑能通過一定的方法進行再生，使其能重復(fù)使用。三、固體吸附脫水法原理：天然氣與親水性強的多孔物質(zhì)相接觸，利用多孔物質(zhì)宏大的比表面積吸附天然氣中的水分，達到脫水的目的。優(yōu)點：吸附劑能再生，可重復(fù)使用。特點：適用于深度脫水。第四頁，共八十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)直接冷卻法脫水

根據(jù)防止形成水合物的方法分為：常溫分離流程低溫分離流程常溫分離流程低溫分離流程一、常溫集輸工藝流程第五頁，共八十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)直接冷卻法脫水常溫分離流程適用于：硫化氫含量低、凝析油不多的天然氣。一、常溫集輸工藝流程常溫分離集輸工藝流程圖（一）第六頁，共八十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)直接冷卻法脫水一、常溫集輸工藝流程常溫分離集輸工藝流程圖（二）第七頁，共八十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)直接冷卻法脫水低溫分離的集氣流程適用范圍：天然氣壓力高、產(chǎn)量大；天然氣中含有較高硫化氫、二氧化碳和凝析油和汽液水；為了增加液烴回收量，降低天然氣露點。二、低溫集輸工藝流程第八頁，共八十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)直接冷卻法脫水二、低溫集輸工藝流程低溫集輸工藝流程圖（一）第九頁，共八十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)直接冷卻法脫水二、低溫集輸工藝流程低溫集輸工藝流程圖（二）第十頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水一、吸收劑吸收容量：對水有高的吸附能力；選擇性：具有較高的選擇性吸附能力；飽和蒸汽壓：越小越好，可減小循環(huán)量，節(jié)約熱、電、吸收塔直徑等；沸點：應(yīng)在443K～473K范圍內(nèi)；粘度：影響熱量傳遞和輸送的重要因素，粘度小將節(jié)約熱能和電能；熱化學穩(wěn)定性：熱化學性質(zhì)穩(wěn)定性，便于再生，要求一般使用6～18年。其他：密度小；有足夠的強度；價格便宜。對吸收劑的要求：第十一頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水常用吸收劑：甘醇類化合物：二甘醇、三甘醇等氯化鈣水溶液第十二頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水常用脫水吸收劑比較脫水吸收劑優(yōu)點缺點適用范圍CaCl2水溶液①投資與操作費用低，不燃燒②在更換新鮮CaCl2前可無人值守①吸收水容量小,且不能重復(fù)使用②露點降較小,且不穩(wěn)定③更換CaCl2時勞動強度大,且有廢CaCl2水溶液處理問題邊遠地區(qū)小流量、露點降要求較小的天然氣脫水二甘醇(DEG)水溶液①濃溶液不會“凝固”②天然氣中含有H2S、CO2O2時，在一般溫度下是穩(wěn)定的③吸水容量大①蒸氣壓較TEG高，蒸發(fā)損失大②理論熱分解溫度較TEG低，僅為164.4

℃，故再生后的DEG水溶液濃度較?、勐饵c較TEG溶液得到的?、芡顿Y及操作費用較TEG高集中處理站內(nèi)大流量、露點降要求較大的天然氣脫水三甘醇(TEG)水溶液①投資與操作費用低，不燃燒②在更換新鮮CaCl2前可無人值守①投資及操作費用較CaCl2水溶液法高②當有液烴存在時再生過程易起泡，有時需要加入消泡劑集中處理站內(nèi)大流量、露點降要求較大的天然氣脫水第十三頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水結(jié)構(gòu)：

CH2—CH2—OHCH2—O—CH2—CH2—OHOCH2—CH2—OHCH2—O—CH2—CH2—OH二甘醇三甘醇二、甘醇脫水基本原理及物化性質(zhì)第十四頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水甘醇脫水劑一甘醇二甘醇三甘醇四甘醇分子式CH2CH2(OH)2CH2CH2OHOCH2CH2OHCH2CH2OH

CH2CH2OHC2H4OC2H4OHOC2H4OC2H4OH相對分子質(zhì)量62.1106.1150.2194.2冰點，℃-11.5-8.3-7.2-5.6蒸氣壓(25

℃),Pa16<1.33<1.33<1.33沸點,℃197.3244.8285.5314密度(60

℃)1.0851.0881.0921.092(103.3kPa,24

℃)1.0851.11841.12541.128溶解度20

℃全溶全溶全溶全溶理論熱分解溫度℃165164.4206.7237.8實際使用再生溫度℃129148.9-162.8176.7-196.12.4.4-233.9閃點,℃115.6143.3165.6粘度(20

℃),Pa.s35.7×10-347.8×10-3(60

℃),Pa.s5.08×10-37.6×10-39.6×10-310.2×10-3比熱容kJ/(kg.k)2.432.312.202.18表面張力(25

℃),N/m24.74.44.54.5折光指數(shù)((25

℃)1.431.4461.4541.457常用甘醇脫水劑的物理性質(zhì)第十五頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水三甘醇質(zhì)量的最佳值參數(shù)pH值①氯化物烴類②鐵粒子②水③固體懸浮物③/(mg/L)起泡傾向顏色及外觀富甘醇7.0-8.5<600<0.3<153.5-7.5<200泡沫高度，高度10-20mL;破裂時間，5s潔凈，淺色到黃色貧甘醇7.0-8.5<600<0.3<15<1.5<200①富甘醇由于有酸性氣體溶解，其pH值較低。②由于過濾器效果不同，貧、富甘醇中烴類、鐵粒子及固體懸浮物含量會有區(qū)別。烴含量為質(zhì)量分數(shù)。③貧、富甘醇的水含量（質(zhì)量分數(shù)）相差在2%～6%第十六頁，共八十二頁，2022年，8月28日濕天然氣自吸收塔底部進入，自下而上與從頂部進入的三甘醇貧液相接觸后，干氣從頂部流出；貧三甘醇自塔頂進入，與吸收塔內(nèi)濕天然氣充分接觸后成為富液。富液從塔底部流出，經(jīng)過濾器、換熱器與貧三甘醇換熱后進入再生塔，富液再生后成為貧液經(jīng)與富液換冷后加壓循環(huán)注入吸收塔中。第三節(jié)吸收法脫水三、甘醇脫水工藝流程甘醇脫水工藝流程示意圖第十七頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水甘醇脫水原理流程第十八頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水三甘醇脫水及再生系統(tǒng)圖第十九頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水常壓再生：通過加熱的方式再生，再生后三甘醇濃度可達98.5%。減壓再生：通過降低裝置壓力的方法實現(xiàn)三甘醇的再生，再生后三甘醇濃度可達98.2%。氣體汽提：這是一種輔助的再生方法，通過往三甘醇裝置注入N2、CO2、閃蒸氣等氣體，降低水蒸汽氣相分壓，再生后三甘醇濃度可達99.995%，此工藝具有成本低，操作方便等優(yōu)點。共沸再生：這是一種輔助的方法，將共沸劑注入到三甘醇再生裝置中，與水生成低沸點的共沸物，而揮發(fā)出裝置，從而實現(xiàn)三甘醇再生的目的，再生后三甘醇濃度可達99.99%。對共沸劑要求：不溶于水和三甘醇；與水形成低沸點共沸物，無毒，蒸發(fā)損失?。ó愋镣椋┑忍攸c。三、三甘醇再生方式及流程第二十頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水汽提氣工藝流程示意圖第二十一頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水解吸溶劑(DRIZO)工藝流程圖第二十二頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水四、吸收塔設(shè)備及結(jié)構(gòu)介紹分類板式塔：塔內(nèi)裝有一定數(shù)量的塔盤，氣體以鼓泡或噴射的形式穿過塔盤上的液層使兩相密切接觸，進行傳質(zhì)。填料塔：塔內(nèi)裝填一定層段數(shù)和一定高度的填料層，液體沿填料表面呈膜狀向下流動，作為連續(xù)相的氣體自下而上流動，與液體逆流傳質(zhì)。第二十三頁，共八十二頁，2022年，8月28日天然氣脫水│吸收法脫水陶瓷散堆填料填料塔結(jié)構(gòu)第二十四頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水拉西環(huán)三丫環(huán)階梯環(huán)鮑爾環(huán)各型陶瓷填料結(jié)構(gòu)異鞍環(huán)第二十五頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水金屬鮑爾環(huán)填料菊花短環(huán)填壓延孔環(huán)金屬填料結(jié)構(gòu)第二十六頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水逐級接觸式塔板分類：泡罩塔板浮閥塔板篩孔塔板第二十七頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水泡罩塔板的單個泡罩泡罩塔板結(jié)構(gòu)第二十八頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水泡罩結(jié)構(gòu)泡罩工作原理第二十九頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水浮閥塔矩形浮閥中心式浮閥塔盤圓形浮閥折流式浮閥塔板第三十頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水塔徑Ｄ．mm塔板間距Ｈτ,mm600-700300350450------------------------800-1000-------350①450500600--------1200-1400-------350①450500600800①1600-3000--------------450①5006008003200-4200-----------------------------600800浮閥塔的塔板間距①不推薦采用第三十一頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水折流式篩塔板結(jié)構(gòu)液體入口→氣體入口→氣體出口→←液體出口降液管道→←堰板第三十二頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水板式塔與填料塔的比較：操作范圍：板式塔操作范圍大于填料塔；清洗：板式塔較填料易于清洗；設(shè)計：板式塔較填料塔易于設(shè)計；造價：填料塔的造價低于板式塔；填料塔可用于起泡物系；易腐蝕物系；熱敏性物系壓降：填料塔壓降低于板式塔。第三十三頁，共八十二頁，2022年，8月28日天然氣脫水│吸收法脫水吸收塔流程干氣→富液去重沸器→←貧液←天然氣與貧液熱交換器←貧液天然氣→來自入口洗滌器的濕氣→捕霧器→第三十四頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水五、三甘醇法脫水工藝參數(shù)的選取如入口溫度高：1.天然氣含水量高；2.天然氣的體積增加導(dǎo)致吸收塔塔徑的增大；3.超過48℃將導(dǎo)致三甘醇損失增大；4.高于天然氣水合物形成的溫度；5.高于10℃

（10℃以下甘醇會變稠）；6.高于15-21℃

（若低于此溫度，醇會與液烴形成穩(wěn)定的乳化液）。入口溫度：結(jié)論：入口氣體溫度在27～38℃之間。第三十五頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水塔內(nèi)壓力含水量隨壓力的增加而減少。氣體流速隨壓力的增加而降低，可減小吸收塔塔徑。壁厚隨壓力的增加而增大。結(jié)論：壓力選擇為3.45～8.27MPa。第三十六頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水吸收塔塔板數(shù)在甘醇循環(huán)率和貧甘醇濃度恒定的條件下，塔板數(shù)增加，露點降增大。吸收相同水分，塔板數(shù)的增加，甘醇循環(huán)率可相應(yīng)減少，節(jié)約熱能和電能。結(jié)論：吸收塔塔板數(shù)一般定為6～8塊。第三十七頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水貧甘醇溫度較低的甘醇溫度有利于吸收水分。甘醇溫度過低可導(dǎo)致烴類冷凝并使甘醇發(fā)泡。甘醇溫度過高會導(dǎo)致甘醇損失。結(jié)論：甘醇溫度較出口氣體溫度高3～8℃。第三十八頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水甘醇濃度濃度增加，氣體露點降增加。增加貧甘醇濃度比增加循環(huán)率更有效。甘醇循環(huán)率在塔板數(shù)和貧甘醇濃度確定之后，氣體露點降為甘醇循環(huán)率的函數(shù)。結(jié)論：吸收1kg的水需25-60L三甘醇溶液。第三十九頁，共八十二頁，2022年，8月28日天然氣脫水│吸收法脫水第四十頁，共八十二頁，2022年，8月28日天然氣脫水│吸收法脫水第四十一頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水甘醇重沸器溫度重沸器內(nèi)溫度越高，貧甘醇濃度越大。結(jié)論：重沸器內(nèi)溫度限制在204℃

，可達到甘醇濃度98.7%。重沸器內(nèi)壓力壓力高于大氣壓時，明顯降低貧甘醇的濃度及脫水效率。壓力低于大氣壓，貧醇濃度增加；但一般不采用真空再生。第四十二頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水

汽提塔溫度較高溫度會增加甘醇的損失（一般選為107.2℃）。較低溫度將導(dǎo)致過多的水冷凝，增加再沸器的熱負荷。第四十三頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水三甘醇脫水裝置操作溫度推薦值設(shè)備或部位原料氣進吸收塔貧甘醇進吸收塔富甘醇進閃蒸罐富甘醇進過濾器富甘醇進精餾柱精餾柱頂部重沸器貧甘醇進泵溫度／℃27～38高于氣體３～827～93（宜選65)38～93（宜選65)93～149（宜選149)99（有汽提氣時為88)177～204（宜選193)<93（宜選<82)第四十四頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水第四十五頁，共八十二頁，2022年，8月28日天然氣脫水│吸收法脫水氣提氣用量與再生甘醇濃度的關(guān)系甘醇脫水裝置再生塔的工藝參數(shù)的確定第四十六頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水常壓、無汽提氣再生減壓、無汽提氣再生常壓、有汽提氣再生減壓、有汽提氣再生六、圖解法確定再生塔的操作條件：第四十七頁，共八十二頁，2022年，8月28日天然氣脫水│吸收法脫水第四十八頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水七、降低TEG損失量的措施TEG正常消耗量：8-16kg/百萬方導(dǎo)致甘醇大量消耗的原因：溶液污染引起發(fā)泡重沸器溫度過高原料氣與TEG入塔溫度過高第四十九頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水降低TEG損失量的措施選擇合理的操作參數(shù)（溫度）改善分離效果（地層水、表面活性物質(zhì)、重烴、巖屑、金屬腐蝕產(chǎn)物引發(fā)發(fā)泡）保持溶液清潔（過濾和減壓蒸餾）安裝除沫網(wǎng)加注消泡劑第五十頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水八、含硫天然氣脫水H2S在溶液中的溶解(降低PH值,導(dǎo)致TEG變質(zhì))：以不含天然氣或惰性氣體進行汽提。裝置防腐：腐蝕嚴重的設(shè)備或部位采用防腐蝕材料。采用工藝性防腐措施：加強分離過濾、降低操作溫度或流體流速等。使用中性劑或緩蝕劑，保持PH值7.3-8.5。第五十一頁，共八十二頁，2022年，8月28日天然氣脫水│吸收法脫水H2S在TEG溶液中的溶解度第五十二頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)吸收法脫水含硫天然氣TEG法脫水的原理流程第五十三頁，共八十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)吸附法脫水一、概述：適用于深度脫水且吸水容量有限。吸附過程：流體與多孔固體粒子相接觸，流體中某些組分的分子被固體內(nèi)孔徑表面吸著的過程。二、分類：物理吸附：流體分子與固體粒子之間的吸附為分子間吸引力，此過程為可逆過程?；瘜W吸附：流體分子與固體粒子之間的吸附為化學反應(yīng)，此過程為不可逆過程。第五十四頁，共八十二頁，2022年，8月28日三、吸附過程分子篩吸附塔瓷球第四節(jié)吸附法脫水第五十五頁，共八十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)吸附法脫水分子吸附液(氣)相主體微孔道被吸附分子液膜(氣膜)吸附劑第五十六頁，共八十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)吸附法脫水ＡＢ時間tetb轉(zhuǎn)效曲線CBCECO入口濃度吸收塔入口濃度飽和吸附段吸附傳質(zhì)段末段吸附hshzhbhcBＡuCD第五十七頁，共八十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)吸附法脫水轉(zhuǎn)效曲線：流體通過某固定床吸附塔時可被吸附物質(zhì)在流體中濃度隨時間變化的曲線。轉(zhuǎn)效點：當該物質(zhì)的吸附傳質(zhì)段到達吸附床底部時，流出床層的氣體中該組分的濃度迅速上升，這點稱為該作用于此組分在此條件下的轉(zhuǎn)效點。第五十八頁，共八十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)吸附法脫水飽和H2OC6+C5C4O吸附床深飽和度床層長度第五十九頁，共八十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)吸附法脫水吸附劑濕容量：每100克吸附劑從氣體中脫除的水汽的克數(shù)。平衡濕容量：當吸附劑與一定量溫度的氣體達到吸附平衡時，每100克吸附劑所吸附水氣的克數(shù)。動態(tài)濕容量：吸附劑的吸附量隨使用時間的增長后的吸附水的克數(shù)。第六十頁，共八十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)吸附法脫水012345628使用時間，年0481216202467854312有效濕容量．公斤水／100公斤干燥劑第六十一頁，共八十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)吸附法脫水四、工業(yè)吸附劑應(yīng)有的性質(zhì)有宏大的比表面積；有很強的選擇性；傳熱速度快；能簡便和經(jīng)濟地再生；較高的機械強度；無毒無害。第六十二頁，共八十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)吸附法脫水五、常用的吸附劑1.硅膠主要成分：二氧化硅優(yōu)點：濕度較大時，濕溶量較高缺點：不能與液態(tài)水接觸第六十三頁，共八十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)吸附法脫水2.分子篩：由人工合成具有多種孔徑的物質(zhì)優(yōu)點：具有很好的選擇吸附性具有高效吸附特性（深度及高溫）不易被液態(tài)水所破壞缺點：價格較高第六十四頁，共八十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)吸附法脫水分子篩在電子顯微鏡下的結(jié)構(gòu)第六十五頁，共八十二頁，2022年，8月28日天然氣脫水│吸附法脫水020406080100051015202530354045吸附水，％（干基）活性鋁土礦(Florite,21o~27oC)活性氧化鋁

F-1(30oC)活性氧化鋁

H-151硅膠(25oC)相對濕度，％分子篩.林德5A)第六十六頁，共八十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)吸附法脫水0323溫度，K373423473吸附量，％5101520253013X分子篩5A分子篩硅膠硅膠活性氧化鋁第六十七頁，共八十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)吸附法脫水六、吸附法脫水工藝流程吸附脫水：由上而下；接近轉(zhuǎn)效點時進行再生。再生：由下而上；有助于吸附塔底部的干燥；有助于脫除吸附塔內(nèi)進口端吸附的物質(zhì)而不流過整個床層。第六十八頁，共八十二頁，2022年，8月28日吸附法脫水工藝流程第四節(jié)吸附法脫水第六十九頁，共八十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)吸附法脫水七、吸附法脫水工藝參數(shù)1.吸附操作操作溫度：一般不大于38℃

，否則應(yīng)采用分子篩。操作壓力：影響不大，防止波動。吸附劑壽命：一般為1-3年。2.再生操作操作周期：長周期（24小時）和短周期（8小時）第七十頁，共八十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)吸附法脫水再生過程溫度變化曲線0123456780100200TAABT1T2TBT32TCT4CTDT513溫度°C周期的時間、小時D周期開始周期結(jié)束第七十一頁，共八十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)吸附法脫水八、吸附器再生過程1.階段A吸附的烴類全部脫附。熱負荷為吸附劑、烴（升溫為TA-T1）、水、殼體及其它內(nèi)容物升溫所需熱量和烴類脫附吸收的熱量之和。第七十二頁，共八十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)吸附法脫水2.階段B水在TB脫附。熱負荷為吸附劑、水（升溫為TB-T2）、殼體及其它內(nèi)容物升溫和水在TB脫附時所需的熱量之和。3.階段C重烴脫附。熱負荷為吸附劑、殼體及內(nèi)容物升溫所需的熱量。第七十三頁，共八十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)吸附法脫水4.階段D用原料氣對吸附劑、殼體及其它內(nèi)容物進行冷卻。總能量平衡式階段A、B、C所得到的熱量等于再生氣放出的熱量；階段A、B、C、D所用時間的總和應(yīng)小于等于總周期。第七十四頁，共八十二頁，2022年，8月28日第五節(jié)膜法脫水一、原理:利用特殊設(shè)計和制備的高分子氣體分離膜對天然氣中酸性組份的優(yōu)先選擇滲透性，當天然氣流經(jīng)膜表面時，其酸性組分（如H2O、CO2、H2S）優(yōu)先透過分離膜而被脫除。過濾脫水裝置第七十五頁，共八十二頁，2022年，8月28日第五節(jié)膜法脫水二、工藝流程第七十六頁，共八十二頁，2022年，8月28日第五節(jié)膜法脫水CH492.18C2H60.69C3H80.26C4H100.07C50.67CO25.93N20.11H2S0.04H2O飽和原料天然氣組成的體積分數(shù)，％三、生產(chǎn)實例天然氣處理量：