天然氣的預(yù)處理

天然氣過(guò)濾和深度干燥目錄本章思考題05過(guò)濾分離深度干燥概述旋風(fēng)分離概述1概述天然氣的形成

天然氣系古生物遺骸長(zhǎng)期沉積地下，經(jīng)慢慢轉(zhuǎn)化及變質(zhì)裂解而產(chǎn)生之氣態(tài)碳?xì)浠衔?，具可燃性，多在油田開(kāi)采原油時(shí)伴隨而出或純天然氣氣田（天然氣──從自然界中開(kāi)采出來(lái)的、以碳?xì)浠衔餅橹鞯目扇細(xì)怏w叫天然氣）。天然氣技術(shù)指標(biāo)（GB17820-2012，2012年5月發(fā)布，9月1日實(shí)施

）1概述1概述高位熱值規(guī)定量的氣體完全燃燒，所生成的水蒸汽完全冷凝成水而釋放出的熱量。A低位熱值規(guī)定量的氣體完全燃燒，燃燒產(chǎn)物的溫度與天然氣初始溫度相同，所生成的水蒸汽保持氣相，而釋放出的熱量。B熱值在燃料化學(xué)中，表示燃料質(zhì)量的一種重要指標(biāo)。單位質(zhì)量(或體積)的燃料完全燃燒時(shí)所放出的熱量。1公斤液化氣燃燒熱值為:10800-11000大卡1立方米天然氣熱值:8000-9000大卡1度電的熱值是:860大卡1立方米的煤氣熱值:7110-7350大卡天然氣的組分天然氣是由碳?xì)浠衔锖推渌煞纸M成的混合物，主要由甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）等組成，其次還含有微量的重碳?xì)浠衔锖蜕倭康钠渌鼩怏w，如氫氣（H2）、氮?dú)猓∟2）、硫化氫（H2S）、一氧化碳（CO）、水氣等。同時(shí)還含有固體物質(zhì)（泥沙、巖屑、腐蝕物以及酸化殘留物）、液體雜質(zhì)（游離水或地層水，凝析油）和氣態(tài)雜質(zhì)（水蒸氣）等組分。1概述過(guò)濾和深度干燥目的不脫除雜質(zhì)因此需要對(duì)天然氣進(jìn)行預(yù)處理(過(guò)濾和深度干燥)會(huì)增加輸氣阻力,使管線輸送能力下降；水分會(huì)腐蝕管線和設(shè)備；天然氣的固態(tài)雜質(zhì)在高速流動(dòng)時(shí)會(huì)沖蝕管壁；使天然氣流量測(cè)量不準(zhǔn)；影響商品天然氣質(zhì)量；阻塞下游用戶的燃?xì)庠O(shè)備；對(duì)后續(xù)處理系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行構(gòu)成威脅。脫除天然氣中攜帶的固體物質(zhì)（泥沙、巖屑、腐蝕物以及酸化殘留物）、液體雜質(zhì)（游離水或地層水，凝析油）脫出天然氣中的水蒸氣等組分1概述我公司天然氣預(yù)處理常用方法旋風(fēng)

分

離

過(guò)

濾

分

離

1概述深度干燥

天然氣預(yù)處理最常見(jiàn)的方式：旋風(fēng)分離、過(guò)濾分離和深度干燥相結(jié)合的方法。吸附原料氣中的水蒸氣干燥段分離段去除原料氣帶來(lái)的固體雜質(zhì)分離下來(lái)的凝析油、游離水和固體雜質(zhì)排放至污水池（罐）。1概述去除原料氣帶來(lái)的凝析油、游離水過(guò)濾段旋風(fēng)分離什么叫“離心力”？1是一種慣性力。當(dāng)物體在做非直線運(yùn)動(dòng)時(shí)(非牛頓環(huán)境，例如:圓周運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng))，因物體一定有本身的質(zhì)量存在，質(zhì)量造成的慣性會(huì)強(qiáng)迫物體繼續(xù)朝著運(yùn)動(dòng)軌跡的切線方向(原來(lái)那一瞬間前進(jìn)的直線方向)前進(jìn)，而非順著接下來(lái)轉(zhuǎn)彎過(guò)去的方向走。若這個(gè)在做非直線運(yùn)動(dòng)的物體(例如:車)上有乘客的話，乘客由于同樣隨著車子做轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)，會(huì)受到車子向乘客提供的向心力，但是若以乘客為參照系，由于該參照系為非慣性系，他會(huì)受到與他相對(duì)靜止的車子給他的一個(gè)指向圓心的向心力作用，但同時(shí)他也會(huì)給車子一個(gè)反向等大，由圓心指向外的力，就好像沒(méi)有車子他就要被甩出去一樣，這個(gè)力就是所謂的離心力。由于處于非慣性系中，此狀況下物體所感受的力并非真實(shí)，所以有些說(shuō)法會(huì)稱這種現(xiàn)象為"離心力"。)2旋風(fēng)分離離心分離法2原理：當(dāng)流體改變流向時(shí)，密度大的液滴具有較大的慣性，就會(huì)與器壁相撞，使液滴從氣體中分離出來(lái)。它主要用于分離大量液體和大直徑液滴，宜用于固體微粒大于50μm的氣固分離。（凈化大于1-3微米的非粘性、非纖維的干燥粉塵等雜物）2旋風(fēng)分離旋風(fēng)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(yùn)動(dòng)，最后由頂部排氣管排出。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)。旋風(fēng)分離器工作原理

天然氣通過(guò)設(shè)備入口進(jìn)入設(shè)備內(nèi)旋風(fēng)分離區(qū)，當(dāng)含雜質(zhì)氣體沿軸向進(jìn)入旋風(fēng)分離管后，氣流受導(dǎo)向葉片的導(dǎo)流作用而產(chǎn)生強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)，氣流沿筒體呈螺旋形向被甩向器壁，并在重力作用下，沿筒壁下落流出旋風(fēng)管排塵口至設(shè)備底部?jī)?chǔ)液區(qū)，從設(shè)備底部的出液口流出。旋轉(zhuǎn)的氣流在筒內(nèi)收縮向中心流動(dòng)，向上形成二次渦流經(jīng)導(dǎo)氣管流至凈化天然氣室，再經(jīng)設(shè)備頂部出口流出。旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)

旋風(fēng)分離器采用立式圓筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)部沿軸向分為集液區(qū)、旋風(fēng)分離區(qū)、凈化室區(qū)等。內(nèi)裝旋風(fēng)子構(gòu)件，按圓周方向均勻排布亦通過(guò)上下管板固定；設(shè)備采用裙座支撐，封頭采用耐高壓橢圓型封頭。旋風(fēng)分離設(shè)備及工作原理32旋風(fēng)分離旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)示意圖（1）42旋風(fēng)分離旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)示意圖（2）42旋風(fēng)分離旋風(fēng)子結(jié)構(gòu)示意圖分輸站配置和負(fù)荷5序號(hào)單位旋風(fēng)分離器臺(tái)數(shù)(運(yùn)行+備用)單臺(tái)最大處理量(Nm3/h)1安陽(yáng)首站//2鶴壁分輸站//3新鄉(xiāng)分輸清管站2140004修武分輸站//5博愛(ài)分輸站（通豫）21150006孟州分輸站//7洛陽(yáng)末站2500008吉利支線末站//2旋風(fēng)分離過(guò)濾分離過(guò)濾分離法1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(guò)過(guò)濾介質(zhì)，微粒被截留在過(guò)濾介質(zhì)上，氣體中懸浮的微粒就被分離出來(lái)。本方法適用于分離直徑0.2μm至40μm的微粒。3過(guò)濾分離過(guò)濾分離器通常分為兩部分：第一部分設(shè)有過(guò)濾一聚結(jié)作用的元件，當(dāng)氣流通過(guò)這些元件時(shí)，液體微粒就被聚結(jié)成較大的液滴。第二部分是當(dāng)這些液滴達(dá)到足夠大的尺寸時(shí)，在氣流的作用下，它們被帶出過(guò)濾部分而進(jìn)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。過(guò)濾分離器工作原理在一定的壓力作用下，氣體進(jìn)入過(guò)濾器，較大固體的顆粒一般呈直線運(yùn)動(dòng)，較小的顆粒則會(huì)做自由運(yùn)動(dòng)，濾芯采用篩、擋、阻三種方式去捕捉這些微粒，由于濾芯材料分子吸引作用吸引液體，并聚結(jié)成較大的液滴，通過(guò)將液滴吸引到纖維上，濾芯逐漸變濕，濾芯纖維間越來(lái)越多的空格被液體和固體顆粒塞滿，進(jìn)入分離腔的液滴，由捕霧器捕捉而脫離氣體。過(guò)濾分離器結(jié)構(gòu)過(guò)濾分離器主要由濾芯、殼體、快開(kāi)盲板以及內(nèi)外部件組成，采用臥式、快開(kāi)盲板結(jié)構(gòu)。3過(guò)濾分離過(guò)濾分離設(shè)備及工作原理23過(guò)濾分離過(guò)濾分離器結(jié)構(gòu)示意圖（1）33過(guò)濾分離過(guò)濾分離器結(jié)構(gòu)示意圖（1）33過(guò)濾分離過(guò)濾分離器結(jié)構(gòu)示意圖（1）33過(guò)濾分離過(guò)濾分離器結(jié)構(gòu)示意圖（2）3玻璃纖維濾芯如圖所示：3過(guò)濾分離過(guò)濾分離器結(jié)構(gòu)示意圖（3）3分輸站配置和負(fù)荷4序號(hào)單位過(guò)濾分離器臺(tái)數(shù)(運(yùn)行+備用)單臺(tái)最大處理量(Nm3/h)1安陽(yáng)首站22500002鶴壁分輸站255003新鄉(xiāng)分輸清管站312500/450004修武分輸站2450005博愛(ài)分輸站625000/70000/1150006孟州分輸站2470007洛陽(yáng)末站2500008吉利支線末站2380003過(guò)濾分離深度干燥天然氣水合物又稱氣體水合物，是天然氣與水分子在高壓（＞10MPa）和低溫（0-10℃）條件下合成的一種固體結(jié)晶物質(zhì)。其中80%-90%的成分為甲烷，故天然氣水合物又被稱為甲烷水合物。物理特性：呈白色或淺灰色晶體，也有呈紅、桔黃、藍(lán)色等。密度接近并稍低于冰的密度。剪切系數(shù)、電介常數(shù)和熱傳導(dǎo)率均低于冰。聲波傳播速度高于含氣沉積物和飽和水沉積物。4深度干燥天然氣水合物114深度干燥天然氣水合物1由46個(gè)水分子將8個(gè)甲烷分子緊緊包裹而形成的有孔球形物質(zhì)。外貌類似冰雪，可以像酒精塊一樣被點(diǎn)燃，故有人叫它“可燃冰”。4深度干燥天然氣水合物1天然氣水合物形成的條件：氣體處于水汽的過(guò)飽和狀態(tài)或有液態(tài)水存在；有足夠高的壓力和足夠低的溫度；在上述條件下，氣體壓力波動(dòng)或流向突變產(chǎn)生攪動(dòng)或有晶體（固體腐蝕物、水垢等）存在就促進(jìn)產(chǎn)生水合物。臨界形成溫度是水合物可能存在的最高溫度。高于臨界溫度，不管壓力多大，也不會(huì)形成水合物。防治水合物從分離器分出的天然氣一般都含水(蒸汽)。含水的天然氣當(dāng)其溫度降低至某一值（水露點(diǎn)）后，就會(huì)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（一般情況下，壓降1.0MPa，溫降2~3℃

），在氣體處理規(guī)模較大且過(guò)程溫度較低時(shí)才比較經(jīng)濟(jì)。防止固體水合物形成的方法：脫水干燥法4深度干燥天然氣水合物14深度干燥天然氣水露點(diǎn)的含義2天然氣水露點(diǎn)是一個(gè)溫度值，是在一定壓力下天然氣中水分凝結(jié)的溫度值，即壓力一定的情況下，開(kāi)始從氣相中分離出第一批液滴的溫度；在一定壓力下，天然氣飽和水含量對(duì)應(yīng)的溫度。（工業(yè)上常用天然氣水露點(diǎn)表示天然氣飽和水含量）主要影響因素：天然氣中水蒸氣的含量管道壓力溫度《天然氣管道運(yùn)行規(guī)范》SY/T5922---2003天然氣露點(diǎn)在最大輸送壓力下，低于管線周圍介質(zhì)最低溫度5-15℃，以保證管線不產(chǎn)生凝析水。4深度干燥天然氣水露點(diǎn)的含義2處于露點(diǎn)狀態(tài)時(shí)，天然氣內(nèi)水蒸氣開(kāi)始凝析結(jié)露、出現(xiàn)微量液態(tài)水，溫度繼續(xù)降低后將形成水化物阻塞管道、閥門、儀表等。在某一壓力下，氣體露點(diǎn)越低，氣體水含量越少。氣體的實(shí)際溫度高于露點(diǎn)溫度，氣體處于未飽和狀態(tài)，無(wú)液態(tài)水析出；低于露點(diǎn)，氣體過(guò)飽和，有液態(tài)水析出。深度干燥的原理3吸附脫水的原理：可逆過(guò)程吸附是用多孔性的固體吸附處理氣體混合物，使其中一種或多種組分吸附（停留）于固體表面上，其他的不吸附，從而達(dá)到分離操作。采用內(nèi)部孔隙很多、內(nèi)部表面積很大的固體物質(zhì)與含水天然氣接觸，天然氣中水被吸附于固體物質(zhì)的空隙。被水飽和了的固體物質(zhì)經(jīng)加熱或減壓（分子加速運(yùn)動(dòng)）再生后使固體物質(zhì)恢復(fù)吸附能力。4深度干燥吸附劑天然氣脫水裝置示意圖（一塔吸附一塔再生）干燥塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)天然氣脫水裝置44深度干燥吸附劑床層內(nèi)的吸附過(guò)程天然氣脫水裝置44深度干燥在天然氣脫水中常用的吸附劑：分子篩、硅膠、活性氧化鋁。物理性質(zhì)分子篩4A~5A硅膠R型活性氧化鋁F-1型表面積（m2/g）700~900550~650210孔體積（cm3/g）0.270.31~0.34/孔直徑（A）4.221~23/平均孔隙度（%）55~60/51堆積密度（g/L）660~690780800~880比熱【J/(g?℃)】0.837~1.0471.0471.005再生溫度（℃）150~310150~230180~310靜態(tài)吸附容量(相對(duì)濕度60%)【%重量】2233.314~16顆粒形狀圓柱體球形顆粒4深度干燥分子篩54深度干燥分子篩5現(xiàn)代天然氣公司采用的吸附脫水方法大都是分子篩吸附，常用4A分子篩。盡管分子篩價(jià)格較高，但卻是一種極好的脫水吸附劑。在天然氣壓縮或液化之前，要現(xiàn)將天然氣的露點(diǎn)將至很低值，此時(shí)使用分子篩脫水比較合適。在我公司實(shí)際使用中，分輸站的旋風(fēng)分離器和過(guò)濾分離器已脫去大部分飽和水，再通過(guò)加氣母站脫水裝置分子篩床層深度脫除殘余的微量水分，以獲得很低的露點(diǎn)，防止形成水合物。4深度干燥分子篩5分子篩是具有骨架結(jié)構(gòu)（許多孔徑均勻的孔道與排列整齊的孔穴）的堿金屬的硅鋁酸鹽晶體，是一種高效、高選擇性的固體吸附劑。其分子式如下：M2/NO?AI2O3?xSiO2?YH2OM—某些堿金屬或堿土金屬離子，如Li、Na、Mg、Ca等；n—M的價(jià)數(shù)；x—SiO2的分子數(shù)；y—水的分子數(shù)。分子篩54深度干燥水是一種強(qiáng)極性分子，相對(duì)分子量為18，分子直徑很小(2.76-3.20A)。不同固體的孔徑是不同的，孔徑大于3.2A的，都可以吸附水分子。4深度干燥水分子的物理性質(zhì)1234分子篩5

吸附選擇性強(qiáng)：能按照物質(zhì)的分子大小進(jìn)行選擇只吸附臨界直徑比