液化天然气第二章液化厂的气体预处理工艺

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n 对调峰型LNG工厂,其原料气多是已先期净化的管输天然气。但 管输天然气的气质标准比液化前对原料气的气质要求低,因此必 须对管输气再次净化。
n 基本负荷型LNG工厂靠近气源建立,井口气或先期简单处理,或 直接进入LNG工厂,其原料气的杂质含量较高。
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n 如果直接作为LNG装置的原料仍是不够纯净,还必须深度脱除水、 水蒸气、硫化物、二氧化碳,并逐级冷凝分离出丙烷以上的烃类, 以防在低温下形成固体堵塞管线和设备。为了减少NG液化过程的 动力消耗,还应控制原料气中氮气、氦气等惰性气体含量。
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n 另外,天然气中微量汞对铝制品换热器有腐蚀作用,也应 加以脱除。1973年,LNG工业才开始意识到即使天然气中 含有极少量的汞成分(包括单质汞、汞离子及有机汞化合 物),就会造成铝合金材料设备的腐蚀。它还会引起催化 剂中毒,造成环境污染以及检修过程中对人体的危害等不 良后果。由于水的存在会大大增强这种伤害,而最好的干 燥法也不可能将所有的水分全部去除掉,因此必须把汞减 少到尽可能低的水平。
LNG原料气质量要求
水( H2O ) 二氧化碳(CO2) 硫化氢( H2S ) COS
总硫(*) 汞 芳香族化合物 重烃 固体物质
最大允许含量 <0.1ppm (v) 50-100ppm (v) 4ppmv(5mgS/Nm3)
<0.1 ppm 10~50毫克/Nm3 <0.01 μg/Nm3
1~10ppm (v) <70 ppm
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第二节 天然气脱水
n 天然气工业中常用的脱水方法有五种:
n 一、冷却脱水法
n 直接冷却法 n 加压冷却法 n 膨胀制冷冷却法 n 用机械制冷(冷剂制冷)的油吸收法或冷凝分离法 n 当气体压力较低,使用直接冷却法脱水后的气体露点达不到要求,
而采用加压冷却或机械制冷冷却又不经济时,则需采用其它脱水 方法。
n 待1#塔的去湿能力下降时,进行切换,使2#——吸附,1 #——再生、冷却,这样就保证了脱水作业连续进行。
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n 对每一个塔,吸附、再生、冷却构成了一个循环,切换周 期有8h、16h或24h等。
n 当采用两塔流程时,一塔吸附,另一塔进行再生和冷却, 再生和冷却所占的时间分别为65%~75%,25%~35%。
2.膜组成 膜由两层组成:
①孔性底层,厚约0.2mm; ②致密无孔活性层,由聚合物
制成的覆盖薄膜,厚约1000Å
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五、天然气超音速脱水
天然气超音速脱水将膨胀机、分离器和压缩机的功能集中 到一个管道中,大大简化了脱水系统,提高了系统的可靠性, 降低了脱水系统的投资、运行费用和环境污染。
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天然气超音速脱水系统简图
1–进口冷却器;2–气-气换热器; 3–进口分离器; 4–超音速分离器;5–气液分离器
原因 (2) (2) (1) (3) (1) (3) (2) (2) (3)
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n 通常,原料气中的二氧化碳、硫化氢和COS采用醇胺法或其 他方法脱除;水采用分子筛吸附法(主要用4A分子筛)脱 除;汞采用可再生的HgSIV吸附剂脱除(该吸附剂几乎可以 脱除所有的汞,同时还可以脱水);氮气采用闪蒸分离法 脱除。
n 重烃,特别是芳香族是在深冷段通过分馏萃取。
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第一节 分离和除尘
n 重力式和旋风式(离心式)分离器是脱除气体中所带固体尘粒和凝析液滴 的最常用设备。 n 重力式分离器有立式和卧式两类,各种重力式分离器原理基本相同, 由分离、沉降、除雾和储存四个部分组成。 n 分离段:气体从切线方向进入分离器,在离心力作用下,气体中的固 (液)体微粒初步得到分离。在另一类型的分离器中,气体从中心进 入分离器,经弯头喷向伞形板,气体中的微粒被粘附而达到初步分离。 n 沉降段:气体得到初步分离后,由于分离器的流动截面大,气体流速 降低,当气体的上升速度低于微粒的沉降速度时,气体中的微粒就会 向下沉降而分离,沉降段是重力式分离器清除较大尘粒的主要阶段。
③天然气超音速脱水技术利用天然气本身的压力工作,能够在瞬 间启动和停止工作,并且不需要大量的外部能源供应;
④工艺工程中不添加化学药剂,避免了化学品对环境的危害; ⑤天然气超音速脱水系统投资少,操作方便,可靠性高,不需外
加动力,故其运行费用低。
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天然气超音速分离器原理简图 1–拉瓦尔喷管;2–分离叶片; 3–气–液分离器;4–扩压器
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n 影响甘醇脱水效果的因素:
n 贫液浓度:再生后贫液中甘醇浓度愈高,吸湿性能 愈好;
n 甘醇循环量:太少不能有效地脱水,太多,脱水效 果无明显改善,但操作费源自文库上升,一般为25~60L 甘醇贫液/kg水。
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n 除了烃类之外,其他杂质都是在预处理单元中去除的,预 处理单元一般包括: n ⑴ 来料气体的过滤和与液相的分离(如果有液相); n ⑵ 利用吸收法去除CO2、H2S等酸性气体及其它可能的 硫化物; n ⑶ 用固体层床吸附脱水; n ⑷ 用固体层床吸附除汞。
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n 对管道输送而言,要求气体露点小于最低管输气体温度5℃,对 脱水要求较低。目前,天然气脱水常和从天然气中回收的乙、丙、 丁烷相结合(称为轻烃回收)。轻烃回收常用: n 浅冷法:通过以氨为制冷剂的压缩式制冷机,使气体温度降 至-20℃左右,从气流中分离出来。 n 深冷法:通过膨胀机或热分离机,使气体温度降至-80~-90℃ 左右,可使70%C2,90%以上的C3冷凝下来。 n 这样,对天然气露点的要求很高,使分子筛脱水在现场获得 广泛使用。
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n 甘醇具备上述要求,由于三甘醇作为吸附剂时具备上所述优点, 目前常采用三甘醇(TEG)脱水,其露点降可达33~47℃。
n 脱水流程:由吸收和再生两部分组成。
n 含水天然气先进分离器,从气体中分出液体和气体杂质,然 后进入吸收塔。在吸收塔内原料气由下而上流经各层塔板, 与塔顶向下流的贫甘醇溶液逆流接触,吸收天然气中的水分。 脱水后的天然气自塔顶流出,吸收水分的富甘醇溶液自塔底 流出,经与贫甘醇液换热后提高温度,在闪蒸罐中释放出烃 蒸汽,过滤、加热和进入再生塔。依靠水和甘醇的沸点不同, 在再生塔中分出水气,脱去水气的贫甘醇经换热器冷却后进 入甘醇储罐,重复利用。
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n 二、固体干燥剂吸附脱水
n 固体表面对临近气体(或液体)分子存在吸附力,在固体表 面可捕捉临近的气液分子,这种现象称吸附。吸附有化学吸 附和物理吸附两种
n 固体吸附剂:作为天然气脱水的固体吸附剂应具备下列条件: n 吸水量大; n 选择吸附好; n 具有再生能力; n 机械强度高,使用寿命长; n 无毒,无腐蚀性; n 价格便宜。
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用无孔聚合物薄膜分离气体内的某些组分,这种分离方法称膜 分离。 1.分离原理
膜分离的原理是:高压原料气在膜的一侧吸附,通过薄膜扩散 至低压侧(低压侧压力约为高压侧的10%~20%)。
由高压侧经薄膜进入低压侧的气体称渗透气,而仍留在高压侧 的气体为渗余气。由于气体内各组分的渗透速度不同,使气体组分 得到一定程度的分离。
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n 固体杂质 n 水或水蒸气 n 硫化物 n 二氧化碳 n 重烃 n 氮气氦气等惰性 n汞
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因此净化处理的主要原因有: ⑴ 为了满足液化天然气 的应用规范: ⑵ 防止在低温下设备受 堵; ⑶ 避免设备的腐蚀和磨 蚀。
n 操作工艺参数: n 吸附操作温度:一般<50℃,否则降低吸附剂的去湿能 力。 n 吸附操作压力:压力对吸附剂去湿能力影响很小,但应 避免压力波动而影响床层的稳定性。
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n 吸附剂寿命:决定于吸附剂种类和操作情况, 一般1~3年。
n 再生温度:分子筛再生温度200~300℃,其它 为175~250℃。
四、膜分离法
用膜分离技术净化天然气,可脱出其中的CO2、H2S和水分。膜 分离装置都是撬装的,实践证明:膜分离装置对气体处理量和 CO2的含量不存在上限的问题,操作费用较低,投资和费用与胺 法或甘醇法相当;灵活性大,适应性强;设备结构简单紧凑,占 用空间小,质量小;平均停工频率较低(0.2%,胺法为2%); 对环境产生的影响较小。
n 常用的吸附剂有:硅胶、活性氧化铝、分子筛等。
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n 分子筛
n 分子筛是以Al2O3与SiO2为基料的人工合成无机吸附剂,为具 有骨架结构的碱金属或碱土金属的硅铝酸盐晶体。
n 分子筛孔道直径均匀,大于孔道直径的气体分子不能被吸附, 如:H2O的分子直径3.1Å,能被4A分子筛吸附;而C2H6的分 子直径4.4Å,不能吸附,因而分子筛的吸附具有选择性。
n 再生气流量:约为气体流量的5~15%,太小 不足以在规定的时间内把吸附剂提高到规定温 度,太大容易使床层松动,降低吸附剂寿命。
n 冷却终了温度:~50℃
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n 三、甘醇脱水(吸收法) n 液体吸收剂:天然气液体吸附剂应具有下述条件:
n 吸湿性能好 n 烃类流体在吸附剂中溶解度小 n 容易再生,重复使用 n 蒸汽压低,粘度小 n 不易和天然气组分产生化学反应 n 无腐蚀性 n 廉价
液化天然气第二章液化 厂的气体预处理工艺
2020/11/25
液化天然气第二章液化厂的气体预处 理工艺
n 液化天然气工厂主要包括原料天然气净化、天然气液化、液化天 然气储存和液化天然气的装卸等几个单元,其中液化天然气的净 化处理是一个非常重要的过程。天然气液化前的净化主要是为了 脱除原料中的有害杂质及深冷过程中可能固化的物质。
n COS虽本身无腐蚀性,但它与极少量的水反应后,可形成硫化氢 和二氧化碳,从而产生腐蚀,如果在运输和储存中出现潮湿,即 使是0.5ppm(V)的COS被水化,也会产生腐蚀事故;而且COS 的正常沸点(-48℃)靠近丙烷的沸点(-42℃),当分离回收丙 烷时,约90%的COS出现在丙烷尾气或液化石油气中。
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膜分离法就是根据组分气体在薄膜内渗透速度的不同来实现 组分气体的分离的,渗透速度快的组分在渗透气一侧浓集,渗透速 度慢的组分在渗余气一侧浓集。
渗透速度的大小和渗透面积、薄膜两侧压差成正比,比例系 数称渗透系数。组分气体的渗透系数差别愈大,愈易分离。
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①天然气超音速脱水系统比较简单,需要的设备少,易形成橇装 系统。由于天然气高速通过脱水系统,因此在相同处理能力下, 其体积较小;
②天然气超音速脱水系统没有大的转动部件和化学处理系统,其 可靠性很高,日常维护很少,允许在最苛刻环境中运转,易实现 无人职守;
n 分子筛表面具有大量较强的局部电荷。因而对极性分子和不 饱分子有很高的亲和力。水和硫化氢是强极性分子,所以分 子筛是干燥气体、脱硫化氢的优良吸附剂。
n 用分子筛脱水时,干气能达到的最小露点远低于其它两种吸 附剂。若用深冷法从天然气内回收C2H6和C3+等组分或使天然 气液化时,只能使用分子筛,别无他选。
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脱水流程
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n 湿气经分离器分出凝析液后进入1#固定床吸附塔,脱水后 干气去下续工艺。2#经加热器加热对吸附剂再生然后冷却 床层 ,再生后的气体经冷却后进分水器分出液态水,此时 各塔的作用是: n 1#——吸附脱水 n 2#——加热吸附剂再生及冷却床层
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