第二章--天然气预处理.

度降低而减少的原理实现天然气脱水。此法只适用于大量水 分的粗分离。 •当气体压力较低，使用冷却法脱水后的气体露点达不到液化 厂原料气的要求，还应采用其它方法对天然气进行进一步的 脱水。 •通常用冷却脱水法脱除水分的过程中，还会脱除部分重烃。
液化天然气技术
8

2、吸收脱水
吸收脱水是用吸湿性液体（或活性固体）吸收的方法脱
易达到吸附平衡等特点。物理吸附和化学吸附是很难截然
分开的，在适当的条件下，两者可以同时发生。
液化天然气技术
21
•（1）吸附法脱水的优缺点
与液体吸收脱水的方法比较，吸附脱水能够提供非常低
的露点，可使水的体积分数降至 1×10-6m3/m3以下；吸附
法对气温、流速、压力等变化不敏感；相比之下没有腐蚀、 形成泡沫等问题；适合于对于少量气体的深度脱水过程。 它的主要缺陷是基本建设投资大；一般情况下压力降较 高；吸附剂易于中毒或碎裂；再生时需要的热量较多。
14
三甘醇脱水由于露点降大和运行可靠，在各种甘醇类化
合物中其经济效果最好，因而国外广为采用。
我国主要使用二甘醇或三甘醇，在三甘醇脱水吸收剂和 固体脱水吸附剂两者脱水都能满足露点降的要求时，采用 三甘醇脱水经济效益更好。
液化天然气技术
15
（4）甘醇法脱水工艺流程
液化天然气技术
16
流程中各设备的作用是：
• 雾沫分离器 分离干气携带的ＴＥＧ • 吸 收 塔 是气流传质的场所，使气相中的水分转入ＴＥ Ｇ中； • 泵 输送设备； • 贫液冷却器 冷却贫甘醇以达到需要的温度； • 闪 蒸 器 使富液闪蒸除去进入富液中的轻组分，减少再 生塔的再生负荷； • 贫／富液热交换器 使贫液温度下降，富液温度升高，充 分利用热能；
吸附水时，同时可以进一步脱除残余酸性气体。 不易受液态水的损害。
液化天然气技术
30
现代液化天然气工厂采用的吸附脱水方法大都是分子 筛吸附，常用4Å分子筛。尽管分子筛价格较高，但却是一 种极好的脱水吸附剂。在天然气液化或深度冷冻之前，要 求先将天然气的露点降低至很低值，此时用分子筛脱水比 较合适。分子筛的主要缺点是当有油滴或醇类等化学品带 入时，会使分子筛变质恶化，再生时耗热高。 在实际使用中，可将分子筛同硅胶或活性氧化铝等串 联使用。需干燥的天然气首先通过硅胶床层脱去大部分饱 和水，再通过分子筛床层深度脱除残余的微量水分，以获 得很低的露点。
液化天然气技术
19
3、吸附脱水
“吸附”的意思是一个或多个组分在界面上的富集（正 吸附或简单吸附）或损耗（负吸附）。其机理是在两相界面 上，由于异相分子间作用力不同于主体分子间作用力，使相 界面上流体的分子密度异于主体密度而发生“吸附”。
按吸附作用力性质的不同，可将吸附分为物理吸附和化学
吸附两种类型。物理吸附是由分子间作用力，即范德华力产 生的。由于范德华力是一种普遍存在于各吸附质与吸附剂之 间的弱的相互作用力，因此，物理吸附具有吸附速率快，易 于达到吸附平衡和易于脱附等特征。
液化天然气技术
26
• 硅胶是粉状或颗粒状物质，粒子外观呈透明或乳白色固体。 分子式为mSiO2 · nH2O，它是用硅酸钠与硫酸反应生 成水凝胶，然后洗去硫酸钠，将水凝胶干燥制成。其典型 组成如表所示。
天然气脱水用的是细孔硅胶，平均孔径20～30Å
液化天然气技术
27
•分子筛
分子筛是一种天然或人工合成的沸石型硅铝酸盐，天
液化天然气技术
23
•（2）常用吸附剂
与目前在天然气净化过程中，主要使用的吸附剂有活 性氧化铝、硅胶和分子筛三大类。活性炭的脱水能力甚微， 主要用于从天然气中回收液烃。
•活性氧化铝 其主要成分是部分水化的、多孔的和无定型 的氧化铝，并含有少量的其它金属化合物。稳定性好，它常 用于气体、油品和石油化工产品的脱水干燥。活性氧化铝干 燥后的气体露点可低达－73℃。活性氧化铝宜在177-316℃ 下再生，因此其再生时耗热量较高。活性氧化铝吸附的重烃 在再生时不易除去。氧化铝呈碱性，可与无机酸发生化学反 应，故不宜处理酸性天然气。
调峰型工厂 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。 基本负荷型工厂
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。
液化天然气技术
4
表2-1 原料气杂质在LNG中的溶解度
组分 CO2 H2S 甲硫醇 乙硫醇 COS 异丁烷 正丁烷 在LNG中的溶解度① 4 × 10-5（体积百分数） 7.35 × 10-4（体积百分数） 4. 7× 10-5（体积百分数） 1.34 × 10-4（体积百分数） 3.2％（摩尔百分数②） 62.6％（摩尔百分数②） 15.3％（摩尔百分数②） 组分 壬烷 癸烷 环己烷 甲基环戊烷 甲基环己烷 苯 甲苯 在LNG中的溶解度① 10-7（体积百分数） 5×10-12（体积百分数） l.15 × 10-4（体积百分数） 0.575％（摩尔百分数） 0.335％（摩尔百分数） 1.53 ×10-6（体积百分数） 2.49 × 10-5（体积百分数）
注：1.A为无限时生产下的累积允许值；B为溶解度限制；C为产品规格。
液化天然气技术
6
第一节 天然气脱水
脱水的目的：
使天然气中水的露点足够低，从而防止低温下水冷凝、 冻结及水合物的形成。
常用方法：
冷却法、液体吸收法、固体吸附法。
液化天然气技术
7
1、冷却脱水
冷却脱水是利用当压力不变时，天然气的含水量随温
31
液化天然气技术
（ 3 ）吸附 法脱水工 艺流程 吸附 再生
冷却
液化天然气技术
32
第二节 脱酸性气体
由地层采出的天然气除通常含有水蒸气外，往往还含 有一些酸性气体。这些酸性气体一般是H2S, CO2、COS与 RSH 等气相杂质。含有酸性气体的天然气通常称为酸性气 或含硫气。 酸性气体不但对人身有害，对设备管道有腐蚀作用，而 且因其沸点较高，在降温过程中易呈固体析出，故必须脱 除。脱除酸性气体常称为脱硫脱碳，或习惯上称为脱硫。 在净化天然气时，可考虑同时除去H2S和CO2，因为醇胺法 和用分子筛吸附净化中，这两种组分可以被一起脱除。
液化天然气技术
17
再 生塔 缓冲罐 过滤器
提浓富液的场所（精馏原理）； 缓冲、贮存、补充液体； 过滤溶液，除去腐蚀产物及其它杂质，减少溶液
发泡的可能性。
液化天然气技术
18
利用此法须注意防止甘醇分解，当再生温度超过204℃ 及系统中有氧气及液态烃存在时，都会降低甘醇的pH值， 促使甘醇分解。因此需要定期检查甘醇的pH值，要控制pH 值大于7。在有条件时将甘醇用氮气保护，以防止氧化。 甘醇法适用于大型天然气液化装置中脱除原料气所含的 大部分水分。 与采用固体吸附剂脱水的吸附塔比较，甘醇吸收塔的优 点：①一次投资较低，压降少，可节省动力；②可连续运 行：③容易扩建；④塔易重新装配；⑤可方便地应用于在 某些固体吸附剂易受污染的场合。
然分子筛也称沸石，人工合成的则多称分子筛。 分子筛的物理性质取决于其化学组成和晶体结构。在 分子筛的结构中有许多孔径均匀的孔道与排列整齐的孔穴。 这些孔穴不仅提供了很大的比表面，而且它只允许直径比
孔径小的分子进入，而比孔径大的分子则不能进入，从而
使分子筛吸附分子有很强的选择性。
液化天然气技术
28
液化天然气技术
时，在一般操作温度下性能稳定；高的吸湿性；容易再生，
用一般再生方法可得到体积分数为98.7%的三甘醇水溶液； 蒸气压低，携带损失量小，露点降大，三甘醇的质量分数
为98%～ 99%时，露点降可达33～ 42℃。
缺点：投资高；当有轻质烃液体存在时会有一定程度的 起泡倾向，有时需要加入消泡剂。
液化天然气技术
液化天然气技术
5
表2-2 最大允许杂质含量
杂质 H2O CO2 H2S COS 总含S量 Hg 芳香烃族 含量极限 <0.1mg/l (ppm) 50~100mg/l 3.5mg/Nm3 <0.1mg/l 10~50mg/Nm3 0.01µg/Nm3 1~10mg/l 依据 A B C C C A A或B
液化天然气技术
22
吸附法脱水一般适用于小流量气体的脱水。对于大流 量高压天然气脱水，如要求的露点降仅为22 ～ 28℃，一般 情况下采用甘醇吸收脱水较经济；如要求的露点降为 28 ～ 44℃，则甘醇法和吸附法均可考虑，可参照其它影响因素 确定；如要求的露点降高于 44℃，一般情况下应考虑吸附 法脱水，至少也应先采用甘醇吸收脱水，再串接吸附法脱水。 在某些情况下，特别是在气体流量、温度、压力变化频 繁的情况下，由于吸附法脱水适应性好，操作灵活，而且可 保证脱水后的气体中无液体，所以成本虽高仍应采用吸附法 脱水 。
CnH2n(OH)2。
液化天然气技术
10
• 从分子结构看，每个甘醇分子中都有两个羟基（-ＯＨ）。 羟基在结构上与水相似，可以形成氢键，氢键的特点是能 和电负性较大的原子相连，包括同一分子或另一分子中电 负性较大的原子，所以甘醇与水能够完全互溶，并表现出 很强的吸水性。 • 因此甘醇水溶液可将天然气中的水蒸气萃取出来形成甘醇 稀溶液，使天然气中水汽量大幅度下降。
液化天然气技术
24
• 典型活性氧化铝组成
液化天然气技术
25
•硅胶
这是一种坚硬无定形链状和网状结构的硅酸聚合物颗 粒，为一种亲水性的极性吸附剂。硅胶对极性分子和不饱 和烃具有明显的选择性，因此可用于天然气脱水。其吸附 性能和其它吸附剂大致相同，一般可使天然气的露点达－ 60℃。硅胶很容易再生，再生温度为180 ～ 200℃。 虽然硅胶的脱水能力很强，但易于被水饱和，且与液 态水接触很易炸裂，产生粉尘。为了避免进料气夹带的水 滴损坏硅胶，除了湿进料气进吸附塔前应很好地脱除液态 水外，有时也采用在吸附床进口处，加一层不易被液态水 破坏的吸附剂，称做吸附剂保护层。粗孔硅胶，如 W 型硅 胶即可用于此目的。