第十章 天然气预处理及轻烃回收

CQUST 第二节 天然气净化技术
甘 醇 脱 水 原 理 流 程
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三 甘 醇 脱 水 及 再 生 系 统 图
CQUST 第二节
2）主要设备 三甘醇脱水主要设备有吸收塔、闪蒸分离器和再生塔等 （1）吸收塔结构及作用 三甘醇吸收塔内部一般采用泡帽塔板，以保证在三甘醇流量很低时仍然保持板 上有足够的液封。一般进入吸收塔的贫三甘醇溶液以18℃～50℃为宜，但要高 于入口天然气温度，防止轻烃凝析和随之产生的醇发泡。
定义：天然气中含有丰富的C2以上的轻质组分，回收这些轻质组分称为轻烃 回收，其工艺过程为轻烃回收工艺。 回收产品：乙炔、液化石油气(LPG)混合物和凝析油。它们均为重要的石油化 工原料。 分类：商品天然气主要组成为甲烷，LPG混合物主要成分为C3～C4的烃类化 合物，凝析油为C5+以上的烃类。 方法：对轻烃回收的天然气液体经分离塔分馏可获得各种化工原料气。
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造成雾沫夹带量增加的原因：操作波动，处理量突增，造成吸收超负荷，吸收塔 顶雾沫夹带量增大，增加了甘醇携带损失。 吸收塔操作温度过低，三甘醇溶液粘度过大，不仅降低塔板效率，也可能增加塔 顶雾沫夹带。 因此，吸收塔操作温度不应低于10℃，一般在20℃～50℃范围内。 为避免三甘醇溶液的污染，再生后的贫三甘醇溶液需经过滤器除去杂质及再生时 的变质产物。 ④其它操作事故，设备破损，如溢罐、甘醇液冷却管穿孔等也可致成甘醇溶液的漏 损。
吸收容量：
选择性： 饱和蒸汽压： 沸点： 粘度： 热化学稳定性： 其他：
对水有高的吸附能力；
具有较高的选择性吸附能力； 越小越好，可减小再生循环量，节约热、电、吸收塔直径等； 应在443K～473K范围内； 影响热量传递和输送的重要因素，粘度小将节约热能和电能； 热化学性质稳定性，便于再生，要求一般使用6～18年。 密度小；有足够的强度；价格便宜。
CQUST
采
第十章
气
工
程
天然气预处理及轻烃回收
重庆科技学院石油工程学院
CQUST 第十章 天然气预处理及轻烃回收
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第一节 天然气加工和轻烃回收 目标
2
第二节
天然气净化技术
CQUST 概 述
不论是何种气藏产出的天然气，它不仅是一种优质的清洁燃料，也是近 代化学工业的重要原料来源。
我国对管道输送的天然气提出如下指标： （1）在最大输压下，天然气的露点应比管线周围介质的月平均温度低 5℃～7℃； （2）H2S含量小于20mg/m3； （3）CO2含量小于3%(体积)；
CQUST 第一节 天然气加工和轻烃回收目标
外输天然气
脱 出 油 泥 杂 质
脱 水 和 脱 酸 气 轻 烃 回 收
LPG(C2、C3)
分 天然汽油
馏
塔 凝析油
天然汽油
天然气粗加工示意图
CQUST 第一节 天然气加工和轻烃回收目标
轻烃回收工艺和天然气凝析液的分离加工就形成天然气的粗加工工艺过程。 3．天然气利用：把天然气及粗加工产物经过裂解、气化、分离、抽提、合成、 聚合和缩聚等工艺过程，获得二次以上产品而使经济价值升值的工艺过程。 最重要的是获得8大基础原料，14种基本有机原料和3大合成材料及其它化工 产品。 总之，天然气粗加工的内容是脱水、脱出CO2和H2S等酸性气体，轻烃回收和 精馏制成商品天然气、乙烷、LPG、凝析油和天然气油。 尽管各种天然气站场粗加工工厂千变万化，结构繁杂，但它们都是由一些基本 的操作单元：相分离器、吸附塔、压缩机、精馏塔、换热器、泵、管线、阀门等 所组成。其中涉及的大多数操作是物理过程。
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（二）固体吸附法 1．吸附原理 工艺原理：利用某些多孔性固体介质吸附天然气中的水蒸气。吸附是指气体或 液体与多孔固体颗粒表明相接触，气体或液体与多孔固体表面分子间相互作用而 停留在固体表面上浓度增大的现象，被吸附的气体称为吸附质，吸附气体的固体 称为吸附剂。 分类：根据吸附剂与被吸附物质之间作用力的不同，而把它分为物理吸附和化 学吸附。前者是由分子间的引力作用引起的，而后者是吸附剂表面与被吸附介质 间靠化学键的作用达到吸附的目的。 目前天然气净化的吸附过程多为物理过程。其特点：不与被吸附质发生反应， 吸附和脱附都进行得很快；吸附过程为瞬间平衡过程，它为一放热过程，其放出 的热量通常与气体的液化热相近。
缺点
适用范围
①吸收水容量小,且不能重复使用； 边远地区小流量、 ②露点降较小,且不稳定； 露点降要求较小 ③更换CaCl2时劳动强度大,且有 的天然气脱水。 废CaCl2水溶液处理问题。 ①蒸气压较TEG高，蒸发损失大； ②理论热分解温度较TEG低，仅为 164.4 ℃，故再生后的DEG水溶液 浓度较小； ③露点较TEG溶液得到的低； ④投资及操作费用较TEG高。 ①投资及操作费用较CaCl2水溶液 法高； ②当有液烃存在时再生过程易起 泡，有时需要加入消泡剂。 集中处理站内大 流量、露点降要 求较大的天然气 脱水。 集中处理站内大 流量、露点降要 求较大的天然气 脱水。
二、天然气脱水（复习：天然气含水量的各种定义和名词解释） 天然气必须进行脱水处理，使之达到规定的含水汽量指标。
定义：从天然气中脱出水汽以降低露点的工艺。
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脱水工艺技术指标：露点降。 露点降：在同一压力下，被水汽饱和是天然气露点温度与经过脱水装置后天然 气露点温度之差。 天然气的饱和含水蒸汽量取决于天然气的温度、压力和气体组成等条件。
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2.常用脱水溶剂
用来脱水的亲水液体溶剂称为脱水吸收剂。常用：乙二醇、二甘醇和三甘醇。
天然气净化技术
二甘醇 甘醇类化合物 常用吸收剂 氯化钙水溶液 三甘醇等
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用作脱水的吸收溶剂应具备以下性能： （1) 对水有较高的亲合力，具有较高的脱水深度。天然气的脱水深度一般用于天然气 吸收操作温度与脱水后干气露点温度之差(露点降)来表示。露点降可用作评价脱水吸收剂 脱水效率的参数。露点降愈大，脱水程度愈深。 （2) 脱水吸收剂应对天然气和烃液体具有较低的溶解度，以避免脱水过程中损失更多 的气体和液态烃。 （3) 蒸汽压低，对化学反应和热作用稳定，以减少吸收剂的损失。 （4) 容易再生，价格低廉，易于取得。 （5) 粘度小，发泡和乳化倾向小，便于输送和吸收操作。
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一、 发展现状及净化气质量要求 四川天然气净化技术和工艺以自研和引进相结合的方法发展，目前重要的工 艺指标已接近或达到了国外同类先进水平。 天然气净化的目：是将天然气中的水、硫、和CO2等成份的含量降至工业和 民用商品天然气所要求的指标，且符合环境法规的要求。 通常包括四类工艺处理：天然气脱水、脱硫、硫磺回收和废气处理。 天然气净化的气质标准：国家制定的商品天然气的气质要求，气质指标直接 涉及到工艺技术的设计和发展。要求越高，工艺技术越复杂。 商品天然气以管道输往用户，因用途不同用户对气质的要求也不同；就管输 来说，主要是根据安全平稳供气的要求并兼顾到人身健康安全而确定各项具体指 标。
（2）闪蒸分离器结构及作用 在低压下分离出富甘醇中所吸收的天然气中的水蒸汽和包括芳香烃在内的重烃。 （3）再生塔作用 由精馏塔和重沸器组成。
作用：对吸收塔来的富甘醇进行再生。
（4）其它设备 2）三甘醇脱水操作中存在的主要问题 三甘醇脱水装置操作中经常发生的问题是三甘醇损失量过大和设备腐蚀。
(1)三甘醇损失的原因及减少损失的措施
二甘醇 (DEG)水溶液
①浓溶液不会“凝固”； ②天然气中含有H2S、CO2 O2时，在一般温度下是稳 定的； ③吸水容量大。
三甘醇 (TEG)水溶液
CQUST 第二节 天然气净化技术
3.工艺流程及设备 1）工艺流程 包括两大部分：含水天然气 与三甘醇贫液充分接触后，在 操作压力和常温下脱水；富甘 醇溶液在高温低压下再生。 含水天然气进入吸收塔，在 塔的操作压力与温度下与三甘 醇接触，水被脱除，达到规定 的干燥天然气气质要求离开吸 收塔，富水三甘醇则进入再生 塔再生，再生后的贫水三甘醇 经冷却后循环使用。蒸出的水 蒸汽在塔顶部分冷凝作为回流， 部分排出装置 。
天然气净化技术
泡罩工作原理
CQUST 第二节 天然气净化技术
泡罩塔板的单个泡罩
泡罩塔板结构
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第二节 天然气净化技术
天 然 气 脱 水
│ 吸 收 法 脱 水
吸 收 塔 流 程
源自文库
干气→ 捕雾器→ ←贫液
←天然气与贫液 热交换器
←贫液
天然气→
来自入口洗涤器 的湿气 →
富液去重沸器→
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（4）硫的总含量低于270mg/m3。
天然气预处理：脱出天然气中所含水分、硫化氢、二氧化碳和固相杂质， 回收有经济价值得硫磺和二氧化碳，以获得符合标准的净化天然气的综合工 艺过程。 轻烃回收：一般称为天然气凝液回收，习惯称为轻烃回收。
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天然气的初加工和产品利用三大目标：天然气的净化、加工和化工利用。 1．天然气净化： 原因：天然气中水的存在可能在管线和设备中形成固体水合物者塞管线和阀 门，影响操作的稳定性；H2S的燃烧会污染环境，损害人类健康，同时它又是化 工重要原料硫的来源之一；CO2的存在会降低天然气的热值。而且这些酸性气体 和水会生成酸或酸溶液，造成设备和输气管道的严重腐蚀。 目的：脱除水、硫化氢和二氧化碳的矿场工艺过程即为天然气的净化过程， 为产出天然气矿场粗加工前工艺过程。 2．轻烃回收：
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因此，甘醇脱水装置的腐蚀主要是由于甘醇溶液PH值降低，溶液呈酸性所引 起的。在有冷凝液凝析或积聚的部位腐蚀最严重。防止甘醇脱水装置腐蚀的途径 可采取： 1) 使用耐蚀材料。如吸收塔内用不锈钢衬里；不锈钢塔板。 2) 采用注入中和剂或缓蚀剂，保持甘醇溶液PH值为7.3至8～8.5。常用的中和 剂和缓蚀剂有硼砂、乙醇胺、三乙醇胺、磷酸钾、β–巯基苯并噻唑钠盐和钠开普 (Nacap)缓蚀剂。 3) 采取工艺性防蚀设计，例如，安装高效分离器，分出原料气中液相和固相 杂质；安装甘醇溶液过滤器，除去甘醇变质产物和腐蚀产物；防止甘醇溶液污染， 减轻设备的冲蚀和腐蚀。为了防止氧气进入系统减轻变质反应，可对甘醇贮罐采 用惰性气体保护，增加甘醇泵入口净吸入压差，以防止大气中氧进入系统。
天然气脱水方法：溶剂吸收法、固体吸附法、直接冷却法和化学反应法。
在实际操作过程中，应根据具体的工况，对各种方法进行技术经济评价，选取 最优的天然气脱水工艺。常用的是溶剂吸收法和固体吸附法两种脱水方法。 （一）溶剂吸收法（甘醇脱水法） 1.基本原理 利用溶剂对天然气、烃类的溶解度低，对水的溶解度高和水汽吸收能力强的特 点，使天然气中的水汽及液态水被溶解和吸收，然后再将含水溶剂与天然气分离， 达到脱水目的（降低露点）。含水溶剂经再生除去水分后，可返回系统中循环使 用。
2)三甘醇脱水装置的设备腐蚀 纯甘醇溶液对碳钢并无腐蚀性，造成三甘醇脱水装置设备腐蚀的介质是： ①甘醇氧化生成有机过氧化物，并进一步生成甲醛和甲酸。变质反应随氧分压及温 度的增加而增加，酸性物的存在又加剧了反应的进行。 ②甘醇溶液吸收天然气中的H2S、CO2等酸性气体，溶液PH值降至6.0以下。此时， 甘醇与硫化物反应生成具有强腐蚀性的“污泥状”聚合物。 ③随气体带入的氯化钠水解产物。
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一般情况下，要求露点降在15.6℃～48.9℃的范围。采用甘醇，在实际工业应用中，三甘 醇以它较大的露点降、技术上的可靠性和经济上的合理性在天然气脱水使用中普遍使用。 脱水吸收剂 CaCl2 水溶液 优点
①投资与操作费用低，不 燃烧； ②在更换新鲜CaCl2前可 无人值守。
由于操作不当，设备故障导致脱水及再生过程中三甘醇有如下方面的损失： ①原料气和贫甘醇溶液进吸收塔温度过高，增加了吸收塔顶三甘醇的蒸发损失。 一般情况下，进吸收塔原料气温度不应高于50℃，进塔贫甘醇液温度不应高于55℃。
②重沸器再生温度过高，导致三甘醇变质而造成损失。再生温度不应高于204℃。
③吸收塔、再生塔顶大量雾沫夹带造成的携带损失。