第四章 天然气净化.

第二节
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天然气气质标准及质量控 制
一、管输天然气质量三项要求 1.天然气的组成 大量组分六个：甲烷、乙烷、丙烷、总丁烷、总戊烷、氮； 少量组分五个：二氧化碳、氢、不饱和烃类总量、一氧化 碳、氧； 微量组分四个：硫化氢、硫醇类、总硫、水分。 2.燃烧性质 标准状态下的总发热量； 标准状态下的华白数。 3.其它性质 交接压力、温度下，不存在液相的水和烃类； 固体颗粒的含量不影响输送与利用； 存在的其它气体组分不影响输送和利用。
第四章
天然气净化
第一节
净化目的及意义
第一节 净化目的及意义 • 天然气从地层中开采过程中，必然会携带砂、岩 屑粉尘、铁锈、水（包括液态水和水蒸气）等固 体和液体杂质。 • 除了烃类气体外，还会含有氮气、氢气、惰性气 体如氦气、氩气等，酸性天然气还含有二氧化碳、 一氧化碳、硫化氢，另外还有硫醇类、硫醚类、 硫氧化碳、二硫化碳等有机化合物，在一些天然 气藏中还含有多硫化氢和以胶溶态粒子形态存在 的沥青质。
天然气质量标准
国 别 企 业 H2S，mg/m3 硫醇硫，mg/m3 总硫，mg/m3 CO2，mol% O2，mol% 水露点/含量，℃/ mg/m3 烃露点，℃ 英国 British Gas (第二组) 荷兰 法国 美国 中国④ SY7514-88d Gas Gas de AGA Unit France 5 16.9 150 3 0.5 /55 5.7 11.5 22.9 -③ -③ /110 -
四、脱水方法的选择
• 1.从露点降低的角度来说，许多方法都可以满足 管输天然气的要求。 • 对于高压气田，采用低温分离法进行预脱水是可 行的。 • 从节省投资和操作费用来看，TEG法是首选方法。 TEG法在天然气工业应用最广泛，它不但投资省， 操作费用低，操作技术也不复杂，而且检修容易， 能连续运转，易于实现自动化。 • 在露点降要求超过44℃时，应考虑采用固体吸附 法，至少要在TEG法脱水装置后面串接固体吸附 脱水设备。
总硫（以硫计）含量，mg/m3 硫化氢含量，mg/m3 二氧化碳含量，%（体积） 水 分
输气管道工程设计规范
• • • • 进入输气管道的气体必须清除机械杂质； 水露点应比输送条件下最低环境温度低5℃； 烃露点应低于或等于最低环境温度； 气体中的硫化氢含量不应大于20mg/m3。 当被输送的气体不符合上述要求时，必须 采取相应的保护措施。
第四节
天然气脱水
• 一、低温分离法 • 低温分离法分为两种方法：对于高压天然 气，根据焦耳－汤姆逊效应，经过节流膨 胀造低温，一部分水分分离出来，使天然 气的露点温度降低；对于压力较低的天然 气，则先进行加压后，再冷却脱水。但由 于先加压后冷却的低温分离法工艺复杂、 设备多、成本高，因此，一般不予采用。
天然气工业常用的固体吸附剂
• 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： • （1）吸水量大； • （2）选择吸附好； • （3）具有再生能力； • （4）机械强度高，使用寿命长； • （5）无毒，无腐蚀性； • （6）价格便宜。 • 常用的吸附剂有：硅胶、活性氧化铝、铝矾土、分子筛 等．
1.化学吸收法
• 以可逆化学反应为基础，以碱性溶剂为吸收剂， 溶剂与原料气中的酸性组分（主要指H2S和CO2） 在较低温度（25～40度）发生化学反应而生成某 种化合物，吸收了酸气的富液在在升高温度 （105度）和降低压力的条件下，化合物分解放 出酸气使吸收剂再生，这类方法统称为化学吸收 法。 • 常用各种胺类作溶剂，其净化效果好、工艺成熟、 价格便宜。其中，乙醇胺和甲基二乙醇胺应用较 多，后者优点明显，有取代前者的趋势．
第三节
分离和除尘
• 一、重力式分离器 • 重力式分离器有立式和卧式两类，重 力式分离器由分离、沉降、除雾和储 存四个部分组成。 • 在分离段，含有液滴和固体粒子的气 流进入分离器后，由于气流突然减速 ， 并同时改变气流方向， 在惯性、离心 以及重力的综合作用下， 对大量的液 滴及固体粒子进行了初级分离。 • 随即气流进入了分离器的沉降分离段， 在此阶段较小的液滴、固粒子在其自 身的重力作用下从气体中分离。为了 增进沉降分离效果，有的分离器在结 构上加了“百叶窗”式导流板等，以 促进液粒凝聚和沉降。 • 另外在分离器上段设有捕雾器或分离 头，以除去雾状液体和固体微粒。 • 在分离器下部应有足够的储液容积， 并设有液位检测计和排液装置。
五、其它脱水方法
• 1.膜分离用于天然气脱水 • 膜法用于天然气脱水具有如下优点： • （1）压力损失小。从试验数据来看几乎没有压力损 失。 • （2）不需额外加入溶剂或分子筛，无对天然气的污 染。 • （3）不需再生，无二次污染。 • （4）工艺简单、组装方便。 • （5）操作简单、占地少。 • （6）投资和操作费用低。可比吸收法减少85%。 • （7）天然气露点降幅度可与固体干燥剂相媲美。
I
6 150 3 无游离 水 -
II
20 270 3 -
5 5 6/16① 15 120/150① `150 2 1.5 0.5/3② 0.5 管线压力下地面 -10/ 温度 管线压力下地面 -5/ 温度
SY7514-88各类天然气气质标准
质量指标 项 目 高位发热量 MJ/m3 A组 B组 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ >31.4(>7500kcal/m3) 14.66～31.4（3500～7500 kcal/m3） ≤150 ≤6 ≤3 无游离水 ≤270 ≤20 ≤480 实测 >480 实测
• 2.选择脱水方法要同集输流程的规划统一考虑。 • 若净化厂在集气站附近，集气管道短，且采用先 脱硫后脱水，对脱水的要求就可低些，符合管输 要求即可，此时选用TEG法最优。 • 若净化厂距气源较远，需要长距离输送含硫特别 是高含硫天然气时，为了避免凝析水与硫形成酸 性溶液腐蚀管道和设备，对脱水的要求就要高些， 此时应考虑以抗酸分子筛为最后一道脱水工艺。
• 低温分离法一般适用于高压气田，天然气 降压后仍高于输气压力，同时又使输送温 度得以降低，是经济合理的。但是，由于 低温分离后天然气中的水蒸气仍处于该温 度下的饱和态，仍有可能在输气管道上某 点析出，造成冰堵等，因此，该方法一般 作为辅助措施，与其它更深度脱水方法一 起使用。
二、溶剂吸收法
• • • • • • • 天然气液体吸附剂应具有下述条件． （1）吸湿性能好 （2）烃类流体在吸附剂中溶解度小 （3）容易再生，重复使用 （4）蒸汽压低，粘度小 （5）不易和天然气组分产生化学反应 （6）无腐蚀性、廉价
• 因为气流下降后又 上升 ，所以这种旋 风分离器称为回流 式。在气流旋转下 降和旋转上升的过 程中， 沿着分离器 的外螺旋到内螺旋， 粒子所受到的离心 力比重力大的多。
多管旋风分离器
多管旋风分离器是多 个微型旋风分离器—旋风 子组装在一个外壳内而成。 • 多管旋风分离器较之 普通旋风分离器，不但处 理能力增加，而且净化度 也得到提高，它可以全部 脱除粒径8μm以上的尘 粒，并可脱除约50%的粒 径2μm左右的尘粒，是 一种干式的分离效果良好 的分离器，尤其适合于含 尘量大而含液量小的气体 处理。
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2. 气波制冷脱水技求
• 利用天然气自身的压力能做功。通过特殊设计的 旋转喷嘴，将高速气流以间歇方式依次射入喷嘴 周围均布的各接受管内，所形成的压缩波和激波 会使管内气体产生高温，热量通过管壁向外界散 发，运动到接受管封闭端的激波会被激波吸收腔 吸收，避兔产生激波反射影响制冷效果。 • 产主的膨胀波使气体降温，即获得冷量使天然气 直接制冷，经分离脱水提纯后外输。处理后不仅 使天然气降低了露点．且提高了天然气的纯度和 质量。
3.固体吸附法的特点
• • • • • • • • • • （1）优点 ①脱水后，干气中含水量可低于1ppm.，露点降在 50℃以上。 ②对原料气的温度、压力和气量波动不敏感。 ③操作简单，占地少。 ④无严重腐蚀和发泡现象。 （2）缺点 ①对于大装置，设备投资和操作费用高。 ②气体压降大。 ③吸附剂易中毒和破碎。 ④耗热量高，在低处理量时更显著。
• 对输气干线的站场应根据气源条件（气量和压力 值及波动情况、含液量、含尘量等）、气质情况、 输送要求等选择经济合理、技术先进、操作简单、 维修方便的分离净化设备。 • 在要求净化程度较高时，可选用重力式分离器进 行一级净化，用旋风分离器进行二级净化。对于 要求更高的场合考虑最后一级使用过滤分离器。 • 国外在输气干线终点或中间分输的调压计量站常 采用过滤分离
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三、过滤分离器
• 其结构类似于浮头式换热器，容器内的管板将分离器分为 两段，因此，它是具有两级分离作用的分离器。 • 第一段内，管状玻璃纤维模压滤芯，通过支座与管板连接； 第二级分离室装有金属丝网，它是一个高效捕雾器。
四、净化设备的选用
• 重力分离器是按最大工作流量进行设计的，只要不超过其 流量和压力的设计值，气量和压力的波动对其分离效率影 响不大，但净化程度不高。因此，适合于含液、固体杂质 多，且流量和压力波动大的场合。 • 旋风分离器具有体积小、处理量大、分离效率高的优点， 但其作用原理是依靠离心力实现气-液或气-固分离的，气 体压力和流量波动较大时，对分离效率影响较大，而且对 于含液量较高时，分离效果不佳。因此，旋风分离器适合 于流量、压力波动不大和含液量不高的场合。 • 过滤分离器具有分离效率高、效果好的优点，但需要定期 进行放空清扫和更换滤芯等元件，操作较麻烦，运行费用 较高。
二、净比方法分类
• 分离和过滤：是除去固体尘粒和气体中夹带液体 的主要方法。如重力或旋转式分离器都是根据气 团、气液二相存在密差原理工作的。 • 冷凝分离：利用低温操作使水和重烃凝析成液体， 从气流中分出。 • 吸附法：气相或液相中某一组分在固体吸附剂表 面浓聚的现象称吸附。若被吸附物质和吸附剂间 无化学反应，称物理吸附。否则，称化学吸附。 由于吸附剂只对气流中的某种组分吸附，使该组 分和气流分离。物理吸附时，随工况改变（如升 高温度）会使被吸附物质脱离吸附剂表面，使吸 附剂恢复吸附能力，这一过程称再生。
第五节
天然气脱硫和脱二氧化碳
• 无论是防止管道、设备及仪表被腐蚀的角 度，还是从人类健康和环境保护方面，或 者是提高天然气品质等，都需要把天然气 中的硫化氢、二氧化碳和有机硫化合物这 些酸性气体脱除，根据天然气的不同用途 而达到要求的规格。对于管输天然气来说， 天然气中硫化氢含量一般应低于20mg/m3。
• 吸收法：某种液体能选择性地吸收气体中某种组 分，使它与气流分离，这种液体称吸收剂。按两 者是否发生化学反应，也可分为物理吸收和化学 吸收二种。物理吸收时，也可采用措施使被吸收 物质和吸收剂分开，这一过程称解析，解析能使 吸收剂再生并重复使用。 • 直接转化法：通过某种化学反应，使杂质转化为 无害化合物或易于除去的化合物。 • 综合法：以上方法的综合利用。
三、固体吸附法
• 1. 固体吸附法简介 • 溶剂吸收法脱水具有设备投资和操作费用 低，适合大流量高压力天然气的脱水处理。 但其脱水深度有限，露点降一般不超过 45℃，对于如天然气液化等需要原料气深 度脱水的场合，只使用溶剂吸收法是不够 的，这时就要考虑深度脱水方法，固体吸 附法便是最有效的方法之一。
捕雾器原理图
二、旋风分离器
• 旋风式分离器又称离心式分离器，是一种 处理能力大，分离效果好的干式除尘设备， 结构良好的旋风分离器可将大于5μm的尘 粒基本除去，因而在工业上得到广泛应用。
• 旋风分离器是利用离心力从 气体中除去粒子的设备。 • 气流从切线方向进入分离器 后做回转运动， 由于气体和 液滴的质量不同 ，所产生的 离心力亦不同 • 质量较重的液滴被抛到外圈 沿器壁聚积，由于重力和气 流的带动向下运动， 由排污 口排出 • 质量较轻的气体则从进气口 进入后沿圆筒壁旋转下降， 向着圆锥顶点流动，然后又 从圆锥顶点逆转轴向流动方 向， 以逐渐扩大的螺旋线上 升， 最后由排气管排出去。