采气工程第十一章天然气预处理及轻烃回收
天然气工程11
天然气工程11
(2)节流膨胀致冷低温分离原理-节流效应 微分节流效应系数 利用麦克斯韦关系式：
内能随压力的变化
移动功随压力的变化
l无能量供给第一项小于零；
l第二项由于是压力降低也小于零。
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αH>0
天然气节流后温度降低
天然气工程11
(4)节流膨胀模拟方法
进料
p1，T1，H1
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天然气工程11
一、脱水ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ艺简介
◆天然气脱水的方法 l溶剂吸收法 l固体吸附法 l直接冷却法 l化学反应法
天然气工业常用的是溶剂吸收法和固体吸附法
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天然气工程11
1、溶剂吸收法
(1)脱水原理
根据天然气和水在脱水溶剂中的溶解度不同来吸 收其中的水份，实现天然气的干燥。
(2)适用范围 l大型天然气液化装置中脱出大部分水分； l露点降仅为22～28℃； l露点降：同一压力下，被水汽饱和的天然气水 露点温度与经过脱水装置后同一气流 的水露点温度之差。
场工艺过程，也是天然气净化过程、矿场初加 工的预处理过程。
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天然气工程11
二、轻烃回收
◆轻烃回收：回收天然气中C2以上的轻质组分。 ◆轻烃回收的产品 l乙烷
l液化石油气(LPG)：为C3～C4的烃类化合物
l凝析油：C5+以上（C5+）的烃类 天然气凝液（NGL）：分离塔得到的C2+的烃类混合物 天然气的初加工工艺过程 ：主要是天然气凝析液的分离 加工
一、主要方法及回收率概述
吸收法：
传统方法以油吸收为主，基于天然气中各 组分在吸收油中溶解度的差异而使轻、重 烃组分得以分离。 按吸收操作温度的不同分常温油吸收法和 低温油吸收法（冷油吸收法）两种。
天然气加工工程轻烃回收
Phase Behavior of Natural Gas
临界点
液＋气
(1)多组分相图的特点 ①纯组分的泡点线和露点线重合为单一的蒸气压曲线，而多 组分则存在露点线和泡点线； ②混合物的临界点C，既不是气-液相能够共存的最高压力， 又非气-液相能够平衡共存的最高温度。
Phase Behavior of Natural Gas
Phase Behavior of Natural Gas
(1)纯组分p-υ-T图 右图是典型三维相
图，由一系列面组成， 每一个表示一个给定的 单相或由两相组成的混 合相。
HbCdI描述气-液可 以共存的条件。CbH或 CdI在压力-温度平面上 的投影重合成一条曲线， 称之为蒸气压曲线。固 体及液体两相面BDHG 与其类似。
硫
气藏
单元过程：节流、闪蒸、吸收、解吸、精馏、换热、 反应、吸附等。
概述
如前所述，天然气(尤其是伴生气及凝析气)中除含有 CH4外，还含有一定量的C2H6、C3H8、C4H10、C5H12以及 更重烃类，为了满足商品气或管输气对烃露点的质量要求， 或为了获得宝贵的化工原料，需将天然气中除甲烷外的一 些烃类予以分离与回收。
1 轻烃回收的目的和方法
①当压降相同时，两相流动所需的管线直径比单相流 动要大；
②当两相流体到达目的地时，必须设置段下述几种方 法：
①适度地回收天然气液：使天然气的烃露点满足管输 要求，以保证天然气在管道中输送时为单相流动。此法也 叫做露点控制；
概述
(2)国内现状 我国的天然气液回收装置始建于上世纪60年代，到了 80年代有了迅速发展。 就天然气加工率来讲，我国已达到先进水平。但是， 由于我国天然气产量很低，天然气液产品又主要来自伴生 气，故其总产量不大，仅为原油产量的0.5％～1％。 此外，除少数天然气液回收装置规模较大及个别装置 回收乙烷外，大多数装置规模较小，而且仅回收丙烷以上 烃类。
天然气处理工艺和轻烃回收技术
甲醛
MTBE
醋酸
氯甲烷
甲胺
MMA
DMT
醋酸乙烯
甲醇蛋白
乙烯
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天然气加工工程
天然气处理工艺技术
天然气轻烃回收工艺技术
硫化氢腐蚀原理与防护技术
天然气计量自动化
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天然气处理工艺技术
一、天然气脱水的主要原因
1、天然气会与其中所带的液体或水形成固体化合物，造成堵塞
阀门，设备甚至是整个管线。
2、造成腐蚀，特别是在CO2和H2S存在的情况下。
2、气体膨胀制冷（内冷）
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天然气轻烃回收工艺技术
一、天然气处理站轻烃回收实验方法研究目的
为提高油气综合利用水平，进行天然气处理站轻烃回收实验方
法研究有十分重要的现实意义。凝析天然气和伴生气中含有大量的丙
烷及丙烷以上重烃组分，从中回收和合理利用这部分烃类资源，将提
高油气田开发的经济效益。
轻烃回收工艺目前广泛采用的是低温分离法或低温分离法与其
再根据天然气处理站的原料气处理量和液化气、轻质油的产量数据
，基于质量平衡计算得到了液烃回收率。
C3+回收率的计算公式如下：
Eij=mij
×n
ij/a
式中：Eij———— 一定条件下的C3+回收率，质量%；
mij———— 一定条件下的质量液化率，%；
nij———— 一定条件下冷凝出的液烃中的C3+含量，质量%；
伴随原油共生并与原油同时被采出的天然气。在地层中为油、气两
相。油田气中除甲、乙、丙、丁烷外，还含有戊、已烷，甚至C9、
C10组分。
2、按天然气烃类组成分类
(1)C5界定法——干、湿气的划分
①干气(dry gas)：指1Sm3(CHN)井口流出物中，C5以上烃液含量低于
气体膜在天然气处理和轻烃回收过程
气体分离膜在天然气处理和轻烃回收过程中的应用概述：天然气作为清洁能源和优质的化工原料，对国民经济的发展和环境大气质量的保护、改善，都在发挥着越来越重要的作用。
但开采出的井口天然气，由于其成分复杂，需要处理和加工后，才能安全平稳的进入输气管线而转化成商品气。
常规的天然气处理包括天然气的脱水，天然气酸性组分CO2、H2S的脱除，和轻烃的回收。
主要的脱水方法有低温冷凝、溶剂吸收和固体吸附等方法，脱除酸性组分的方法主要醇胺法和碱性盐溶液法，轻烃回收主要是低温分离法。
气体分离膜技术的出现为天然气的处理提供了新的途径。
由于其设备简单、运行中无额外的材料和试剂消耗、占地小、撬装设计、操作方便而显示出巨大的发展潜力。
1. 气体分离膜气体分离膜是基于溶解－扩散机理，气体首先溶解在膜的表面，然后沿着其在膜内的浓度梯度扩散传递，在膜的另一侧解析。
分离过程的推动力为膜两侧相应组分的分压差，渗透速率相对较快的气体优先透过膜而在低压渗透侧被富集，而渗透速率相对较慢的气体则在高压截留侧被富集。
目前用于气体分离膜的材料主要是高分子材料，按照高分子材料的形态分成橡胶态高分子分离膜和玻璃态高分子分离膜。
橡胶态高分子分离膜在气体渗透过程中的控制机理是溶解选择性控制，可凝性气体，如乙烷、丙烷、丁烷等在膜内的溶解度大，容易透过膜，在膜的渗透侧得到富集。
而不可凝性气体，如氩气、氮气、甲烷在膜内的溶解度小，不容易透过膜，在膜的截留侧得到富集。
在工业应用中橡胶态高分子分离膜的主要材料是硅橡胶，被通称为有机蒸汽分离膜。
下面是气体渗透系数从小到大的序列：N2O2H2CH4C2H6CO2C3H8H2S C4H10H2O C5H12而玻璃态高分子分离膜的材料为聚砜、聚酰亚胺和醋酸纤维素等，气体在膜内的传递主要是由扩散系数控制，所以分子尺寸越小的其渗透系数越大。
下面是气体渗透系数从小到大的序列：C3H8C2H6CH4CO N2 O2H2S CO2H2H2O由于这两种膜分离特性的差异，所以在天然气处理工艺的应用上有所不同。
天然气粗加工及轻烃回收简介共49页
6、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
天然气粗加工及轻烃回收简介
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
天然气处理工艺和轻烃回收技术
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天然气处理工艺技术
原料气中不同组分C2、C3、C4、C5的液化率与温度的关系，总的趋 势是随着压力的增高和温度的降低，混合气中的各组分的液化率都得到 了提高。但是各单体烃液化速率不相同。而当温度为-20℃，压力大于 1.8MPa时，液化率增长幅度减小，并且乙烷（C2）的液化率较高 （≥76.2%）。C3+的液化率随着压力的升高和温度的降低而增加。同样， C3+的液化率在增加的同时，乙烷（C2）的液化率也随之提高，这不仅要 耗费更多的冷量来冷凝乙烷（C2），而且要耗费更多的热量将其从液烃 中分离出来。同时也要兼顾考虑回收装置不能在过高压力和过低温度下 运行这一重要因素。 因此，这就要求我们在实验分析和研究过程中，不能一味地追求理 论计算研究的理想状态。提出与现场目前分离最高条件（压力、温度控 制）和分离设备能力不相符的理想的“最优”条件。所以要求我们在分 析研究中提出多种可行性方案，并且进行分析对比，选择出合理的液烃 回收制冷方法。
3、如果对于要将气体回注地层以保持储层压力，提高油 气采收率时，需要尽可能地脱除Ｃ2＋。
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天然气加工工程 天然气处理工艺技术 天然气轻烃回收工艺技术 硫化氢腐蚀原理与防护技术 天然气计量自动化
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天然气轻烃回收工艺技术
1、概述 天然气的组成因油气田或层系不同而异。油田气、部分气田的 气井气含有较多的乙烷（C2H6，常简略为C2）、丙烷（C3）、丁烷 （C4）、戊烷及戊烷以上（C5+）的烃类，这些天然气称为“富气”。 富气中的这些烃类可以以液体产品的形式从天然气中加以回收，这 一过程称为天然气凝液（NGL）的回收，国内常称为轻烃回收。 2、轻烃回收的方法： 主要有油吸收法、吸附法和冷冻分离法。 冷冻分离法中，可使用的制冷方法有节流膨胀制冷、热分离机制冷、 透平膨胀机制冷、外加冷源制冷等。 冷冻分离法的典型工艺流程有三种类型：膨胀机制冷（或称为直接膨 胀制冷）、外加冷源制冷和混合制冷。混合制冷是前两者的综合。
TD天然气净化处理与轻烃回收工艺设计的开题报告
TD天然气净化处理与轻烃回收工艺设计的开题报告一、项目背景随着能源需求的增加和环保要求的提高，天然气已经成为世界各国广泛使用的清洁能源。
然而，从地下储藏到输送管道，天然气中也含有一些杂质，如硫化物、氮化物、混合烃等，这些杂质会影响天然气质量，给使用带来麻烦。
因此，需要对天然气进行净化处理和轻烃回收，使其达到国家规定的合格标准。
二、项目目的本项目的主要目的是设计一种适用于TD天然气净化处理和轻烃回收的工艺，以提高天然气的质量和利用率。
具体目标如下：1. 对TD天然气进行净化处理，使其达到国家规定的合格标准；2. 对TD天然气中含有的轻质烃进行回收，提高资源利用效率；3. 满足工艺设计的安全、环保、节能要求。
三、项目内容本项目的主要内容包括三个方面：1. 天然气净化处理工艺设计本阶段的主要任务是确定天然气净化的技术方案和工艺流程，选择合适的净化设备和催化剂。
其中，重点考虑硫化物、氮化物和混合烃的去除效果和成本效益。
2. 轻烃回收工艺设计本阶段的主要任务是设计一种可行的轻烃回收方案，并确定回收设备和流程。
具体需要考虑的因素包括轻烃含量、回收效率和成本效益等。
3. 工艺安全、环保、节能设计本阶段的主要任务是考虑工艺设计的安全、环保、节能等因素。
具体包括生产过程中的安全措施、工艺废水、废气等的处理和能源利用等方面。
四、预期效益本项目的预期效益如下：1. 提高TD天然气的质量，满足国家规定的合格标准；2. 实现TD天然气中轻烃的高效回收，提高资源利用效率；3. 降低生产成本，提高经济效益；4. 实现工艺设计的安全、环保和节能，符合国家相关要求。
五、项目计划和进度安排1. 项目启动和立项（2022年1-2月）2. 方案设计和论证（2022年3-4月）3. 设备采购和安装调试（2022年5-6月）4. 工艺试运行和调整（2022年7-8月）5. 项目总结和报告撰写（2022年9-10月）六、项目预算本项目的预算大致为500万至800万元之间，包括设备采购、人员培训、试验费用等。
天然气轻烃回收工艺流程
轻烃回收工艺主要有三类：油吸收法；吸附法；冷凝分离法。
当前主要采用冷凝分离法实现轻烃回收。
1、吸附法利用固体吸附剂（如活性氧化铝和活性炭）对各种烃类吸附容量不同，而，将吸附床上的烃类脱附，经冷凝分离出所需的产品。
吸使天然气各组分得以分离的方法。
该法一般用于重烃含量不高的天然气和伴生气的加工办法，然后停止吸附，而通过少量的热气流附法具有工艺流程简单、投资少的优点，但它不能连续操作，而运行成本高，产品范围局限性大，因此应用不广泛。
2、油吸收法油吸收法是基于天然气中各组分在吸收油中的溶解度差异，而使不同的烃类得以分离。
根据操作温度的不同，油吸收法可分为常温吸收和低温吸收。
常温吸收多用于中小型装置，而低温吸收是在较高压力下，用通过外部冷冻装置冷却的吸收油与原料气直接接触，将天然气中的轻烃洗涤下来，然后在较低压力下将轻烃解吸出来，解吸后的贫油可循环使用，该法常用于大型天然气加工厂。
采用低温油吸收法C3收率可达到（85～90%），C2收率可达到（20～60%）。
油吸收法广泛应用于上世纪60年代中期，但由于其工艺流程复杂，投资和操作成本都较高，上世纪70年代后，己逐步被更合理的冷凝分离法所取代。
上世纪80年代以后，我国新建的轻烃回收装置己较少采用油吸收法。
3、冷凝分离法（1）外加冷源法天然气冷凝分离所需要的冷量由独立设置的冷冻系统提供。
系统所提供冷量的大小与被分离的原料气无直接关系，故又可称为直接冷凝法。
根据被分离气体的压力、组分及分离的要求，选择不同的冷冻介质。
制冷循环可以是单级也可以是多级串联。
常用的制冷介质有氨、氟里昂、丙烷或乙烷等。
在我国，丙烷制冷工艺应用于轻烃回收装置还不到10年时间，但山于其制冷系数较大，制冷温度为（-35～-30℃），丙烷制冷剂可由轻烃回收装置自行生产，无刺激性气味，因此近儿年来，该项技术迅速推广，我国新建的外冷工艺天然气轻烃回收装置基本都采用丙烷制冷工艺，一些原设计为氨制冷工艺的老装置也在改造成丙烷制冷工艺。
天然气轻烃回收工艺介绍
天然气轻烃回收工艺一．轻烃回收工艺从天然气中回收轻烃凝液经常采用的工艺包括油吸收法，吸附法，冷凝法。
国内外近20多年已建成的轻烃回收装置大多采用冷凝法。
冷凝法回收轻烃工艺就是利用天然气中各烃类组分冷凝温度的不同，在逐步降温过程中依次将沸点较高的烃类冷凝分离出来的方法。
该法的基点是在于：需要提供较低温位的冷量使原料气降温。
按制冷温度不同，又可分为浅冷分离和深冷分离工艺。
浅冷是以回收丙烷为主要目的，制冷温度一般在-15~-25℃左右，深冷则以回收乙烷为目的或要求丙烷收率大于90%。
制冷温度一般在-90~-100℃左右。
常用的制冷工艺主要有三种：①冷剂循环制冷工艺；②膨胀制冷工艺；③冷剂制冷与膨胀制冷的联合制冷工艺。
常用的原料气脱水工艺主要采用分子筛(3A或4A)脱水法和甘醇脱水法。
二．轻烃回收工艺选择1．选择依据含量及自身可利用的压力降大小等多方面因素来选择合适根据油气田中C2的制冷工艺。
根据原料气预冷温度要求的脱水深度及天然气组成等多方面因素来选择合适的天然气脱水工艺。
2．制冷工艺的选择① 冷剂制冷工艺冷剂制冷是利用某些物质（制冷工质）在低温下冷凝分离（如融化、汽化、升华）时的吸热效应产生的冷量。
在NGL(Natural Gas Liquids天然气凝液)回收中常用乙烷、丙烷、氨、氟里昂等由液体汽化吸热冷。
这就需要耗功，用压缩机将气体压缩升压，冷凝液化、蒸发吸热、产生冷量必须消耗热能。
冷剂制冷工艺流程比较复杂，投资较高，但稳定性比较好。
② 膨胀机制冷工艺膨胀机制冷是非常接近于等熵膨胀的过程，气体经过膨胀降压之后温度降低（可能有凝液产生）。
这部分气体与原料气换冷或通过别的途径放出冷量。
膨胀机制冷可以回收一部分功，一般匹配同轴压缩机。
膨胀机制冷工艺中的单级膨胀制冷理论上可达到深冷工艺要求的制冷温度，但对天然气轻烃回收量较大的装置，制冷量需求较大。
如采用单级膨胀制冷工艺，则天然气的压缩功会太大，能耗较高，并由于较高的原料气压力使操作稳定性降低。
天然气粗加工及轻烃回收简介
等熵膨胀单元
在T1，P1条件下入口气体 ， 条件下入口气体
输出轴 出口气体 有用功 在T2，P2下 ， 下
等熵膨胀数学模型
fiL(P,T,x1 , … , xn )-fiV(P ,T, y1 , … , yn )=0 Zi-xiL-yiV=0 ∑xi - ∑yi =0
L+V-1=0
Ni Si -(NL SL + NG SG) =0
常温分离器分类
立式油气分离器（杂质含量高、 立式油气分离器（杂质含量高、空间小 气液流量变化大、 、气液流量变化大、高GOR） ） 卧式分离器（油水分离好、 卧式分离器（油水分离好、分离起泡原 流量稳定、方便移动、 油、流量稳定、方便移动、高GOR） ） 球形分离器（在处理装置的下游， 球形分离器（在处理装置的下游，回收 昂贵的处理剂，小型方便） 昂贵的处理剂，小型方便）
化工原料在天然气中占的比例不大， 化工原料在天然气中占的比例不大，但在原料 气中，生产氨和甲醇产量分别1.1亿吨和 亿吨和2200 气中，生产氨和甲醇产量分别 亿吨和 万吨左右，占原料天然气中95%； 万吨左右，占原料天然气中 ； 天然气预处理过程所得硫磺占世界总产量的 1/3；以天然气作为原料的一次产品 亿吨 亿吨/a ；以天然气作为原料的一次产品1.4亿吨 合成氨占80%；作为 种基本有机化工原料 ，合成氨占 ；作为8种基本有机化工原料 之一的甲醇， 之一的甲醇，80%是以天然气作为原料进行生 是以天然气作为原料进行生 产的；有机物合成之母的乙炔、石化基石乙烯 产的；有机物合成之母的乙炔、 液化汽等均和天然气有直接相关。 、液化汽等均和天然气有直接相关。
E j,i ( x j,i , Tj ) = y j,i − Kj,i x j,i = 0
本科11-天然气处理
第十一章天然气处理及轻烃回收第十一章天然气处理及轻烃回收主要内容第一节天然气处理及轻烃回收的目标天然气处理：轻烃回收：天然气加工利用：第二节天然气净化技术第三节天然气轻烃回收工艺第一节天然气预处理及轻烃回收的目标1.1天然气地层渗流、垂直管流1.2天然气井场工艺：气液固分离、天然气计量、水合物防治2.1天然气净化：脱水、脱硫2.2轻烃回收和精馏：3.1天然气的管道输送3.2天然气的储存天然气开采(上游)天然气化工(下游)天然气工业4天然气加工利用：1.天然气开采2.天然气处理（预处理、初加工）3.天然气储运2.1天然气净化：指脱水、脱酸（CO2、H2S等酸性气体）工艺过程。
天然气中的水：可能在管线和设备中形成水合物、堵塞管线和阀门，影响操作的稳定性。
H2S会损坏管道，其燃烧会污染环境，损害人类健康。
另一方面，它又是一种化工原料。
2.2轻烃回收和精馏：将C2以上的轻质组分从天然气（气态）中液化、分离的工艺过程称为轻烃回收，其工艺称为轻烃回收工艺。
回收得到的烃类混合物通常称为天然气凝析液（NGL）。
将轻烃回收的天然气凝析液，经过分馏塔分馏，切割成不同密度和组成的产品的过程叫精馏。
液化石油气LPG：指C2、C3、C4为主的烃类混合物。
天然汽油凝析油：C5以上的烃类混合物。
制成商品天然气、乙烷、LPG、天然汽油、凝析油。
4、天然气加工利用：定义：～是天然气及初加工的产物，经过裂解、汽化、分离、抽提、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高的工艺过程。
8大基础原料：乙烯、丙稀、丁稀、乙炔、苯、甲苯、二甲苯、萘14种有机原料：甲醛、乙醇、乙醚、乙醛、醋酸、环氧乙烷、环氧氯丙烷、甘油、异丙醇、丙酮、丁醇、辛醇、苯酚、苯酐3大合成材料：塑料、合成橡胶、合成纤维其它化工产品：化肥、农药、合成药物、染料、溶剂、助剂第二节天然气净化技术一、天然气脱水天然气中水的存在是因扰生产的问题：(1)水可以与天然气生成固体水合物而堵塞管线，(2)会增加设备、管线的腐蚀性；(3)冷凝水和杂质水的局部聚集会降低管线的输气量；(4)水的存在也会增加不必要的动力消耗。
第十章 天然气预处理及轻烃回收讲解
CQUST
第二节 天然气净化技术
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。 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。
CQUST
第二节 天然气净化技术
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。 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。
天然气轻烃回收简述
天然气轻烃回收简述摘要：本文简述了天然气类型对轻烃回收的影响、天然气轻烃回收的目的和方法。
关键词：轻烃；轻烃回收；露点控制；冷凝分离天然气作为一种宝贵的资源在人民生活和工业中有着广泛的应用，天然气中除含有甲烷外，还含有一定量的乙烷、丙烷、丁烷、戊烷已经更重烃类。
为了满足商品气或者管输气对烃露点的质量要求，或为了获得宝贵的化工原料，需将天然气中除甲烷外的一些烃类予以分离与回收。
由天然气中回收的液烃混合物成为天然气凝液，习惯上称为轻烃。
从天然气中回收凝液的过程称之为天然气凝液回收或者天然气液回收，习惯上称为轻烃回收。
回收的天然气凝液或是直接作为商品，或是根据有关商品的质量要求进一步分离成乙烷、丙烷、丁烷（或丙丁烷混合物俗称液化气）及天然汽油等产品。
轻烃回收是天然气处理和加工中一个十分重要的而又常见的工艺过程，但并不是在任何情况下惊醒轻烃回收都是经济合理的。
它取决于天然气的类型和数量、轻烃回收的目的、方法及产品价格等，特别是取决于那些可以回收的烃类组分作为液体产品还是作为商品气时的经济效益对比。
1天然气类型对轻烃回收的影响天然气分为气藏气、伴生气和凝析气三种类型，类型不同，其组成也有很大差别，因此天然气类型决定了天然气中可以回收的烃类组成及数量。
气藏气主要由甲烷组成，乙烷及更重烃类含量很少，因此，只是将气体中乙烷及更重烃类回收作为产品高于其在商品气中的经济效益时，才考虑进行轻烃回收。
我国川渝、长庆和青海气区有的天然气属于乙烷及更重烃类含量很少的干天然气（即贫气），故应进行技术经济论证以确定是否需要回收凝液。
此外，塔里木、长庆气区有的天然气则属于含少量C5+重烃的湿天然气，为了使进入输气管道的气体烃露点符合要求，必须采用低温分离法将少量的C5+重烃脱除，其目的只要是控制天然气的烃露点。
伴生气中通常含有较多乙烷及更重烃类，为了获得液烃产品，同时也为了符合商品气或管输气的烃露点要求，必须进行轻烃回收。
凝析气中一般含有较多的戊烷以上烃类，当压力降低至相包络线以下时，就会出现反凝析现象。
第十一章 天然气预处理及轻烃回收
若装置能正常操作，三甘醇损失量一般不应大于16kg/106m3天 然 气 ，（ 通 常 可达8 kg/106m3天然气。
(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 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 随气体带入氯化钠水解产物。 因此，甘醇脱水装置的腐蚀主要是由于甘醇溶液 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
无
有废液问题
题
三甘醇脱水的基本过程是：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。图11-1、2为三甘醇脱水流 程图例。
图11–1三甘醇脱水装置图
图11–2三甘醇脱水装置实例流程 结构图
吸收塔内一般采用泡帽塔板，以保证三甘醇流量很低时仍保持板上有足够 的液封。进入塔的贫三甘醇溶液以18℃～50℃为宜，高于入口天然气温度，防 止轻烃凝析和随之的醇发泡。
2） 三甘醇脱水操作中存在的主要问题 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 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。一般原料气温不应高于50℃，进塔贫甘醇液温度不应高于55℃。 ②重沸器再生4℃。 ③吸收塔、再生塔顶大量雾沫夹带造成的携带损失。原因是：操作波动， 处理量突增，造成吸收超负荷，增加了甘醇携带损失。吸收塔操作温度过低， 溶液粘度过大，降低塔板效率，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。
天然气工程-11
混合室 C1、C2、H2O
换热
针形阀 旁通
H2O
闪蒸气 换热
分离器
甘醇泵
甘醇、凝析油 甘醇
凝析油去油罐
节流膨胀轻烃回收流程工艺计算基本单元
◆节流低温分离器 l节流膨胀致冷低温分离原理； l节流膨胀模拟计算方法； l节流膨胀最佳操作条件分析。
◆稳定塔 l稳定塔计算原理； l模拟计算方法。
(1)节流膨胀致冷低温分离原理-特点
CaCl2水溶液、氯化锂水溶液 在实际工业应用中，三甘醇最普遍
(5)溶剂吸收法基本流程
干气 贫甘醇
闪蒸气
蒸馏塔
水蒸气
闪蒸罐
甘醇吸收塔
原料气
富甘醇 游离液体
重沸器 缓冲罐
过滤器 泵
2、固体吸附法
(1)脱水原理 吸附剂的选择性吸附
(2)用作脱水的吸附剂应具有的性质 l多孔性的、具有较大吸附表面积； l对被吸附介质具有选择性； l机械强度高，化学稳定性好； l能够不断地重复再生使用，寿命长； l无腐蚀性、无毒、化学惰性，价格低廉。
)
S
αs>0 温度降低
(2)透平膨胀分离原理-微分等熵膨胀效应
由麦克斯韦关系式：
S
T Cp
V T
p
Cp
0,T
0,
V T
p
0
S 0
透平膨胀过程总是产生冷效应，温度总是降低
(3)透平膨胀分离原理-积分等熵膨胀效应
l实际等熵膨胀时，压降为一有限值；
l积分等熵膨胀效应
等熵膨胀时，有限压力变化所引起的温度变化。
冷凝分离法
l根据提供冷量的方式不同，可分为以下三种： 外加制冷循环方法 ：直接冷凝法。由独立的制冷循环产生 冷量提供。 直接膨胀制冷方法：气体绝热膨胀法。所需冷量是由原料 气或经过分离后的干气通过串入系统中各种型式膨胀制冷 元件提供，不单独设置冷冻循环系统。 混合制冷方法：前述两种方法的组合。冷量来自两部分： 一部分由直接膨胀制冷提供，不足部分由外加制冷源提供
采气工程天然气预处理及轻烃回收
02
天然气预处理
天然气预处理的必要性
提高天然气的品质
通过预处理，去除天然气中的水 分、酸性气体、重烃等杂质，提
高天然气的热值和燃烧效率。
保障管道运输安全
预处理可以降低天然气的水露点， 防止在管道运输过程中出现冰堵现 象，同时减少酸性气体和重烃对管 道的腐蚀。
VS
详细描述
目前，轻烃回收技术仍存在一些技术瓶颈 ，如难以实现高纯度分离、回收率不高等 问题。此外，一些关键设备也依赖进口， 自主研发能力不足。因此，加强技术研发 和创新，提高轻烃回收技术水平和设备国 产化率是解决技术问题的关键。
环境问题
总结词
环境问题是轻烃回收过程中不可忽视的挑战，涉及到排放控制、环保监管和可持 续发展等多个方面。
处理工艺
该项目采用冷凝分离法， 通过低温冷凝将天然气中 的轻烃分离出来。
效益分析
项目实施后，轻烃回收率 提高，增加了天然气的附 加值，同时也提高了油田 的整体效益。
某采气厂天然气预处理项目
概述
某采气厂天然气预处理项目是为了去除天然气中的杂质和水分， 确保天然气的质量和安全。
处理工艺
该项目采用脱水、脱硫和脱碳等工艺，确保天然气符合输送和燃烧 标准。
详细描述
轻烃回收过程中会产生一定的废气、废水和固废等污染物，对环境造成一定影响 。同时，环保监管日益严格，对污染物排放控制提出了更高要求。因此，加强环 保监管、推动可持续发展是解决环境问题的关键。
06
案例分析
某油田轻烃回收项目
概述
某油田轻烃回收项目是为 了从油田采出的天然气中 回收轻烃，提高天然气的 经济价值。
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3）积分节流效应
‹#›
2
1）节流概述及能量方程
截面1
截面2
节流膨 胀示意
特点：节流前后体系焓值相等。
➢ 由稳定流动方程
两截面焓差
H
u 2 2g
Z
Q
WF
动能 截面高差 吸热
对气体作功
3
2）微分节流效应
等焓节流时，微小压力变化所引起的温度变化称微分
节流效应。 微分节流效应系数： 利内用能麦随克压斯力韦的关变系化式：
±7%。
6 ‹#›
2）计量仪表
一级和二级计量我国主要采用孔板压差流量计。 计算方法（参见SYL04-83) 三级计量采用涡轮流量计（由于孔板流量计存在节流
效应而不适宜湿气）
7 ‹#›
原料气
2、地面简要流程
排污 排污及硫磺 回收液
外输天然气
LPG（C2,C3,C4） 天然气油 凝析油
残渣
8 ‹#›
当条件适合时天然气水合物会逐渐以结晶增长方式沉积在地层或管道 中，严重时会堵塞井筒、油咀、线、阀门和设备，从而影响天然气的 开采、集输加工过程的安全运行。
‹#›
15
（2）天然气脱水方法
固体吸附法 液体吸收法 冷却法
16 ‹#›
1）固体吸附法脱水
选用特定的高效固体吸附剂，选择固体吸附剂通常应满足下列要求： ① 有强的选择性吸附水分子能力； ② 能再生和多次重复使用； ③ 机械强度高，化学稳定性好； ④ 资源广泛，价格低廉。 常用的固体吸购剂主要有铝土矿、活性氧化铝、硅胶、各种分子筛。采用固体 吸附剂脱水已形成成熟工艺技术。
19 ‹#›
溶剂吸收法的适用范围
用于大型天然气液化装置中脱出大部分水分； 露点降仅为-22～-28℃。 露点降：在同一压力下，被水汽饱和的天然气露点温度与经过脱水装置后同一气
流的露点温度之差。
‹#› 20
溶剂吸收法基本流程
干气
贫甘醇
闪蒸气
蒸馏塔
水蒸气
原料气
富甘醇 游离液体
重沸器 缓冲罐
过滤器 泵
分离方式
➢ 主要采用的是离心式分离方法 ➢ 使用切线入口或内管造成入口气体的螺旋转动形成离心力 ➢ 现在主要采用内管式 ➢ 目前在第一级的脱杂质分离阶段主要采用立式分离器，主要是
解决高速流动时，卧式分离的长度问题
‹#›
12
4、天然气净化
外输天然气
原料气
天然气油 凝析油
排污 排污及硫磺 回收液
残渣
第十一章 天然气预处理及轻烃回收
学习要求 了解天然气地面工程概况 掌握天然气计量分级及基本误差要求 掌握节流的基本概念及基础理论 掌握天然气水合物的基本性质 理解解天然气脱水、脱酸基本方法 掌握天然气轻烃回收基本原理和方法
‹#›
1
1 节流的基本概念
（1）、井场工艺中的基本概念
1）节流Байду номын сангаас述及能量方程
在现场上常根据不同的要求进行安装
原料气
排污 排污
回收液
外输天然气
天然气油 凝析油 残渣
9 ‹#›
原料气 排污 排污及硫磺 回收液
‹#›
外输天然气 天然气油 凝析油
残渣
10
原料气 排污 排污及硫磺 回收液
‹#›
外输天然气 天然气油 凝析油
残渣
11
3、脱杂质和排污
现场用的两种分离器
➢ 立式分离器 ➢ 卧式分离器
对于不同的天然气体系，在T相同T2有限T1压降pp下12，H温d降p会有差
异。
5 ‹#›
（2）、天然气计量
1）计量分级 一级计量：气田外输干气与天然气销售公司的交接计
量，综合误差要求±3%； 二级计量：气田内部干气的生产计量，综合误差要求
±5%； 三级计量：气田内部湿气的生产计量，综合误差要求
➢ 即：
Ta Te T
➢
T 一般为－8～10℃
已知某天然气站TEG脱水装置进料压力为
3.0MPa、温度为35℃，由于该天然气处理后
直接收入一大型工厂，根据合同要求进厂干
气的露点要达到-3℃。请问在进行实际操作
时，需要的进塔贫TEG溶液的最低浓度是多
少？
若温度偏差取－10℃
Te＝ Ta－10＝－13
αH<0 温度降低
H
(
T p
)H
移动功随压力的变化
H
1 Cp
E [( p )T
(
( pV p
)
)T
]
无能量供给第一项小于零，第二项由于是压力降低也
小于零。
4
‹#›
3）积分节流效应
实际节流时，压降为一有限值
有限压力变化所引起的温度变化为积分节流效应。
在实际工作中，由于节流前后为有限压降，故温降也为一 有限值。
➢ 塔顶吸收温度和压力条件下可能达到的最低含水汽量；
进塔贫三甘醇的浓度为达到最低干气露点所必须得浓度 实践证明：当吸收塔的操作压力小于16.454MPa时，吸收塔顶出
口干气的露点温度基本上与操作压力无关
➢ 在实际工作中，操作压力远低于该值。
23 ‹#›
出塔干气的真实水露点温度Ta一般比出塔干 气的平衡水露点温度Te高：
13 ‹#›
（1）脱水的原因
防止在低温设备中发生冻堵 降低设备腐蚀 降低输送过程中的水露点 气质标准要求
14 ‹#›
1）防止在低温设备中发生冻堵
主要原因是天然气中的小分子组分（如甲烷、乙烷，以至于丙丁烷等） 与水在一定的温度和压力条件下形成水合物；
天然气水合物（Gas hydrates） 是在石油和天然气开采、加工和运输 过程中在一定温度和压力下天然气中的某些烃组分与液态水形成的冰 雪状物质；
17 ‹#›
固体吸附法脱水基本流程
各种固体干燥剂的吸附和再生过程基本上是一样的，设备和工艺 流程也相同；
天然气工业中主要采用固定床吸附塔，一般采用2～4个吸附塔， 切换使用；
分脱水、再生和冷却3个过程 典型的双塔流程（p365） 属于深度脱水
18 ‹#›
2） 液体吸收法
天然气脱水常用的液体吸收剂有乙二醇、二甘醇、三甘醇和四甘醇等。如 果要求脱水后气体露点降到-20到-40℃时，选用三甘醇脱水为好，四川气 田几十年的生产实践证明，使用乙二醇和二甘醇时损失较大，而三甘醇以 其较大的露点降低，技术上的可靠性和经济上的合理性而在天然气脱水中 得到普遍使用，如四川卧龙河气田引进的脱硫装置中就带有配套的三甘醇 脱水装置。
21 ‹#›
三甘醇脱水装置工艺计算内容
（360~363页）
确定进塔贫甘醇浓度 确定吸收剂贫甘醇用量 确定吸收塔塔板数 确定吸收塔型号和塔径
‹#›
22
确定进塔贫甘醇浓度
干气的平衡露点
➢ 当吸收塔顶的气体与进塔的贫三甘醇充分接触并达到平衡时，离塔干气的 可能达到的最低露点；
塔顶饱和含水汽量