采气工程第十一章天然气预处理及轻烃回收
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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 节流的基本概念
（1）、井场工艺中的基本概念
1）节流概述及能量方程 2）微分节流效应 3）积分节流效应
‹#›
（2）天然气脱水方法
固体吸附法 液体吸收法 冷却法
‹#›
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。
原料气
排污 排污
回收液
外输天然气
天然气油 凝析油 残渣
‹#›
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
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
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
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
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；
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。
±7%。
‹#›
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）
‹#›
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
‹#›
在现场上常根据不同的要求进行安装
缓冲罐
过滤器 泵
‹#›
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
‹#›
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
➢ 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。
‹#›
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：
‹#›
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
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：
解决高速流动时，卧式分离的长度问题
‹#›
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
‹#›
பைடு நூலகம்
（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
‹#›
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；
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dp降会有差
异。
‹#›
（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
‹#›
吸收剂贫甘醇溶剂用量的确定
贫三甘醇溶液的浓度、用量及吸收塔理论接触段数与露点降是密切关 联的参数。
➢ 即：
Ta Te T
➢
一般为T－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
‹#›
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。
‹#›
溶剂吸收法基本流程
干气
贫甘醇
No
Image
No
Image
闪蒸气
蒸馏塔
水蒸气
重沸器
原料气
富甘醇 游离液体
‹#›
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
‹#›
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。
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。
‹#›
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。
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 节流的基本概念
（1）、井场工艺中的基本概念
1）节流概述及能量方程 2）微分节流效应 3）积分节流效应
‹#›
（2）天然气脱水方法
固体吸附法 液体吸收法 冷却法
‹#›
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。
原料气
排污 排污
回收液
外输天然气
天然气油 凝析油 残渣
‹#›
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
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
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
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
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；
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。
±7%。
‹#›
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）
‹#›
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
‹#›
在现场上常根据不同的要求进行安装
缓冲罐
过滤器 泵
‹#›
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
‹#›
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
➢ 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。
‹#›
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：
‹#›
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
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：
解决高速流动时，卧式分离的长度问题
‹#›
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
‹#›
பைடு நூலகம்
（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
‹#›
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；
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dp降会有差
异。
‹#›
（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
‹#›
吸收剂贫甘醇溶剂用量的确定
贫三甘醇溶液的浓度、用量及吸收塔理论接触段数与露点降是密切关 联的参数。
➢ 即：
Ta Te T
➢
一般为T－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
‹#›
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。
‹#›
溶剂吸收法基本流程
干气
贫甘醇
No
Image
No
Image
闪蒸气
蒸馏塔
水蒸气
重沸器
原料气
富甘醇 游离液体
‹#›
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
‹#›
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。
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。
‹#›
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。