《天然气加工工程》复习资料docWord格式文档下载.docx

1、经过脱硫处理的天然气。 净化天然气：经过脱硫和脱水处理的天然气。参比条件简写备注温度压力oc101.325kPa, m3 （0C）我国城镇燃气设计规范采用20 Cm3 （CHN）我国大部分采用15.63m （15.6外国采用天然气相关物性参数：1、 平均相对分子质量：标准状态下lmol天然气的质量2、 相对密度：标准状况下天然气的密度与干燥空气的密度之比3、 热值：单位体积或单位质量天然气完全燃烧所产生的热量1 总热值：在理想燃烧反应中，若生成的水全部以液态形式存在，且所有产物冷却到15度 时的热值。2 净热值：在理想燃烧反应中，若生成的水全部以气态形式存在，且所有产物冷却到15度 时的热值。

2、3 干基热值：燃烧所用天然气在标准状况下不含水蒸气。4 湿基热值：燃烧所用天然气在标准状况下完全被水饱和。天然气处理：将通过集气系统集中后的天然气经过一系列处理，脱除其中的杂质使其达到一 定的气质指标的过程天然气加工：轻桂回收、天然气液化和提氨大部分时物理过程，硫黄回收属化学过程。商品天然气的主要气质指标：最小热值、硫含量、坯露点、水露点、1 最小热值：控制不可燃气体的含量2 硫含量：以硫化氢含量或总硫含量表示3 烧露点：在一定压力下天然气屮析出笫一滴液坯吋的温度。为防止天然气在管输过程屮有 液桂析出，桂需点应低于当地坏境最低温度。4 水露点：在一定压力下，天然气与液态水平衡时的温度（在地层温

3、度和压力条件下，水在 天然气中通常以饱和水蒸气形式存在）。为防止天然气在管输或加工过程中有水析出，水露 点应低于环境最低温度5-6Co天然气临界凝析压力匕与临界凝析温度7；的概念及与临界温度Tc与临界压力Pc的区别。Ttn：气液能够平衡共存的最高温度。化：气液能够平衡共存的最高压力。两组分体系在高于Tc时仍可能存在饱和液体，直至臨点线上最高温度点M为止，同样， 在高于临界压力Pc时仍可能存在饱和蒸汽直至露点线上最高压力点N为止。天然气的反凝析现象：反凝析现象：由JH线和LK线说明在等温下降低压力时会使蒸汽冷凝，在等压下A炖M饨13蒸气IK膨呜魅处代49升高温度是可析出液体；定义：多组分体系在等

4、温降压或等压升温过程中出现的液体凝析现象就称为反凝析现象。 JIt! 2-4 丙组分体系相图天然气中水的危害：1 降低了天然气的热值和管道的输送能力；2 温度降低或者压力上升时，天然气中的水会以液相析出，造成压降，加速酸性组分腐 蚀；3 液态水在冰点时结冰，在低温高压下形成水合物。绝对湿度（绝对含水量）：单位体积天然气中含有的水汽的量饱和湿度（饱和含水塑）：一定温度和压力下，天然气中饱和水蒸气量。相对湿度：天然气绝对湿度和饱和湿度之比。水露点温度：天然气在一定压力下水蒸气开始冷凝结露的温度。露点降：评价脱水效率的参数天然气含水量的估算：非酸性天然气：（或酸性组分体积分数小于5%）使用天然气含水

5、量算图（MckettaWehe算图）（d=0.6,与纯水接触）图见P60W = 相对密度校正系数）xCs（含盐量校正系数）其他4种方法见书P59-621 坎贝尔辅助算图：图见P63lV=ycWc +歹砂“砂+儿。？2 Wichcn辅助算图：见P64y2s y h2s y co2 xo.75根据y比s在Wichert辅助算图查得R,则W = WcxR3 直接查算法图见P64天然气水合物（可燃冰）是一种天然气和水的类冰状固态结合物，是气体分子和水分子 非化学计量的包藏配合物。在外观上是白色的结晶物，类似于疏松的冰或致密的雪。相对密度为0.96-0.98,可浮在水面上和沉于液坯中。M nH2O512

6、在适宜的条件（T、P）下，水分子首先用氢键方式自身连结为“笼状”结构的晶格，气 体分子包笼在晶格的空腔内，起到稳定品格的作用。没有绘分子存在，这种笼状结构的品格 就不能形成。（热力学不稳定）。图1-9天然气水合物的三种单晶结构6/max 0.69nm的分子，不能形成I型和II型水合物，例戊烷nax 0.59nm的分子，能形成I型和II型水合物，例甲烷059v d哑069nm的分子，只能形成II型水合物，例丙烷下面是一些分子形成水合物的类型组分 N2 C02 H2S CH4 C2H6 C2H4水合物形成的主要条件1 有游离水存在（或天然气处于水蒸汽过饱和状态）。2 有足够高的压力和足够低的温度。

7、（形成天然气水合物有一个临界温度，也就是水合物存在的最高温度，若超过这个温度，再 高的压力也不能形成水合物）3 在条件满足的情况下，高的气体流速、任何形式的搅动、或有晶种存在都会促进产生 水合物。所以，水合物容易产生的地方有：阀门处（压力突变）、弯头部位（流向改变）等预测方法：相对密度法、相平衡常数法、热力学模型法。其中相对密度法、平衡常数法仅适用于无硫天然气的预测，而热力学模型法还可用于含硫天然气的预测，1 相对密度法：M （天然气的平均相对分子质量）28.966（空气的相对分子质量）已知温度或压力查图P69可查最低压力或最高温度其余三种方法见书P69-77天然气水合物的防止措施：1 向气流

8、中加入抑制剂Q常用2 提高天然气的流动速度3 降低压力至给定温度下水合物的生成压力以下4 脱除天然气中的水分热力学抑制剂：改变水溶液或水合物相的化学位，从而使水合物的形成条件移向较低的温度 或较高的压力范围。1 甲醇：可用于任何操作温度，能较多地降低水合物形成温度，其沸点低，蒸汽压高，水溶 液凝固点低，粘度小，通常用于制冷过程或气候寒冷地场所。具有中等程度毒性。（难回收）2 乙二醇：使用温度应高于-10Co沸点高，蒸发损失小，可回收。有凝析油存在时温度过 低会造成分离困难，溶解和夹带损失增大。 /f fT抑制剂质量分数与天然气水合物生成温度降地关系： K + MKT甲醇：M=32.042 K=

9、1297 乙二醇：62.07 K=2222动力学抑制剂：通过显著降低水合物的成核速率，延缓乃至阻止临界晶核的生成、干扰水合 物晶体的优先生长方向及影响水合物晶体的泄向稳泄性等方式来抑制水合物的生成。天然气中含有酸性组分的危害：1 在开采、处理和储运过程中会造成设备和管道腐蚀，2 用作燃料时会污染环境，危害人体健康；3 用作化工原料时会引起催化剂中毒，影响产品收率和质量。4 CO?含量过高会降低天然气的热值。标准：H/S含量应低于20加g/龙，CQ的体积分数不超过3%,用作化工燃料时要求 硫含量小于/ m3因此，当天然气屮酸性组分含量超过商品气质量指标或管输要求时，必须采用合适的方 法将其脱除至

10、允许值以内。脱除的这些酸性组分混合物称为酸气（acid gas）,其主要成分是 h2s. co2,并含有少量坯类。从酸性天然气中脱除酸性组分的工艺过程统称为脱硫脱碳或 脱酸气。主要脱h2s和有机硫化物为天然气脱硫，主要脱除co2为天然气脱碳。酸性组分脱除方法：1、化学吸收法：以可逆化学反应为基础，采用碱性溶液和天然气中的酸性组分反应生成某 种化合物而脱硫脱碳，吸收了酸性组分的碱性溶液在再生（升高温度，降低压力）时使生成的 化合物分解而放出酸气。最常用的是醇胺法P和碱性盐溶液法（改良热钾碱法、氨基酸盐法、 用于脱除CQ ）。醇胺法：醇胺类化合物的分子结构中至少包含有一个瓮基和一个氨基。轻基能够降

11、低化合物 的蒸汽压，并增加其在水中的溶解度；氨基在水溶液中提供了所需的碱度，以促进对酸性组 分的吸收。各种醇胺与之间的反应属瞬间反应，其反应速率明显高于气相H2S的扩散速率，吸收 过程属于气膜控制过程。伯胺、仲胺既能进行直接与CO?生成氨基甲酸盐的中速反应，又 能进行与CO?和水生成碳酸氢盐的慢反应，而叔胺仅能进行生成碳酸氢盐的慢反应，醇胺 吸收CO?的过程属于液膜控制过程。叔胺与h2s、co2在反应速率上的巨大差异是产生选 择性吸收H/S的动力学基础。常用醇胺溶剂的性能比较。（一） 一乙醇胺MEA可用于低压和净化气质量指标要求严格的场合。MEA可从气体中同吋脱除/S和CO?,因而没有选择件。

12、且MEA和CO?会发生副 反应而导致部分溶剂丧失脱硫能力。MEA也可脱除COS、CS但反应是不可逆的，会导 致溶液损失和在溶液中出现降解产物的积累。MEA的酸气负荷通常为（）.3,溶液质量分数一 般限定在15%,不超过20%。由于MEA蒸汽压在醇胺类屮最高，故蒸发损失量大，但可 采用水洗的方法降低损失。（二） 二乙醇胺DEA不能像MEA那样在低压下使气体处理后达到管输要求，而且也没有选择性。（三） 二甘醇胺（DGA）DGA是伯胺，不仅可脱除气体和液体小的H2S和C02,而且可脱除COS和RSH,故 广泛用于天然气和炼厂气脱硫脱碳。DGA可在压力低于0.86MPa下将气体中的H2S脫除至 5.7

13、mg/m3。此外，与MEA、DEA相比，DGA对烯桂、重桂和芳香桂的吸收能力更强。与MEA相比，DGA的特点为：1 溶液质量浓度可高达50%70%,循环量相应降低而获得节能效果；2 硫化氢净化度高，溶液冷却使用空冷，适合于沙漠及干旱地区；3 凝固点低，适用于寒冷地区。由于降解反应速率大，需要采用复活釜。（四） 二异丙醇胺（D1PA）DIPA是仲胺，对H2S具有一定的选择性，能脱除部分有机硫。DIPA可用于从液化石油气中脱除H2S和COSo（五） 甲基二乙醇胺（MDEA）MDEA是叔胺，在CO2存在条件下可选择性脱除H2S以符合净化气的质量指标或管 输要求。但是，如果净化气中的CO2含量超过要求

14、则需进一步处理。选择性脱除H2S的优点是：1 由于脱除的酸气量减少而使溶液循环量降低和再生系统的热负荷降低；2 脱除的酸气中H2S浓度较高，有利于硫磺回收。3 发泡倾向和腐蚀性均低于MEA和DEA；还有三点，见P90此外，MDEA与CO2的反应是反应热较小的酸碱反应，故再生时需要的热量较少，因 而用于大虽脱除CO2是很理想的。这也是一些适用于大量脱除CO2的配方溶液（包括活化 MDEA溶液）的主剂是MDEA的原因所在。（六） 配方醇胺溶液配方溶液是一种新的醇胺溶液系列，通常以MDEA为主剂，加入少量的一种或多种助 剂来增加或抑制MDEA吸收CO2的动力学性能，可明显降低洛液循环暈和装置能耗。配

15、方 溶液通常具有比MDEA更好的优越性。有的配方溶液可以选择性地脱除H2S低至4xlO” （体积分数），而只脱除小部分CO2；或从气体中深度脱除CO2以符合深冷分离工艺的需要； 或在选择性脱除H2S低至4X10（体积分数）的同时，将高含CO2气体中的CO2脱除至 2%。（七） 空间位阻胺在氮原子上带有一个或多个具有空间位阻结构的非链状取代基团的醇胺类化合物。空间位阻胺具有较高的沸点、良好的水溶性，且具有与H2S反应的良好活性。埃克森（Exxon）公司在20世纪80年代开发的Flexsorb溶剂是一种空间位阻胺。出口分离器吸收塔酸性原料气 卄i塔顶冷凝器贫富液换热器占酸气溶液冷却器醇胺严升压泵

16、溶警闪蒸气 -in） c 闪蒸 匚二_过滤器汽提塔热源azz） 净化气进口分离器图2-2醇胺法典型工艺流程：（与书上P91有些微不同，可手动改）由吸收、闪蒸、换热和再生四部分构成。含酸性组分的天然气经入口分离器除去液固杂质后进入吸收塔底部，由下而上与醇胺溶 液逆流接触，脱除其中的酸性组分。达到净化要求的净化气离开吸收塔顶部，经出口分离器 除去携带的醇胺液滴后出装置。吸收了酸气的醇胺溶液由吸收塔底部流出后降至一定压力进入闪蒸罐，使富液中溶解和 夹带的桂类闪蒸出来，闪蒸气可用作装置的燃料气。闪蒸后的富液经过滤器进入贫富液换热 器，与已完成再生的贫液换热而被加热，然后进入在低压下操作的再生塔顶部。在

17、再生塔中，富液首先在塔顶闪蒸出部分酸性组分，然后自上而下流动，与在重沸器中 加热汽化的气体（主要为水蒸气）接触，将溶液中其余的酸性组分进一步气提出来。离开重 沸器的热贫液经贫富液换热器回收能量后，再经溶液冷却器进一步冷却到适当温度，然后由 溶液循环泵送至吸收塔顶部，完成溶液循环。离开再生塔顶部的酸性组分和水蒸气进入冷凝器，以冷凝已大部分水蒸气，冷凝液作为 回流返回再生塔顶部，以回收被酸性气流带出的醇胺蒸汽。酸气送至硫黄回收装置或其他气 体处理设施进一步处理。MDEA溶液用于选择性脱H2S时，宜使用较低的吸收温度;如果用于脱硫同时也脱碳， 则应适当提高原料气进吸收塔的温度。操作问题：1 N设备腐

18、蚀：腐蚀原因：酸性气体；溶剂的降解产物；氧与溶液接触生成有机酸；悬浮固体硫化 铁的侵蚀；溶液的高速流动。影响因素：醇胺的类型；溶液的酸气负荷；溶液中的污染物温度压力；溶液流速。 措施：控制溶液流速；在闪蒸罐出II位置设置过滤器；重沸器屮溶液温度和水蒸气温 度应尽可能低，避免使用高温载热体；再生塔和重沸器的压力尽可能低；为了防止氧气 进入系统，使所以暴露在大气中的溶液界面上有一层惰性气体覆盖，并使泵的入口处维持适 当正压。使用腐蚀抑制剂2、 溶液发泡由溶液屮的杂质（凝结的轻坯、悬浮固体硫化铁、醇胺的降解产物等）引起，导致装置处理 能力下降、醇胺溶液再生不合格、净化气中H2S含量超标。吸收塔最容易

19、发泡。措施：设置原料气入口分离器；保持贫液温度比进口气高5-10V,防止轻怪凝结； 设置过滤器除去固体颗粒；加入泡沫抑制剂；有效的闪蒸以脱除少虽坯类。3、 溶剂损失由溶液蒸发、醇胺溶液降解、夹带、醇胺溶液在坯液屮的溶解以及机械损失引起其中，醇胺溶液降解损失最大。4、 溶液中非酸性气体的夹带安装设计止确的降液导管，而且出口管设计应该能防止涡流的形成，以避免液体飞溅并自由 落下，可减少非酸性气体的机械夹带。在吸收塔溶液出口与再生塔溶液入口I可，装设一个或几个闪蒸罐，一般为卧式闪蒸罐。在闪 蒸罐顶装一小吸收塔，用少量贫液与释放出的气体接触可将酸性气体冋收。主要设备：1、 原料气分离器：分离原料天然气

20、夹带的固体或液坯，如砂子、井下作业用的化学试剂等。2、 吸收塔：含酸性组分的天然气由下而上与醇胺溶液逆流接触以脱除酸性组分；再生塔： 富液自上而下与水蒸气接触将英屮的酸气汽提出来。3、 闪蒸罐：降低酸气中桂类含量；降低再生塔的蒸汽负荷；冋收闪蒸气作为燃料使 用，有利于节能。采用砚胺法或进料气重坯含量较高时，必须设置闪蒸罐。4、 贫富液换热器：管壳式换热器；吸收需低温，解吸需高温；富液走管程分流循坏流程：（用于天然气中酸性气体分压较高的情况）由再生塔中部抽出部分半贫液（已在塔内汽提出绝大部分酸性组分但尚未在重沸器中进一步 汽提的溶液）经冷却后进入吸收塔的屮部某个位置，而经过重沸器汽提后的贫液仍送

21、至吸收 塔顶部以完成溶液循环。优点：可显著降低能耗；吸收塔上部直径比下部显著减小；热交换器面积减小多级降压闪蒸与汽提再生流程（BASF）：脱碳工艺流程，分为两段吸收、两级闪蒸、汽提再生三部分。溶剂为活化MDEAo活化MDEA溶液分为两股在不同位置进入吸收塔，半贫液在中部入塔，贫液进入塔的 顶部。自低压闪蒸罐底部流出的是未完全汽提的半贫液，一部分送至酸性组分浓度较高的吸 收塔中部，另一部分经换热升温后进入再生塔顶部完成汽提再生成为贫液，从再生塔底部离 开，然后进入吸收塔顶部与酸性组分浓度很低的气流接触，以保持净化气的净化度。特点：再生过程能耗低，装置处理能力大，适用于原料气屮H2S含量很低而CO

22、2分压极高 的情况。枫胺法（Sulfinol法）：砚胺溶液由物理溶剂、化学溶剂和水组成，物理溶剂是环丁砚，化学溶剂常用DIPA和MDEA 环丁砚：醇胺：水=40： 45： 151 环丁飒含量高，脱除有机硫效果好；2 酸气负荷高要求醇胺含量高；3 含水量低，再生困难；含水量高，容易发泡。环丁砚二异丙醇胺体系称为Sulfinol-D （砚胺II型） 环丁砚冲基二乙醇胺体系称为Sulfinol-M （飒胺III型） 选择性高1 酸气负荷高（环丁飒是H2S的良好吸收剂，在英他条件相同时，H2S在环丁飙屮的溶解 度比在水中的溶解度大的多，所以矶胺溶液比醇胺溶液有较高的酸气负荷）2 消耗指标低；净化度高；

23、有机硫脱除能力强；溶剂损失量小；对设备的腐蚀较轻 缺点：1 溶液吸收重矩的能力强2 环丁砚泄露至管线或设备上会溶解油漆和密封材料，故常用管子螺纹进行密封3 价格较贵，且变质产物复活困难4 凝固点较高，寒冷地区使用易凝固固体氧化铁法：间歇法：处理H2S总量不大的天然气。干法脱硫工艺，利用活性氧化铁能够与H2S、RSH 等反应的特性来脱除天然气屮的H2So典型：海绵铁法、Sulfa Treat法 特点：投资低、设备简单、操作方便。用于边远分散单井脱硫。使用条件：常温、碱性海绵铁由Fe2O3的水化物浸渍木屑或木刨花制成，具有很高的硫容，木屑或木刨花可以增加FQOs水化物的接触面积，并能控制气体分布或

24、气体压降。脱硫机可再生。缺点：脱硫机装卸麻烦；废弃的海绵铁有自燃性，且含有大量木屑；天然气中有油或 缓蚀剂时，海绵铁使用寿命会缩短。直接转化法：含有氧载体的溶液将天然气屮的H2S氧化为元素硫，被还原的氧化剂经空气 再生后恢复氧化能力。适用于含硫量相对较小的天然气以及其他工业气体、尾气或废气的处理净化度高；脱硫的同时直接生成元素硫，不需采用克劳斯硫冋收装置和尾气处理 装置，无二次污染硫容低，溶液循环量大，消耗大；（而醇胺法蒸汽消耗大）有副产物和降解产物 生成；硫黄质量较差，可能造成堵塞、腐蚀。P136 Lo-Cat法和帆法脱硫脱碳方法的选择：P142溶剂降解的含义是：胺液的活性降低和胺的分解。降

25、解的主要原因是：1 氧化：当胺液暴露于空气或氧气中时，将会缓慢氧化。通常认为这些氧化产物会引起腐 蚀，所以胺液储罐及缓冲罐均需用惰性气体封闭。2 MEA与COS反应生成不溶性盐，常通过活化釜将其除掉；DEA与COS反应也生成不 溶性盐，但在碱存在下可加热反向再生；3 胺液与CO2反应能生成比乙醇胺碱性更强的乙二胺衍生物，但其硫化物和碳酸盐难再生, 使溶剂失去部分脱硫能力；MDEA是叔胺，不与CO2反应生成降解产物，也不与COS、CS2 等有机硫反应，因而不存在化学降解问题。天然气脱水是指从天然气中脱除饱和水蒸气或从天然气凝液（NGL）中脱除溶解水的过程。 脱水的目的是：1 防止在处理和储运过程

26、屮岀现水合物和液态水；2 符合天然气产品的水含量（或水露点）质量指标；3 防止腐蚀。天然气脱水方法有溶剂吸收法、固体吸附法、低温法、膜分离法、化学反应法等。评价标准：露点降溶剂吸收法：利用吸收原理，采用一种亲水的溶剂与天然气充分接触，使水传递到溶剂屮从 而达到脱水的目的。采用甘醇类物质作为吸收剂，在廿醇的分子结构中含有疑基和醍键，能 与水形成氢键，对水有极强的亲和力，具有较高的脱水深度。二甘醇由于受再生温度的限制，贫液质量分数一般为95%左右，露点降较低三甘醇再生容易，贫液质量分数可达98%99%,具有更大的露点降，运行成本较低。三甘醇脱水的工艺流程：无硫天然气的廿醇脱水工艺：用于处理井口无硫

27、天然气或来自醇胺法脱硫装置的净化气 TEG脱水装置主要由吸收系统和再生系统两部分构成，工艺过程的核心设备是吸收塔。 原料天然气从吸收塔的底部进入，与从顶部进入的三甘醇贫液在塔内逆流接触，脱水后的天 然气从吸收塔顶部离开，三甘醇富液从塔底排出，经过再生塔顶部冷凝器的盘管升温后进入 闪蒸罐，尽可能闪蒸出其屮溶解的坯类气体，离开闪蒸罐的液相经过滤器后流入贫富液换 热器、缓冲罐，进一步升温后进入再生塔。在再生塔内通过加热使三廿醇富液中的水分在低 压高温下脱除，再生后的三甘醇贫液经贫富液换热器冷却后，经甘醇泵送入吸收塔顶部循环 使用。TEG法不适合处理高含H2S的天然气。 克拉2气田的天然气脫水装置流程图：1、 入口分离器：用于分离原料天然气中绘类所夹带的固体或液滴等杂质。使气相中的水分转入甘醇溶液中，塔顶设置捕雾器。在较低压力下除去甘醇富液中的怪类气体，以减少再生塔的负荷。4、 过滤器：过滤溶液以除去腐蚀产物及其他杂质，减小溶液发泡的可能性。5、 循环泵：使甘醇贫液增压后进入吸收塔。6、 贫富液换热器：控制进闪蒸罐和过滤器的富液温度，并冋收贫液的热量，使富液升温至 148C左右进入再生塔，以减轻重沸器的热负荷。7、 再生塔：蒸出甘醇富液屮的水分而使之再生。由精帼柱、重沸器和带有换热盘管的缓冲 罐构成。缓冲罐应设置气封以防止廿醇与空气接触