第三章 天然气脱水

Chapter3天然气脱水(Dehydration)SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU12013/3/18天然气脱水方法溶剂吸收法脱水固体吸附法脱水低温分离法脱水天然气脱水新技术3.1天然气脱水方法SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU22013/3/18Themajorreasonsfordehydrating.天然气与液态水生成固体水合物，造成堵塞阀门、设备甚至整条管线。造成腐蚀，特别是在CO2和H2S存在的情况下。水会在管线中冷凝，从而造成段塞流。对于长输管线，会降低管线的输气能力。会降低天然气的热值。外输天然气质量 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 对含水量有要求。保证天然气在深冷的条件下装置能正常运行。3.1天然气脱水方法SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU32013/3/18天然气脱水深度要求：满足用户的要求；管输天然气水露点在起点输送压力下，宜比管外环境最低温度低5～10℃；对天然气凝液回收装置，水露点应低于最低制冷温度5～10℃。3.1天然气脱水方法SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU42013/3/183.2溶剂吸收法脱水SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU52013/3/18溶剂吸收法是天然气工业中最早应用的脱水方法之一，也是目前应用最常用的方法。脱水溶剂类型TEG脱水工艺 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 TEG脱水工艺参数TEG装置中的工艺问题3.2.1溶剂类型SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU62013/3/18天然气脱水常用的溶剂是甘醇类物质。如二甘醇(DEG)、三甘醇(TEG)和四甘醇(TREG)甘醇的特性分子中存在羟基和醚团，能与水中的H形成氢键。应用情况：TEG溶液使用最广。优点：热稳定性好、易于再生、吸湿性高、蒸气压低、露点降大、浓溶液不会固化等。3.2.2三甘醇脱水工艺流程SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU72013/3/18基本原理：气体吸收、解吸原理。工艺流程3.2.2三甘醇脱水工艺流程SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU82013/3/18主要设备1、入口分离器入口分离器保证甘醇型天然气脱水装置正常运转的关键设备。作用：防止液态烃、液态水、机械杂质等进入脱水装置。思考：这些杂质对三甘醇脱水的影响有哪些？①机械杂质（盐或固体）沉积在重沸器内壁上，使热 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面结垢而烧坏炉管；②液态水会降低甘醇的浓度，造成出口天然气露点达不到要求；③烃液或压缩机润滑油会使甘醇增大发泡的趋势，而降低吸收塔的处理能力，增加吸收塔和再生系统中甘醇的损失。3.2.2三甘醇脱水工艺流程SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU92013/3/182、吸收塔类型：填料塔或板式塔（多采用泡罩塔），塔顶设置除雾器。思考1：除雾器的功能是什么？思考2：塔底部分离段的作用是什么？3.2.2三甘醇脱水工艺流程SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU102013/3/183、闪蒸罐作用：闪蒸出溶解在富三甘醇溶液中的烃类。思考：为什么要闪蒸富三甘醇溶液中的烃类？工艺参数：压力：350～530kPa温度：38～65℃停留时间：原料气较贫时为5～10min；原料气较富时为20～30min；3.2.2三甘醇脱水工艺流程SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU112013/3/184、三甘醇过滤器作用：除去TEG溶液中的固体粒子和溶解性杂质。溶液中固体含量应低于0.01％(w)设置位置：闪蒸罐的后面。（思考：为什么设在闪蒸罐后面？）类型：固体过滤器、活性炭过滤器。固体过滤器除去TEG溶液中5μm以上固体杂质；活性炭过滤器则脱除TEG溶液中的重烃、酸碱性物质（即降解产物）及5μm以下的固体物质。方式：固体过滤器与活性炭过滤器的串联使用。3.2.2三甘醇脱水工艺流程SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU122013/3/185、贫/富液投热器作用：控制进闪蒸罐和过滤器的富液温度，并回收贫液的热量。一般让富液升温至148℃左右进再生塔，以减轻重沸器热负荷。类型：管壳式换热器；或在贫液缓冲罐中设置换热盘管。6、再生装置作用：提浓富TEG溶液，去除富TEG溶液中的水分。构成：重沸器、精馏柱（填充1.2～2.4m填料，或采用塔板）。3.2.2三甘醇脱水工艺流程SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU132013/3/18三甘醇再生方法再生方法：常压再生、减压再生、汽提再生和共沸再生法等。汽提再生　　　　　　　　　　　　共沸再生法3.2.2三甘醇脱水工艺流程SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU142013/3/18三甘醇脱水再生工艺对比：三甘醇再生工艺是影响脱水效率的关键因素，决定整个脱水系统的效果。3.2.3三甘醇脱水工艺参数SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU152013/3/18操作压力吸收塔的操作压力宜大于或等于2.5MPa，但不宜超过10.0MPa。操作压力不仅影响入口气体含水量、塔内气体流速、塔体壁厚，而且影响操作费用、设备投资。通常认为3.45～8.27MPa的脱水压力是最经济的。3.2.3三甘醇脱水工艺参数SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU162013/3/18入口气体温度进吸收塔的天然气温度宜维持在15℃～48℃。若气体入塔温度↗，天然气含水量↗，为达到指定露点，TEG循环量↗，或需↗TEG的浓度，再生热负荷↗。若入塔温度↙，TEG粘度就↗，导致溶液发泡，塔板效率↙，雾沫夹带↗，损失量↗。3.2.3三甘醇脱水工艺参数SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU172013/3/18贫甘醇进塔温度进吸收塔的贫甘醇温度比出塔干气温度高6℃～16℃。若贫甘醇入塔温度低于干气出塔温度，可能导致烃类在塔内冷凝，使甘醇溶液发泡。若贫甘醇入塔温度太高，会使甘醇损失到干气中，贫甘醇进塔温度宜低于60℃。3.2.3三甘醇脱水工艺参数SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU182013/3/18贫甘醇的浓度贫甘醇的浓度↗，露点降↗；贫甘醇浓度一般在98%～99%。3.2.3三甘醇脱水工艺参数SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU192013/3/18吸收塔的塔板数三甘醇脱水的塔板效率通常取25％，即1个理论上的平衡塔板相当于4个实际塔板。因三甘醇溶液易发泡，板间距应最好是600mm～750mm。塔板数越多，露点降越大，多数塔板都定为6～8块。3.2.3三甘醇脱水工艺参数SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU202013/3/18重沸器温度重沸器的温度可控制水在贫甘醇中的浓度。温度越高，贫甘醇浓度越大，但不能超过204℃，否则甘醇的分解速率明显加大。重沸器温度多限制在188～199℃，甘醇浓度可保持在98.2%～98.5%。若需较高甘醇浓度时，可采用汽提再生、减压再生或共沸再生。3.2.3三甘醇脱水工艺参数SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU212013/3/18重沸器压力若重沸器压力高于大气压，会明显降低贫甘醇浓度。若低于大气压，则可得到较高的贫甘醇浓度。因会增加装置的复杂性，故一般是在常压下操作。3.2.3三甘醇脱水工艺参数SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU222013/3/18甘醇循环率三甘醇循环量控制着总的被清除的水量。每吸收1kg水所需甘醇的循环量为25L～60L。对露点降，增加三甘醇质量分数比增加循环量更有效。3.2.3三甘醇脱水工艺参数SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU232013/3/18汽提气若汽提气直接进入重沸器，贫甘醇浓度可达99.6%；若采用贫液汽提柱，汽提气从汽提柱下方通入，不仅可减少汽提气量，且贫甘醇浓度可达99.9%。3.2.3三甘醇脱水工艺参数SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU242013/3/18汽提塔温度若汽提塔蒸馏柱顶温度过高，甘醇会因过度蒸发，损失↗。柱顶温度一般控制在99℃。若温度太低，会有更多的水冷凝，↗重沸器的热负荷，同时会在柱内产生液泛，一般不低于93℃。若采用汽提法再生，柱顶温度可降至88℃。3.2.4三甘醇脱水的工艺问题SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU252013/3/18三甘醇脱水在操作中存在的问题：腐蚀发泡甘醇损失3.2.4三甘醇脱水的工艺问题SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU262013/3/181、腐蚀原因溶解的H2S或CO2等有机酸：TEG热降解及氧化降解的产物盐污染：盐类沉积会加速设备腐蚀措施防止氧气串入系统：甘醇储罐采用干气或N2密封防止高温及重沸器中存在“热点”调节pH值：7.0～8.5，例如注入TEA除去进入系统的自由水3.2.4三甘醇脱水的工艺问题SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU272013/3/182、发泡原因机械方面：高气速或操作波动。化学方面：TEG被盐类、缓蚀剂、液烃或其他固体杂质污染。措施选择合理的操作气速。原料气预分离：除去液固杂质。注入消泡剂：硅酮类或磷酸三辛酯。控制贫甘醇进塔温度：高于干气出塔温度。3.2.4三甘醇脱水的工艺问题SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU282013/3/183、三甘醇损失原因蒸发损失夹带损失：干气、闪蒸气、汽提气夹带；液烃夹带降解损失泄漏措施控制操作温度设置除雾器防止泄漏3.3固体吸附法脱水SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU292013/3/18吸附剂类型与吸附性能吸附法脱水工艺流程3.3固体吸附法脱水SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU302013/3/18什么是固体吸附？流体与多孔固体表面接触时，流体分子与固体表面之间因相互作用而停留在固体表面上的现象。吸附质（adsorbate）：被吸附的气体或液体。吸附剂（adsorbent）吸附气体或液体的固体；若吸附质是水蒸气或水时，吸附剂又称为干燥剂。湿容量（Wetcapacity）单位质量吸附剂吸附水分能力的大小，kg吸附质/100kg吸附剂。3.3固体吸附法脱水SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU312013/3/18固体吸附有哪些类型？物理吸附（PhysicalAdsorption）作用力：依靠吸附质分子与吸附剂表面之间的范德华力。特点：无化学反应吸附速率快；吸附与脱附为可逆过程；不改变气体原来性质。化学吸附（ChemicalAdsorption）作用力：类似化学反应，吸附质分子与固体表面之间有化学键形成。特点：热效应明显；吸附速率较慢；过程往往不可逆；脱附出来的气体性质可能发生变化。3.3.1吸附剂类型与吸附性能SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU322013/3/18一、工业吸附过程对吸附剂的要求具有多孔特性，即比表面积（单位体积或单位质量吸附剂所具有的表面积）大。高度选择性：对天然气中的不同组分应具有较强的选择性吸附作用。高传质速率：在瞬间即可达到平衡。有高的吸附活性：以单位体积（或单位质量）吸附剂所能吸附的物质量的多少来衡量。有一定的机械强度和物理特性：颗粒大小均匀、强度高（避免磨损、压碎，或流体短路、返混）。有良好的化学惰性、热稳定性以及价廉易得等。3.3.1吸附剂类型与吸附性能SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU332013/3/18二、气体脱水常用吸附剂硅胶（SilicaGel）化学式：mSiO2·nH2O平均孔径：2～4nm比表面积：约500～700m2/g制备：由硅酸钠溶液用酸处理、沉淀后得到的硅酸凝胶，经约360℃温度下加热，再老化、水洗（去盐）、干燥而得。类型：细孔硅胶、粗孔硅胶、蓝胶干燥剂等。吸水效果：可达自身质量的50%。3.3.1吸附剂类型与吸附性能SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU342013/3/18活性氧化铝（ActivatedAluminiumOxide）化学式：Al2O3·nH2O平均孔径(细孔)：约7.2nm比表面积：＞350m2/g制备方法：含水氧化铝加热活化制成。活性铝土矿（ActivatedBauxite）制备：将铝钒土矿在加热制情况下驱水而制得的坚硬红棕色固体颗粒。组成：Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2等。3.3.1吸附剂类型与吸附性能SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU352013/3/18分子筛（MolecularSieve）化学式：Me2/n·Al2O3·xSiO2·mH2O平均孔径：约0.48nm比表面积：800～1000m2/g特点：吸附选择性强高效湿容量为极性吸附剂：对极性分子有很大的亲和力。热稳定性和化学稳定性高：使用寿命长。天然气吸水过程中，以上吸附剂可单独使用，也可同时使用。3.3.1吸附剂类型与吸附性能SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU362013/3/18分子筛的表面离子晶格具有极性，对不饱和分子、极性分子等具有较强的吸附作用。H2O＞NH3＞CH3OH＞CH3SH＞H2S＞COS＞CO2＞N2＞CH4脱水深度当分子筛用于天然气脱水时，其脱水深度优于氧化铝和硅胶。3.3.1吸附剂类型与吸附性能SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU372013/3/18湿容量分子筛特别适用于气体深度脱水。较高温度时，分子筛仍具有较大的吸附湿容量。3.3.2吸附法脱水工艺流程SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU382013/3/18一、吸附脱水工艺流程双塔流程：一塔脱水操作，另一塔再生和冷却，然后切换操作。3.3.2吸附法脱水工艺流程SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU392013/3/18三塔流程：两个塔处于脱水阶段，一塔处于再生阶段。3.3.2吸附法脱水工艺流程SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU402013/3/18二、吸附脱水主要设备1、入口气体分离器作用：除去原料天然气中的液态水、油以及机械杂质。2、吸附器作用：填充固体吸附剂，脱除气体中的水分。结构：如右图。1-入口喷嘴/装料；　　　　　2、9-挡板；3、8-取样口及温度计插孔；　4-分子筛；5、13-陶瓷或石块；6-滤网；7-支承梁；10-支撑栅；11-排料口；12-浮动滤网3.3.2吸附法脱水工艺流程SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU412013/3/183、过滤器作用：除去干气中的吸附剂粉尘。4、再生气加热器作用：提供热再生气使塔内吸附剂再生。5、再生气冷却器作用：将热再生气中的水冷凝。6、再生气分离器作用：清除再生气中冷凝水。3.3.2吸附法脱水工艺流程SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU422013/3/18三、吸附法脱水工艺参数操作温度为使吸附剂保持高湿容量，操作温度不宜超过50℃；也不能低于其水合物形成温度。操作压力压力对吸附剂湿容量影响甚微，由上下游工艺决定。再生温度分子筛要求再生温度为200～300℃；硅胶为150～230℃。再生温度↗，可获得更好的脱水深度，但吸附剂的寿命↙。3.3.2吸附法脱水工艺流程SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU432013/3/18再生气露点↗，则为达到一定再生要求的再生温度也↗，使吸附剂的寿命↙。因此，一般多以干气作再生气。3.3.2吸附法脱水工艺流程SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU442013/3/18冷却温度以干气进行冷却，通常为40～55℃。以湿气来冷却，当床层温度达到101℃时，冷却周期应终止。吸附周期和再生时间(1)吸附周期取决于吸附剂装填量和湿容量。一般为8～24h，多为8h或12h。(2)再生时间再生周期与吸附周期相同。再生加热时间约为再生周期的50%～55%，冷却时间约为40%，其余时间为备用和切换。3.3.2吸附法脱水工艺流程SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU452013/3/18再生气和冷却气流量再生气流量约为原料气的5%～15%；冷却气流量一般与再生气流量相同。吸附剂使用寿命。取决于原料气性质和操作情况，一般为2～3年。3.4低温分离法脱水SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU462013/3/18低温分离原理及降温方法低温脱水工艺流程3.4.1低温分离方法及原理SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU472013/3/18基本原理借助于天然气与水气凝结为液体的温度差异。在一定压力下，↘天然气的温度，使其中的水气和重烃冷凝为液体。利用液烃与水的密度差和相互不溶解的特点进行重力分离，使水脱除。3.4.1低温分离原理及降温方法SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU482013/3/18降温方法①直接冷却压力不变，↘天然气的温度→含水量↙（水气会冷凝）。特点：水露点降低有限。②加压冷却温度不变，↗天然气的压力→含水量↙（水气会冷凝）。特点：难以达到天然气水露点要求。③膨胀制冷冷却法利用高压气体膨胀（获得冷量）产生低温，使部分水汽和重烃冷凝。特点：可实现对烃水露点同时控制。3.4.2低温脱水工艺流程SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU492013/3/18高压天然气经J-T阀（焦耳-汤姆逊效应）使天然气温度降低，经分离后脱除部分水和液烃。为防止天然气降温生成水合物，须在J-T阀前加入水合物抑制剂。3.4.2低温脱水工艺流程SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU502013/3/18水合物抑制剂（乙二醇）再生工艺流程：重点内容SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU512013/3/18TEG脱水工艺：1、绘制甘醇脱水装置流程图，说明各设备的作用？2、TEG法脱水系统中，过滤器为什么设置在闪蒸罐之后？3、TEG法脱水系统中，TEG主要有哪些损失？应采取什么措施减少TEG损失？4、再生后贫液浓度与哪些因素有关？6、甘醇再沸温度通常限定在多少？为什么？7、TEG法脱水过程中，常用甘醇循环率是多少？8、影响出口干气含水量的因素有哪些？重点内容SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SWPU522013/3/18固体吸附脱水工艺：1、天然气吸附法脱水常用的吸附剂有那些？2、试画出吸附脱水的双塔流程，标明阀门开关状态。3、在吸附脱水的双塔流程中，过滤器的作用是什么？4、吸附水的分子筛怎样再生？低温分离脱水工艺：1、低温分离脱水工艺流程？2、在低温分离脱水工艺中，注抑制剂的作用是什么？3、低温分离脱水工艺的特点？