天然气脱水流程与原理ppt课件.ppt

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1、天然气脱水,重庆科技学院石油与天然气工程学院 制作,天然气脱水,脱水的目的：降低输送负荷减小设备及管道腐蚀防止水合物的生成防止液泛达到商品气质要求,第一节概 述,第一节 概 述,一、直接冷却法：原理：通过降低天然气的温度，利用水与轻烃凝结为液体的温差，使水得以冷凝，从而达到脱水的目的。缺点：需要制冷设施对天然气进行制冷。,天然气脱硫、脱水器,第一节 概 述,二、溶剂吸收脱水法原理：天然气与某种吸水能力强的化学溶剂相接触，利用化学溶剂对水的吸收能力，吸收天然气中的水分，同时不与水发生化学反应，最终达到脱水的目的。优点：吸收剂能通过一定的方法进行再生，使其能重复使用。三、固体吸附脱水法原理：天然气

2、与亲水性强的多孔物质相接触，利用多孔物质宏大的比表面积吸附天然气中的水分，达到脱水的目的。优点：吸附剂能再生，可重复使用。特点：适用于深度脱水。,第二节直接冷却法脱水,根据防止形成水合物的方法分为：常温分离流程低温分离流程,常温分离流程,低温分离流程,一、常温集输工艺流程,第二节直接冷却法脱水,常温分离流程适用于：硫化氢含量低、凝析油不多的天然气。,一、常温集输工艺流程,常温分离集输工艺流程图（一）,第二节直接冷却法脱水,一、常温集输工艺流程,常温分离集输工艺流程图（二）,第二节直接冷却法脱水,低温分离的集气流程适用范围：天然气压力高、产量大；天然气中含有较高硫化氢、二氧化碳和凝析油和汽液水；

3、为了增加液烃回收量，降低天然气露点。,二、低温集输工艺流程,第二节直接冷却法脱水,二、低温集输工艺流程,低温集输工艺流程图（一）,第二节直接冷却法脱水,二、低温集输工艺流程,低温集输工艺流程图（二）,第三节 吸收法脱水,一、吸收剂,吸收容量：对水有高的吸附能力；选择性：具有较高的选择性吸附能力；饱和蒸汽压：越小越好，可减小循环量，节约热、电、吸收塔直径等；沸点：应在443K473K范围内；粘度：影响热量传递和输送的重要因素，粘度小将节约热能和电能；热化学稳定性：热化学性质稳定性，便于再生，要求一般使用618年。其他：密度小；有足够的强度；价格便宜。,对吸收剂的要求：,第三节 吸收法脱水,常用吸

4、收剂：甘醇类化合物：二甘醇、三甘醇等氯化钙水溶液,第三节 吸收法脱水,常用脱水吸收剂比较,第三节 吸收法脱水,结构： CH2CH2OH CH2OCH2CH2OH O CH2CH2OH CH2OCH2CH2OH 二甘醇三甘醇,二、甘醇脱水基本原理及物化性质,第三节 吸收法脱水,常用甘醇脱水剂的物理性质,第三节 吸收法脱水,三甘醇质量的最佳值,富甘醇由于有酸性气体溶解，其pH值较低。由于过滤器效果不同，贫、富甘醇中烃类、铁粒子及固体悬浮物含量会有区别。烃含量为质量分数。贫、富甘醇的水含量（质量分数）相差在2%6%,湿天然气自吸收塔底部进入，自下而上与从顶部进入的三甘醇贫液相接触后，干气从顶部流出；

5、贫三甘醇自塔顶进入，与吸收塔内湿天然气充分接触后成为富液。富液从塔底部流出，经过滤器、换热器与贫三甘醇换热后进入再生塔，富液再生后成为贫液经与富液换冷后加压循环注入吸收塔中。,第三节 吸收法脱水,三、甘醇脱水工艺流程,甘醇脱水工艺流程示意图,第三节 吸收法脱水,甘醇脱水原理流程,第三节 吸收法脱水,三甘醇脱水及再生系统图,第三节 吸收法脱水,常压再生：通过加热的方式再生，再生后三甘醇浓度可达98.5%。减压再生：通过降低装置压力的方法实现三甘醇的再生，再生后三甘醇浓度可达98.2%。气体汽提：这是一种辅助的再生方法，通过往三甘醇装置注入N2、CO2、闪蒸气等气体，降低水蒸汽气相分压，再生后三甘

6、醇浓度可达99.995%，此工艺具有成本低，操作方便等优点。共沸再生：这是一种辅助的方法，将共沸剂注入到三甘醇再生装置中，与水生成低沸点的共沸物，而挥发出装置，从而实现三甘醇再生的目的，再生后三甘醇浓度可达99.99%。对共沸剂要求：不溶于水和三甘醇；与水形成低沸点共沸物，无毒，蒸发损失小（异辛烷）等特点。,三、三甘醇再生方式及流程,第三节 吸收法脱水,汽提气工艺流程示意图,第三节 吸收法脱水,解吸溶剂(DRIZO)工艺流程图,第三节 吸收法脱水,四、吸收塔设备及结构介绍,分类板式塔：塔内装有一定数量的塔盘，气体以鼓泡或喷射的形式穿过塔盘上的液层使两相密切接触，进行传质。填料塔：塔内装填一定层

7、段数和一定高度的填料层，液体沿填料表面呈膜状向下流动，作为连续相的气体自下而上流动，与液体逆流传质。,天然气脱水吸收法脱水,陶瓷散堆填料,填料塔结构,第三节 吸收法脱水,拉西环,三丫环,阶梯环,鲍尔环,各型陶瓷填料结构,异鞍环,第三节 吸收法脱水,金属鲍尔环填料,菊花短环填,压延孔环,金属填料结构,第三节 吸收法脱水,逐级接触式塔板分类：泡罩塔板浮阀塔板筛孔塔板,第三节 吸收法脱水,泡罩塔板的单个泡罩,泡罩塔板结构,第三节 吸收法脱水,泡罩结构,泡罩工作原理,第三节 吸收法脱水,浮阀塔,矩形浮阀,中心式浮阀塔盘,圆形浮阀,折流式浮阀塔板,第三节 吸收法脱水,浮阀塔的塔板间距,不推荐采用,第三节

8、 吸收法脱水,折流式筛塔板结构,液体入口,气体入口,气体出口,液体出口,降液管道,堰板,第三节 吸收法脱水,板式塔与填料塔的比较：操作范围：板式塔操作范围大于填料塔；清洗：板式塔较填料易于清洗；设计：板式塔较填料塔易于设计；造价：填料塔的造价低于板式塔；填料塔可用于起泡物系；易腐蚀物系；热敏性物系压降：填料塔压降低于板式塔。,天然气脱水吸收法脱水,吸收塔流程,干气,富液去重沸器,贫液,天然气与贫液热交换器,贫液,天然气,来自入口洗涤器的湿气,捕雾器,第三节 吸收法脱水,五、三甘醇法脱水工艺参数的选取,如入口温度高：1.天然气含水量高；2.天然气的体积增加导致吸收塔塔径的增大；3.超过48将导致

9、三甘醇损失增大；4.高于天然气水合物形成的温度；5.高于10 （10 以下甘醇会变稠）；6.高于15-21 （若低于此温度，醇会与液烃形成稳定的乳化液）。,入口温度：,结论：入口气体温度在2738 之间。,第三节 吸收法脱水,塔内压力含水量随压力的增加而减少。气体流速随压力的增加而降低，可减小吸收塔塔径。壁厚随压力的增加而增大。,结论：压力选择为3.458.27MPa。,第三节 吸收法脱水,吸收塔塔板数在甘醇循环率和贫甘醇浓度恒定的条件下，塔板数增加，露点降增大。吸收相同水分，塔板数的增加，甘醇循环率可相应减少，节约热能和电能。,结论：吸收塔塔板数一般定为68块。,第三节 吸收法脱水,贫甘醇温

10、度较低的甘醇温度有利于吸收水分。甘醇温度过低可导致烃类冷凝并使甘醇发泡。甘醇温度过高会导致甘醇损失。,结论：甘醇温度较出口气体温度高38。,第三节 吸收法脱水,甘醇浓度浓度增加，气体露点降增加。增加贫甘醇浓度比增加循环率更有效。 甘醇循环率在塔板数和贫甘醇浓度确定之后，气体露点降为甘醇循环率的函数。结论：吸收1kg的水需25-60L三甘醇溶液。,天然气脱水吸收法脱水,天然气脱水吸收法脱水,第三节 吸收法脱水,甘醇重沸器温度重沸器内温度越高，贫甘醇浓度越大。结论：重沸器内温度限制在204 ，可达到甘醇浓度98.7%。 重沸器内压力压力高于大气压时，明显降低贫甘醇的浓度及脱水效率。压力低于大气压，

11、贫醇浓度增加；但一般不采用真空再生。,第三节 吸收法脱水,汽提塔温度较高温度会增加甘醇的损失（一般选为107.2）。较低温度将导致过多的水冷凝，增加再沸器的热负荷。,第三节 吸收法脱水,三甘醇脱水装置操作温度推荐值,第三节 吸收法脱水,天然气脱水吸收法脱水,气提气用量与再生甘醇浓度的关系,甘醇脱水装置再生塔的工艺参数的确定,第三节 吸收法脱水,常压、无汽提气再生 减压、无汽提气再生 常压、有汽提气再生 减压、有汽提气再生,六、图解法确定再生塔的操作条件：,天然气脱水吸收法脱水,第三节 吸收法脱水,七、降低TEG损失量的措施,TEG正常消耗量：8-16kg/百万方导致甘醇大量消耗的原因：溶液污染

12、引起发泡重沸器温度过高原料气与TEG入塔温度过高,第三节 吸收法脱水,降低TEG损失量的措施,选择合理的操作参数（温度）改善分离效果（地层水、表面活性物质、重烃、岩屑、金属腐蚀产物引发发泡）保持溶液清洁（过滤和减压蒸馏）安装除沫网加注消泡剂,第三节 吸收法脱水,八、含硫天然气脱水,H2S在溶液中的溶解 (降低PH值,导致TEG变质)：以不含天然气或惰性气体进行汽提。装置防腐：腐蚀严重的设备或部位采用防腐蚀材料。采用工艺性防腐措施：加强分离过滤、降低操作温度或流体流速等。使用中性剂或缓蚀剂，保持PH值7.3-8.5。,天然气脱水吸收法脱水,H2S在TEG溶液中的溶解度,第三节 吸收法脱水,含硫天

13、然气TEG法脱水的原理流程,第四节 吸附法脱水,一、概述：适用于深度脱水且吸水容量有限。吸附过程：流体与多孔固体粒子相接触，流体中某些组分的分子被固体内孔径表面吸着的过程。二、分类：物理吸附：流体分子与固体粒子之间的吸附为分子间吸引力，此过程为可逆过程。化学吸附：流体分子与固体粒子之间的吸附为化学反应，此过程为不可逆过程。,三、吸附过程,分子筛吸附塔,瓷球,第四节 吸附法脱水,第四节 吸附法脱水,分子吸附,液(气)相主体,微孔道,被吸附分子,液膜(气膜),吸附剂,第四节 吸附法脱水,时间,te,tb,转效曲线,CB,CE,CO,入口浓度,吸收塔入口浓度,饱和吸附段,吸附传质段,末段吸附,hs,

14、hz,hb,hc,B,u,CD,第四节 吸附法脱水,转效曲线：流体通过某固定床吸附塔时可被吸附物质在流体中浓度随时间变化的曲线。转效点：当该物质的吸附传质段到达吸附床底部时，流出床层的气体中该组分的浓度迅速上升，这点称为该作用于此组分在此条件下的转效点。,第四节 吸附法脱水,饱和,H2O,C6+,C5,C4,O,吸附床深饱和度,床层长度,第四节 吸附法脱水,吸附剂湿容量：每100克吸附剂从气体中脱除的水汽的克数。平衡湿容量：当吸附剂与一定量温度的气体达到吸附平衡时，每100克吸附剂所吸附水气的克数。动态湿容量：吸附剂的吸附量随使用时间的增长后的吸附水的克数。,第四节 吸附法脱水,0,1,2,3

15、,4,5,6,28,使用时间，年,0,4,8,12,16,20,24,6,7,8,5,4,3,1,2,有效湿容量公斤水100公斤干燥剂,第四节 吸附法脱水,四、工业吸附剂应有的性质有宏大的比表面积；有很强的选择性；传热速度快；能简便和经济地再生；较高的机械强度；无毒无害。,第四节 吸附法脱水,五、常用的吸附剂,1.硅胶主要成分：二氧化硅优点：湿度较大时，湿溶量较高缺点：不能与液态水接触,第四节 吸附法脱水,2.分子筛：由人工合成具有多种孔径的物质优点：具有很好的选择吸附性具有高效吸附特性（深度及高温）不易被液态水所破坏缺点：价格较高,第四节 吸附法脱水,分子筛在电子显微镜下的结构,天然气脱水吸

16、附法脱水,0,20,40,60,80,100,0,5,10,15,20,25,30,35,40,45,吸附水，（干基）,活性铝土矿(Florite,21o27oC),活性氧化铝 F-1(30oC),活性氧化铝 H-151,硅胶(25oC),相对湿度，,分子筛.林德5A),第四节 吸附法脱水,0,323,温度，K,373,423,473,吸附量，,5,10,15,20,25,30,13X分子筛,5A分子筛,硅胶,硅胶,活性氧化铝,第四节 吸附法脱水,六、吸附法脱水工艺流程吸附脱水：由上而下；接近转效点时进行再生。再生：由下而上；有助于吸附塔底部的干燥；有助于脱除吸附塔内进口端吸附的物质而不流过整

17、个床层。,吸附法脱水工艺流程,第四节 吸附法脱水,第四节 吸附法脱水,七、吸附法脱水工艺参数1.吸附操作操作温度：一般不大于38 ，否则应采用分子筛。操作压力：影响不大，防止波动。吸附剂寿命：一般为1-3年。2.再生操作操作周期：长周期（24小时）和短周期（8小时）,第四节 吸附法脱水,再生过程温度变化曲线,0,1,2,3,4,5,6,7,8,0,100,200,TA,A,B,T1,T2,TB,T3,2,TC,T4,C,TD,T5,1,3,温度C,周期的时间、小时,D,周期开始,周期结束,第四节 吸附法脱水,八、吸附器再生过程1.阶段A吸附的烃类全部脱附。热负荷为吸附剂、烃（升温为TA-T1）

18、、水、壳体及其它内容物升温所需热量和烃类脱附吸收的热量之和。,第四节 吸附法脱水,2.阶段B水在TB脱附。热负荷为吸附剂、水（升温为TB-T2）、壳体及其它内容物升温和水在TB脱附时所需的热量之和。3.阶段C重烃脱附。热负荷为吸附剂、壳体及内容物升温所需的热量。,第四节 吸附法脱水,4.阶段D用原料气对吸附剂、壳体及其它内容物进行冷却。总能量平衡式阶段A、B、C所得到的热量等于再生气放出的热量；阶段A、B、C、D所用时间的总和应小于等于总周期。,第五节 膜法脱水,一、原理: 利用特殊设计和制备的高分子气体分离膜对天然气中酸性组份的优先选择渗透性，当天然气流经膜表面时，其酸性组分（如H2O、CO

19、2、H2S）优先透过分离膜而被脱除。,过滤脱水装置,第五节 膜法脱水,二、工艺流程,第五节 膜法脱水,原料天然气组成的体积分数，,三、生产实例天然气处理量：1.2105 m3/d压力：4.65.0MPa温度：633组成：,第五节 膜法脱水,气体处理量对膜法脱水的影响,1000,1500,2000,2500,20,40,60,80,100,120,96,97,98,99,95,100,气体处理量对膜法脱水的影响,原料气量m3.h-1,产品中水的体积分数10-4,甲烷回收率%,第五节 膜法脱水,渗透侧压力对膜法脱水的影响,渗透侧压力对膜法脱水的影响,渗透侧压力kPa,20,40,60,80,100

20、,100,50,150,90,92,94,96,98,100,产品中水的体积分数10-4,甲烷回收率%,0,200,400,600,800,100,200,300,400,500,600,700,水的体积分数10-4,运行时间h,天然气膜法脱水稳定性实验结果,原料气,产品,天然气脱水膜法脱水,第五节 膜法脱水,物料平衡数据,一组试验条件和物料平衡数据,习题,1. 在天然气甘醇脱水工艺中随着贫甘醇循环量的增加，天然气露点就会随之明显下降。（ ）2. 当多组分气体混合物通过吸附床层时，将会出现一个吸附传质段。（ ）3. 分子筛是一种人工合成的物质。（ ）4. 对于腐蚀性物系，可采用耐腐的瓷质填料，

21、因而宜选用填料塔。 （ ） 5. 压力越大，温度越小，天然气的饱和含水量越大。（ ）6. 使气流温度保持在天然气的水露点以上，可防止水合物形成。（ ）7. 闪蒸分离的效果优于精馏分离的效果。 （ ）,习题,1. 天然气脱水工艺中，三甘醇脱水装置的入口温度一般应在（3）之间。 (1)1015.6 (2)15.621.1 (3)26.643.32. （3）方法可用于天然气深度脱水。 (1) 压缩法 (2) 吸收法 (3) 吸附法3. 不能表示天然气含水汽量的参数是 (4)。 (1)绝对湿度 (2)相对湿度 (3)水露点 (4)临界温度4. 使气体流动温度保持在天然气的(1)以上，可以防止水合物的生

22、成。 (1)露点 (2)临界温度 (3)转化温度5. 油水分离中使用最广泛的方法是：（1）（1） 重力沉降 （2）化学破乳 （3）电化学联合破乳脱水法,习题,6. 加热沉降法分离油水法中有一点不是正确的说法(3) (1)降低原油粘度 (2)削弱油水界面的薄膜强度 (3)降低油水相对密度差7. 以下哪一种方法不是形成原油乳化液的条件。(2) (1) 存在油和水 (2)高于一定温度 (3)有乳化剂 (4)剧烈的搅拌8. 在DC电场中主要以（1）为主。 (1) 电泳聚结 (2)偶极聚结 (3)振荡聚结 9. 在实际生产中，油气分离是（3） (1)一次分离 (2)连续分离 (3)多级分离10. 负压稳定塔的塔板使用：（3） (1)浮阀 (2)泡罩 (3)筛孔11. 负压闪蒸分离的好坏取决于 (3) (1)蒸发面积 (2)闪蒸时间 (3)蒸发面积和闪蒸时间,The End !,