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天然气处理.pdf

天然气处理

小曹
2014-02-17 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《天然气处理pdf》,可适用于工程科技领域

第八章天然气处理及轻烃回收第八章第八章天然气处理及轻烃回收天然气处理及轻烃回收主要内容第一节概述第二节天然气净化技术天然气脱水第三节天然气轻烃回收工艺第一节概述-天然气预处理及轻烃回收的目标天然气地层渗流、垂直管流天然气地层渗流、垂直管流天然气井场工艺:天然气井场工艺:气液固分离、天然气计量、水合物防治气液固分离、天然气计量、水合物防治天然气净化:脱水、脱硫天然气净化:脱水、脱硫轻烃回收和精馏:轻烃回收和精馏:天然气的管道输送天然气的管道输送天然气的储存天然气的储存天然气天然气开采开采((上游上游))天然气天然气化工化工((下游下游))天天然然气气工工业业天然气加工利用:天然气加工利用:天然气开采天然气开采天然气处理天然气处理(预处理、初加工)(预处理、初加工)天然气储运天然气储运井流物天然气脱水节流调压轻轻烃烃回回收收分分馏馏塔塔天然汽油天然汽油液化石油气液化石油气LPGLPG::凝析油:凝析油:天然气脱酸气天然气预处理轻烃回收工艺气液分离水合物防治天然气计量井场工艺计量站集气站天然气处理厂天然气净化:天然气净化:指脱水、脱酸(指脱水、脱酸(COCO、、HHSS等酸性气体)工艺过程。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。作的稳定性。HS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。轻烃回收和精馏:轻烃回收和精馏:将将CC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。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(回收得到的烃类混合物通常称为天然气凝析液(NGLNGL)。)。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。的过程叫精馏。液化石油气液化石油气LPGLPG:指:指CC、、CC、、CC为主的烃类混合物。为主的烃类混合物。天然汽油天然汽油凝析油:凝析油:CC以上的烃类混合物。以上的烃类混合物。制成商品天然气、乙烷、制成商品天然气、乙烷、LPGLPG、、天然汽油、凝析油。天然汽油、凝析油。大基础原料:乙烯、丙稀、丁稀、乙炔、苯、甲苯、二甲苯、萘种有机原料:甲醛、乙醇、乙醚、乙醛、醋酸、环氧乙烷、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、环氧氯丙烷、甘油、异丙醇、丙酮、丁醇、辛醇、苯酚、苯酐辛醇、苯酚、苯酐大合成材料: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、天然气加工利用:、天然气加工利用:定义:~是定义:~是天然气及初加工的产物经过裂解、汽化、分离、抽提、聚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。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。第二节天然气净化技术天然气外输前脱水一、天然气脱水一、天然气脱水天然气中水的存在是因扰生产的问题:()水可以与天然气生成固体水合物而堵塞管线()会增加设备、管线的腐蚀性()冷凝水和杂质水的局部聚集会降低管线的输气量()水的存在也会增加不必要的动力消耗。因此天然气必须进行脱水处理使之达到规定的含水气量指标。天然气的饱和含水蒸气量取决于天然气的温度、压力和气体组成等条件。、绝对含水汽量是指单位体积天然气中含有的水汽重量单位为毫克/标米(mgm)。美国mgm、天然气露点温度则是指在一定的压力下天然气中水蒸气开始冷凝结露的温度。PT露点:()大气压下大气中出现露珠的温度(()某一压力下湿天然气出现)某一压力下湿天然气出现液滴的温度液滴的温度AB天然气外输前脱水二、天然气气质指标GBTGBT规定规定‘天然气气质指标’=第二章天然气的高压物理性质三、天然气脱水的方法、液体吸收法溶剂吸收法项目甲醇乙二醇二甘醇三甘醇四甘醇分子式CHOHCHCH(OH)O(CHCHOH)(CHO)CH(OH)(CHO)CH(OH)羟基:OH乙醇:CHCHOH或CHOH水合物节流前脱水:集输站项目甲醇乙二醇二甘醇三甘醇四甘醇分子式CHOHCHCH(OH)O(CHCHOH)(CHO)CH(OH)(CHO)CH(OH)分子量冰点℃沸点(mmHg)℃相对密度()与水溶解度(℃)绝对粘度(℃)mpds汽化热Jg比热J(gK)理论热分解温度℃实际使用再生温度℃形状完全互溶无色易挥发的易燃液体完全互溶甜味无色的粘稠液体完全互溶无色无溴的粘稠液体完全互溶中等溴味的稠粘液体完全互溶中等溴味的稠粘液体dd表-常用水化物抑制剂的物理化学性质湿天然气吸收塔再生釜甘醇循环泵缓冲散热器过滤器重沸器三甘醇脱水原理流程图醇类的亲水性、低冰点、高沸点、液体吸收法连续过程液体吸收法溶剂吸收法液体吸收法溶剂吸收法、固体吸附法(干燥法)吸附作用吸附作用主要是基于吸附剂的表面作用力。根据吸附剂与被吸附物质之间作用力的不同而把它分为物理吸附和化学吸附。物理吸附是由分子间的引力作用引起的。化学吸附化学吸附是吸附剂表面与被吸附介质间靠化学键的作用而达到吸附的目的。由于化学吸附是不可逆的故目前天然气净化的吸附过程多为物理过程。它不与被吸附质发生反应吸附和脱附都进行得很快吸附过程为瞬间平衡过程它为一放热过程其放出的热量通常与气体的液化热相近。性能硅胶活性氧化铝活性炭沸石分子筛细孔粗孔AAX堆密度kgm视密度kgL真密度kgL空隙率℅孔隙率℅孔径A粒度mm比表面积mg导热系数W(mK)比热KJ(kgK)再生温度K机械强度%pH值表常用吸附剂性能表、固体吸附法(干燥法)号吸附器号吸附器干燥剂床层再生气体加热炉再生气体冷却器再生气体分离器去污水处理湿天然气进口.固体吸附法固体干燥剂及吸附剂广泛地用于天然气的脱水。尽管液体溶剂吸收脱水法具有设备投资及操作费用低廉的优点但其脱水深度有限。固体吸附法可将露点降至一℃以下。甘醇溶液法用于大型天然气液化装置中脱除原料气所含的大部分水分。因此对于大流量高压天然气脱水假定需要的露点降仅为℃一般情况下用二甘一醇和三甘醇脱水较经济。与溶剂法相比固体吸附法脱水深度高对进料处理量变化极不稳定较适应装置操作、设计简单占地面积小无严重腐蚀、发泡等。目前天然气净化过程中主要使用的吸附剂有活性铝土矿、活性氧化铝、硅胶、分子筛等。其中分子筛比其它几种吸附剂效果都好但成本高。在天然气液化或深冷之前需将天然气干燥至低露点此时用分子筛脱水较合适。、冷却法原理:冷却降温后使一部分水汽冷凝为水经分离器排出。制冷方法:氨循环制冷、节流膨胀制冷、膨胀机制冷、天然冷却第三节天然气轻烃回收工艺一、轻烃回收的重要意义回收液态烃将将CC以上的轻质组分从天然气(气态)中液化、分离的以上的轻质组分从天然气(气态)中液化、分离的过程称为轻烃回收其工艺称为轻烃回收工艺。过程称为轻烃回收其工艺称为轻烃回收工艺。轻轻烃烃回回收收分分馏馏塔塔天然汽油天然汽油液化石油气液化石油气LPGLPG::CC、、CC、、CC为主的烃类混合物。为主的烃类混合物。凝析油:凝析油:CC以上的烃类以上的烃类混合物混合物NGL天然气凝析液大基础原料:乙烯、丙稀、丁稀、乙炔、苯、甲苯、二甲苯、萘种有机原料: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、助剂天然气初加工的产物天然气初加工的产物NGLNGL经过裂解、汽化、分离、抽提、聚合和缩聚经过裂解、汽化、分离、抽提、聚合和缩聚等工艺过程可获得二次以上产品等工艺过程可获得二次以上产品((大基础原料、种有机原料、大合成材料))、、NGLNGL是重要的石油化工原料满足国民经济的发展需要是重要的石油化工原料满足国民经济的发展需要溶剂产品目录类型型号说明石油脱沥青溶剂石油醚类工业溶剂其它溶剂、、号试剂级、、号工业级号发泡剂号建材溶剂号橡胶溶剂号橡胶溶剂号工业溶剂号油漆溶剂号抽提溶剂香花溶剂油墨稀释剂皮鞋油溶剂号煤油型溶剂主要成分是丙烷石油醚类的馏分范围是~℃初馏点不小于℃℅馏出温度不大于℃芳烃不大于℅初馏点不小于℃℅馏出温度不大于℃芳烃不大于℅初馏点不小于℃℅馏出温度不大于℃初馏点不小于℃℅馏出温度不大于℃~℃和~℃馏分~℃馏分轻烃的合理利用燃料型燃料-溶剂型液化气轻质油液化气号抽提油号发泡剂橡胶溶剂年产量t产品单价元t年产值万元年总产值万元建设投资万元设备折旧万元a生产费用万元a税金万元a利润万元a所得税万元a投资回收时间a项目方案及产品、获得较高的经济效益、获得较高的经济效益二、轻烃回收方法与工艺轻烃回收的方法按工作原理可以分为四大类。)压缩法:早期压缩法仅能回收少量重烃(C以上))吸附法:吸附间歇操作能耗高应用不广)吸收法:传统方法以油吸收为主分常温和低温两类)冷冻法:分外冷和内冷法原理上有依靠气体压能膨胀制冷、外加制冷及混合制冷等类型膨胀致冷又有节流、膨胀机及热分离机等形式。天然气轻烃回收可在单井井场进行也可以在回注站(厂)、天然气加工厂进行。、吸附法原料气原料气干气干气高高温温气气体体再再生生吸吸附附剂剂吸附塔吸附塔吸附过程一直进行到吸附剂被重烃所饱和然后吸附塔不再进入原吸附过程一直进行到吸附剂被重烃所饱和然后吸附塔不再进入原料气。料气。通入通入℃℃的热气流将烃类脱附并冷凝最后分离成所需的产品。的热气流将烃类脱附并冷凝最后分离成所需的产品。特点:不能连续工作、仅限于加工特点:不能连续工作、仅限于加工~~××mmdd、、适合回收重烃。适合回收重烃。固定床吸附法是一种从湿固定床吸附法是一种从湿天然气中回收较重烃类的方天然气中回收较重烃类的方法。法。吸附塔中填以粒状或片状吸附塔中填以粒状或片状的活性氧化铝或活性炭作为吸的活性氧化铝或活性炭作为吸附剂。附剂。、冷油吸收法冷油冷油原料气干气冷油再生•在较高压力下通过外部冷冻装置冷却吸收油与原料天然气直接接触将天然气中的轻烃洗涤吸收下来。•在较低压力下将轻烃解吸出来解吸后的贫油循环使用。效果:•丙烷收率为%•乙烷收率为。特点:该法广泛用于年代中期投资和操作费用都高近年来已被更为先进合理的冷凝分离法所取代。、冷凝分离法根据原料气中各组分冷凝温度不同的特点在逐步降温过程中依次将较高沸点的烃类冷凝分离出来。该种方法是凝析气田开发过程中使用最广的一种方法。天然气是混合气体组分中有低沸点组分也有高沸点组分。混合气体并不是在纯组分的沸点温度下才能将它冷凝混合气体的露点(温度)与压力和组成有关。例如在MPa时纯丙烷的沸点(冷凝温度)约为℃纯甲烷的沸点约为一℃一旦将两者混合不同组成的甲烷和丙烷混合气有不同的露点。)冷凝分离的基本原理天然气中含有大量低沸点的甲烷冷凝分离时主要将丙烷和丁烷等较重的轻烃冷凝下来大部分的甲烷和乙烷并未冷凝因此称这种冷凝过程为部分冷凝过程部分冷凝过程。通常根据天然气的组成以及要求回收液烃的程度不同天然气的冷凝分离(或称冷冻分离)工艺有浅冷与深冷分离之分。浅冷分离:浅冷分离:一般指冷冻温度不低于-℃的分离工艺深冷分离:深冷分离:当冷冻温度达到-~-℃时称为深度冷冻或深冷分离。)冷凝分离方法①外加循环制冷法冷凝分离法的关键是要提供较低温的冷量使原料气降温。根据提供冷量的方式不同可分为以下种冷凝分离方法:交换塔②直接膨胀制冷法TcTc为冷库中需要保持的温度为冷库中需要保持的温度ToTo为环境温度。压缩机可为环境温度。压缩机可以是活塞式的或是叶轮式的。以是活塞式的或是叶轮式的。从冷库出来的空气(状态从冷库出来的空气(状态))的的TT==TcTc进入压气机后被绝进入压气机后被绝热压缩到状态热压缩到状态,,此时温度已高于此时温度已高于ToTo然后进入冷却器在定压下将热量传给冷却水达到状然后进入冷却器在定压下将热量传给冷却水达到状态态TT==ToTo再导入膨胀机绝热膨胀到状态再导入膨胀机绝热膨胀到状态此时温度已低于此时温度已低于TcTc最后进入冷库在定压下自冷库吸收热量(称为制冷最后进入冷库在定压下自冷库吸收热量(称为制冷量)回到状态量)回到状态完成循环。完成循环。空气制冷循环③混合制冷法(外加循环制冷膨胀制冷)、冷凝分离工艺典型冷凝分离工艺原理流程原料气在回收工艺示意流程图中深冷分离部分可采用两种工艺:一种为透平膨胀机分离另一种为节流膨胀分离(如图)。适合于高压、重烃含量不太富的气田。三、轻烃回收方法的对比及应用情况各类方法对不同半成品的回收率可见其中以年代问世的透平膨胀法效率最高此法发展迅速并不断淘汰油吸收法。、各方法的收率对比膨胀机制冷适用范围:原料气较贫且又有压能可用或者说需提高回收后的出口压力(如外输要求凝析气油开发中的干气回注)四、轻烃回收方法的选择取决于():气体压力、气体组成、日产气量、储量():轻烃回收的目的与目标:产品类型、回收深度多方案设计、多因素分析、综合计算和对比满足技术和经济上最佳的效果以美国为例从世纪年代以来到年代各种NGL回收工艺发展情况(以装置数统计)为:)吸附装置从近套降低到套左右)常温吸收装置从左右下降到套左右)低温油吸收装置从减少到)低温节流装置从套上升到套左右)冷冻致冷装置从套增加到套)低温膨胀机装置从套增加至近套。•总的趋势是低温膨胀制冷回收工艺得到迅速的发展低温膨胀制冷回收工艺得到迅速的发展。•近年来有多种方法综合使用的趋势。•国外主要的进展集中于降低能耗提高轻烃回收率及降低地面站场投资等方面。、国外的发展趋势我国的轻烃回收工作开始于年代。年代后各油田都有了迅猛的发展装置增加到多套。回收深度已从回收凝析油、丙丁烷上升到乙烷。从乙烷半成品到凝析油半成品统称为天然气凝液它们是目前制备乙烯的原料。各大油田:各大油田:如大庆、辽河、中原等油田采用国外引进的先进轻烃回收装置将乙烷以上的轻烃供给xtd或xtd的大、中型乙烯装置作原料。各大气田:吐哈丘陵凝析气藏建成轻烃回收的天然气处理厂。塔西南柯克亚凝析气田建设轻烃回收装置和乙烯厂把回收轻烃后的干气回注以保持地层压力。四川各主要气田:鄂尔多斯气田:青海涩北气田:•引进的大型轻烃回收装置全部采用了透平膨胀机深冷分离工艺有套用于回收乙烷其回收率达到。、国内应用情况、国内应用情况前景:据石油消息预测石化原料乙烯和丙烯的需求量将会大大增加而天然气回收凝液可直接或间接地提供原料。、国内应用情况、国内应用情况溶剂产品目录本章结束井流物天然气脱水、节流调压轻轻烃烃回回收收分分馏馏塔塔天然汽油天然汽油液化石油气液化石油气LPGLPG::凝析油:凝析油:天然气脱酸气天然气预处理轻烃回收工艺气液分离水合物防治天然气计量井场工艺我国的轻烃回收工作开始于年代。回收深度已从回收凝析油、丙丁烷上升到乙烷。从乙烷半成品到凝析油半成品统称为天然气凝液它们是目前制备乙烯的原料。进入年代后各油田都有了迅猛的发展装置增加到多套。各大油田:各大油田:如大庆、辽河、中原等油田采用国外引进的先进轻烃回收装置将乙烷以上的轻烃供给xtd或xtd的大、中型乙烯装置作原料。各大气田:吐哈丘陵凝析气藏建成轻烃回收的天然气处理厂。塔西南柯克亚凝析气田建设轻烃回收装置和乙烯厂把回收轻烃后的干气回注以保持地层压力。四川各主要气田:鄂尔多斯气田:青海涩北气田:•引进的大型轻烃回收装置全部采用了透平膨胀机深冷分离工艺有套用于回收乙烷其回收率达到。•我国最大的中压透平膨胀机致冷回收天然气液工厂川西北矿区的轻烃回收厂。年正式投产所有设备完全采用国产设备由四川空气分离设备厂全新设计设计最大处理能力为xmd最小处理能力为xmd最佳工作范围为()xmd。原料气经外部换冷到℃经约MPa压降透平膨胀后降温至约℃回收液烃。、国内应用情况、国内应用情况我国轻烃回收工艺的发展几乎和国外是同步的主要设备和工艺也达到了国际水平。问题:)相当大一部分产品来自油田伴生气加工率已达先进水平但总量不大与原油产量之比仅为%~。)回收装置的规模除少数装置较大外大部分较小。)除少数大型装置外普遍回收深度低有时含硫量超标。)国产装置价格低但无论在规模还是在水平上都与引进装置有一定差距。此外对引进装置的消化吸收工作尚不足。前景:据石油消息预测石化原料乙烯和丙烯的需求量将会大大增加而天然气回收凝液可直接或间接地提供原料。、国内应用情况、国内应用情况、固体吸附法(干燥法)第三节天然气轻烃回收工艺

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