第三章-天然气脱水.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2013/3/18,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,#,Chapter 3,天然气脱水,(Dehydration),School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,1,2025/10/20 周一,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,2,2025/10/20 周一,The,major reasons for,dehydrating,.,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,CO,2,和,H,2,S,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,3,2025/10/20 周一,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,4,2025/10/20 周一,工艺,方案,特点,低温分离法,溶剂吸收,法,固体吸附法,优点,1,、装置操作简单，占地面积小；,2,、装置投资及运行费用低。,1,、操作温度下溶剂稳定，吸湿性高，露点降高,;,2,、容易再生，可达,99%,（,w,）以上浓度；,3,、蒸气压低，气相携带损失小；,4,、装置投资及运行费用低；,5,、进出装置的压降小。,1,、脱水后干气中水含量可低于,1ppm,，水露点可低于,-90,；,2,、对进料气体温度、压力、流量变化不敏感；,3,、操作简单，占地面积较小；,4,、无严重腐蚀和,发泡的,问题。,缺点,1,、只适用于高压天然气；,2,、对于压力不高的天然气节流降温不足，达不到水露点要求；,3,、如果没有足够的压降可以利用，需要增压或外供冷源。,1,、存在轻质油时,，有,一定程度的发泡倾向，有时需加入消泡剂；,2,、含酸性组分的天然气在脱水时，会腐蚀设备、管道，使三甘醇溶液呈酸性,，需,加入,缓蚀剂；,3,、不能脱除天然气中含有的凝析油。,1,、对于大装置，其设备投资和操作费用高；,2,、吸附剂易破碎；,3,、再生耗热量高；,4,、再生气气量较大，压力较低；,5,、不能脱除天然气中含有的凝析油。,应用范围,有充足的压力降可以利用的气田或需脱水、脱烃的装置。,无,自由压降可利用，需要满足管输天然气水露点要求的情况。,水露点要求低，需要深度脱水的情况。,3.2,溶剂,吸收法脱水,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,5,2025/10/20 周一,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,TEG,脱水工艺参数,TEG,装置中的工艺,问题,3.2.1,溶剂类型,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,6,2025/10/20 周一,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,9,2025/10/20 周一,2,、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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,10,2025/10/20 周一,3,、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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,11,2025/10/20 周一,4,、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,5m,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,5m,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,12,2025/10/20 周一,5,、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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,13,2025/10/20 周一,三甘醇再生方法,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,14,2025/10/20 周一,三甘醇脱水再生工艺对比：,再生方法,三甘醇质量分数,水露点降,，,常压再生,98.5%,35,减压再生,99.2%,99.9%,55,83,汽提再生,99.5%,99.98%,75,85,共沸再生,99.99%,以上,100,122,三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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,15,2025/10/20 周一,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,16,2025/10/20 周一,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,17,2025/10/20 周一,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,18,2025/10/20 周一,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,19,2025/10/20 周一,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,20,2025/10/20 周一,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,21,2025/10/20 周一,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,22,2025/10/20 周一,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,23,2025/10/20 周一,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,24,2025/10/20 周一,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,25,2025/10/20 周一,三甘醇,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,26,2025/10/20 周一,1,、腐蚀,原因,溶解的,H,2,S,或,CO,2,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,N,2,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,27,2025/10/20 周一,2,、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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,28,2025/10/20 周一,3,、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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,29,2025/10/20 周一,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,30,2025/10/20 周一,什么是固体吸附？,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,（,Wet capacity,）,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,31,2025/10/20 周一,固体吸附有哪些类型？,物理吸附（,Physical Adsorption,）,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（,Chemical Adsorption,）,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,32,2025/10/20 周一,一、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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,33,2025/10/20 周一,二、气体脱水常用吸附剂,硅胶（,Silica Gel,）,化学式,：,m,SiO,2,n,H,2,O,平均孔径：,2,4nm,比表面积：约,500,700m,2,/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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,34,2025/10/20 周一,活性氧,化铝（,Activated Aluminium Oxide,）,化学式：,Al,2,O,3,n,H,2,O,平均孔径,(,细孔,),：约,7.2nm,比表面积：,350m,2,/g,制备方法：含水氧化铝加热,活化制成。,活性,铝土矿（,Activated Bauxite,）,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,：,Al,2,O,3,、,Fe,2,O,3,、,SiO,2,、,TiO,2,等,。,3.3.1,吸附剂,类型与吸附性能,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,35,2025/10/20 周一,分子筛（,Molecular Sieve,）,化学式,：,Me,2,/,n,Al,2,O,3,x,SiO,2,m,H,2,O,平均孔径：约,0.48nm,比表面积：,800,1000m,2,/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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,36,2025/10/20 周一,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。,H,2,O,NH,3,CH,3,OH,CH,3,SH,H,2,S,COS,CO,2,N,2,CH,4,脱水深度,吸附剂,分子筛,氧化铝,硅胶,4A,13X,H-151,型,F-1,型,微球,R,型,微球,H,型,干气含水量,mL/m,3,0.1,0.1,5.1,0.1,5.1,5.1,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,37,2025/10/20 周一,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,38,2025/10/20 周一,一、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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,39,2025/10/20 周一,三塔,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,40,2025/10/20 周一,二、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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,41,2025/10/20 周一,3,、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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,42,2025/10/20 周一,三、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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,43,2025/10/20 周一,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,44,2025/10/20 周一,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,45,2025/10/20 周一,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,46,2025/10/20 周一,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,47,2025/10/20 周一,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,48,2025/10/20 周一,降温方法,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。,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。,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,49,2025/10/20 周一,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,50,2025/10/20 周一,水合物抑制剂（乙二醇）再生工艺流程：,重点内容,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,51,2025/10/20 周一,TEG,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,School of Chemistry and Chemical Engineering,SWPU,52,2025/10/20 周一,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？,