天然气集输 第七章.ppt

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,*,1,第七章,天然气脱水,2,项目,一类,二类,三类,高位发热量，,MJ/m,3,31.4,总硫（以硫计），,mg/m,3,100,200,460,硫化氢，,mg/m,3,6,20,460,二氧化碳，,y,，,%,3.0,水露点，,在天然气交接点的压力和温度条件下，天然气的水露点应比最低环境温度低。,注：,1,、天然气体积的标准参比条件是,101.325 kPa,，,20,。,2,、国家标准实施之前建立的天然气输送管道，在天然气交接点的压力和温度条件下，天然气中应无游离水。无游离水是指天然气经机械分离设备分不出游离水。,表,6-1,天然气的质量指标,3,第一节,天然气脱除酸性组分的方法,天然气脱水就是脱除天然气中的水蒸气，使其露点或含水量达到一定的要求。,第一节,概,述,1,、低温冷凝法,2,、溶剂吸收脱水法,3,、固体吸附脱水法,4,第二节,溶剂吸收法脱水,一、甘醇脱水的基本原理和物理性质,5,每个甘醇分子中都有两个羟基（）。羟基在结构上与水相似，可以形成氢键，氢键的特点是能和电负性较大的原子相连，包括同一分子或另一分子中电负性较大的原子。这是甘醇与水能够完全互溶的根本原因。,6,性,质,二,甘,醇,三,甘,醇,分子式,O(CH,2,CH,2,OH),2,HO(C,2,H,4,O),2,H,4,OH,分子量,106.1,150.2,冰点，,-8.3,-7.2,闪点,(,开口,),，,143.3,165.6,沸点,(760,毫米汞柱,),，,245.0,287.4,相对密度，,1.1184,1.1254,折光指数,1.4472,1.4559,与水的溶解度,(),完全互溶,完全互溶,绝对粘度,(),，,mPa.S,35.7,47.8,汽化热，,J/g(760,毫米汞柱,),347.5,416.2,比热，,kJ/(kg.K),2.3065,2.198,理论热分解温度，,164.4,206.7,实际使用再生温度，,148.9,162.8,176.7,204.4,表,7-1,甘醇的物理性质,7,二、,TEG,吸收脱水的工艺流程,8,提高三甘醇贫液浓度的方法主要采用气体汽提法。,9,三、含硫天然气脱水,10,2,、含硫天然气,TEG,脱水存在的主要问题,（,1,）系统构成复杂，可能泄漏的点增多，运行管理要求高，运行成本较高；,（,2,）各集气站均需要设置尾气焚烧炉对,TEG,闪蒸过程中的含硫气进行焚烧后排放，环境污染较大；,（,3,）,TEG,存在一定的降解，,TEG,更换较频繁，运行成本高；,（,4,）湿气及富液对设备的腐蚀严重；,（,5,）需从天然气净化厂建一条高压净化气管道至各集气站，且汽提气还需增压后才能返回原料气中，流程复杂；,（,6,）废弃的,TEG,处理困难。,11,四、工艺操作条件,影响三甘醇脱水装置操作的主要因素是吸收塔的操作条件、三甘醇贫液浓度和三甘醇循环量。而三甘醇贫液浓度又是最关键的因素。,1,、吸收温度,甘醇溶液的吸收温度一般为,1054,，但最好在,2738,。吸收温度低于,21,时，甘醇溶液粘度过大，起泡增多，因而使塔板效率降低，甘醇损失增加，如低于,10,，脱水效果就明显下降。吸收温度高于,43,，进料气中含水量太高，而且甘醇溶液的脱水能力也会下降。,12,2,、塔内压力,通常认为,3.458.27MPa,的脱水压力是最经济,3,、吸收塔的塔板数,25%,的塔板效率,相邻塔板的间隔一般为,610mm,4,、贫甘醇的温度,贫甘醇温度较吸收塔的出口气体温度高,38,。,13,5,、甘醇的浓度,图,7.7,吸收塔温度、进塔,TEG,贫液质量分数和出塔干气平衡露点关系,离开吸收塔的气体的实际露点，一般较平衡露点高,58,。,14,6,、甘醇重（再）沸器温度,把重沸器的温度限制在,177199,之间，,7,、重沸器的压力,重沸器的压力一般接近于常压。,8,、汽提气,使用被水蒸气饱和的湿气作为汽提气。,图,7.8,气提气量对,TEG,质量分数的影响,15,9,、甘醇比循环量,三甘醇的比循环量一般为,12.533L/kg,水,10,、精馏柱温度,精馏柱顶的温度可通过调节柱顶回流量使其保持在,99,左右，柱顶温度低于,93,时，由于水蒸气冷凝量过多，会在柱内产生液泛，甚至将液体从塔顶吹出；柱顶温度超过,104,时，甘醇就可能显著地被蒸发而损失。,16,部位,温度或温度范围，,进料气,2738,甘醇溶液进吸收塔,高于气体,38,甘醇溶液进闪蒸分离器,3893,（宜选,65,）,甘醇溶液进过滤器,3893,（宜选,65,）,甘醇溶液进精馏柱,93149,（宜选,149,）,精馏柱顶部,99,（有气提时为,88,）,重沸器,177204,（宜选,193,）,三甘醇溶液进泵,93,（宜选,82,）,表,7-2,甘醇脱水装置操作温度推荐值,循环量和塔板数固定时，三甘醇浓度愈高则露点降愈大；,循环量和三甘醇浓度固定时，塔板数愈多则露点降愈大，但一般都不超过10块实际塔板；,循环量、浓度与塔板数的相互关系,塔板数和三甘醇浓度固定时，循环量愈大则露点降愈大，但循环量升到一定程度后，露点降的增加值明显减少，而且循环量过大会导致重沸器超负荷，动力消耗过大，故最高不应超过33,L/kg,水。,18,五、,TEG,吸收脱水主要设备的设计计算,1,、吸收塔直径计算,2,、吸收塔塔板数的确定,19,3,、闪蒸分离器,停留时间，,min,。两相分离器为,510min,；三相分离器为,2030min,；,4,、再生塔,精馏柱的直径：,20,5,、重沸器,（,1,）重沸器热负荷,（,2,）重沸器的尺寸,重沸器火管表面平均热通量的正常范围是,18kW/m,2,25 kW/m,2,，最高不超过,31 kW/m,2,。,21,第三节,固体吸附法脱水,一、吸附操作原理,t,B,吸附过程的转效点,单一可吸附物质（水汽）的气体混合物在固定床上的基本吸附过程,C,0,进料气的浓度,C,B,转效点浓度。,图1 吸附转效曲线,图1（,b）,中阴影部分为吸附传质段，其长度用,h,z,表示；在吸附传质段上部的吸附剂床层已被吸附物所饱和，称为饱和吸附段，其长度用,h,s,表示；在吸附传质下部的吸附剂则尚未吸附物质，称为未吸附段，其长度用,h,b,表示；当,AA,线到达床层出口端时，达到了吸附的转效点，出口气流中吸附物浓度迅速上升，床层必须进行再生。,23,二、吸附剂,主要有活性氧化铝、硅胶、分子筛等,类,型,物理性质,硅,胶,活 性 氧 化 铝,分 子 筛,青岛细孔,0.3,型,R,型,H,型,H-151,型,F-1,型,表面积，,m,2,/g,700,750,830,550,650,740,770,350,210,700,900,孔体积，,cm,3,/g,0.43,0.45,0.31,0.34,0.50,0.54,0.27,孔直径，,20,30,21,23,21,23,27,28,4,5,平均孔隙度，,%,50,65,65,51,55,60,真密度，,g/L,2.1,2.2,3.1,3.3,3.3,/,堆积密度，,g/L,670,720,780,720,830,880,800,880,660,690,假密度，,g/L,1.0,1.2,1.6,1.1,比热，,J/(g,，,),0.921,1.047,1.047,1.005,0.837,1.047,导热系数，,kJ/(m,2,.h.,),0.519,0.510(),0.754(),2.135(,已脱水,),再生温度，,120,230,150,230,180,450,180,310,150,310,水含量,(,再生后,),，,%,4.5,7,6.0,6.5,变化,静态吸附容量（相对湿度,60%,），,%,重量,35,33.3,22,25,14,16,22,颗 粒 形 状,粒,状,粒,状,球,状,球,状,球,状,颗,粒,圆 柱 状,24,1,、活性氧化铝,组成,%,商品牌号,Al,2,O,3,Na,2,O,SiO,2,Fe,2,O,3,灼烧损失,F-1,H-151,KA-201,92,90,93.6,0.90,1.40,0.30,0.10,1.1,0.02,0.08,0.1,0.02,6.5,6.0,6.0,2,、硅胶,组成,含量,SiO,2,Fe,2,O,3,Al,2,O,3,TiO,2,Na,2,O,CaO,ZrO,2,其它,%,99.71,0.03,0.10,0.09,0.02,0.01,0.01,0.03,SiO,2,.nH,2,O,25,3,、分子筛,Me,某些碱金属或碱土金属离子，如,Na,+,、,K,+,、,Ca,2+,等；,分子直径为,2.7,3.1,分子筛作为吸附剂的显著优点是：,（,1,）具有很好的选择吸附性,（,2,）具有高效吸附特性,(3),在较高温下只有分子筛才是有效的脱水剂。,26,型 号,孔直径,吸附质分子,排除的分子,应用范围,4A,4,直径,4,的分子，包括,3,分子筛能吸附的分子及乙醇、,H,2,S,、,CO,2,、,SO,2,、,C,2,H,4,、,C,2,H,6,及,C,3,H,6,直径,4,的分子，如丙烷等,饱和烃脱水，泠冻系统干燥剂,5A,5,直径,5,的分子，包括以上各分子及,n-C,4,H,9,OH,、,n-C,4,H,10,、,C,3,H,8,至,C,22,H,46,直径,5,的分子，如异构化合物及,4,碳环化合物,从支链烃及环烷烃 中分离正构烃、脱水,10X,8,直径,8,的分子包括以上各分子及异构烷烃，烯烃及笨,二正丁基胺及更大分子,芳烃分离,13X,10,直径,10,的分子包括以上各分子及二正丙基胺,(C,4,H,9,),3,N,及更大分子,同时脱水、,CO,2,、,H,2,S,及硫醇,表,7-6,各种分子筛性能表,27,三、吸附法脱水,1,、吸附法脱水工艺流程,28,2,、酸性天然气分子筛脱水,图,7.12,酸性天然气分子筛脱水工艺流程示意图,29,4,、分子筛吸附器设计计算,（,1,）吸附周期确定,短周期,8,小时,24,小时周期,应作全面的技术经济分析来确定吸附周期。,3,、分子筛吸附器设计计算,2,）吸附器直径,（,2,）吸附器直径计算,（,3,）吸附剂用量计算,式中：,m,吸附剂用量，,m,3,；,w,H,每小时脱出的水量，,kg/h,；,吸附周期，,h,；,x,S,吸附剂动态饱和吸附量，,kg,（水）,/kg,（吸附剂）；,g,分子筛的堆密度，,kg/m,3,。,3,、分子筛吸附器设计计算,（,4,）吸附传质区长度,式中：,h,Z,吸附传质区长度，,m,；,A,系数，分子筛,=0.6,；,q,床层截面积的水负荷，,kg/m,2,.h,；,v,g,空塔线速，,m/min,；,进吸附器气体相对湿度，以,%,表示。,3,、分子筛吸附器设计计算,（,5,）转效点计算,式中：,B,到达转效点时间，,h,；,x,选用的分子筛有效吸附容量，,%,；,h,T,整个床层长度，,m,；,3,、分子筛吸附器设计计算,（,6,）气体通过床层的压力降,式中：,P,压降，,kPa,；,L,床层高度，,m,；,气体粘度，,mPa.s,；,v,g,气体流速，,m/min,；,g,气体操作状态密度，,kg/m,3,。,分,子,筛,B,C,球形,4.155,0.00135,圆柱条形,5.357,0.00188,球形,11.278,0.00207,圆柱条形,17.660,0.00319,3,、分子筛吸附器设计计算,（,7,）再生气用量计算,再生气进吸附器温度一般为,260,左右。当再生气出吸附器温度升到,180,200,，并恒温约,2,小时后，可认为再生完毕。,1,）再生加热所需的热量,式中：,Q,1,加热分子筛的热量，,kJ,；,Q,2,加热吸附器本身,(,钢材,),的热量，,kJ,；,Q,3,脱附吸附水的热量，,kJ,；,Q,4,加热铺垫的瓷球的热量，,kJ,；,35,图8 再生过程的温度变化曲线,1.,再生气进床层的温度变化曲线,2.,再生气出床层的温度变化曲线,3.,原料湿气温度（环境温度）,吸附剂的再生过程可划分为,A、B、C、D,四个阶段,:,在,A,阶段，烃类全部被脱附，,水的脱附集中在阶段,B，,阶段,C,主要清除重烃等不易脱附的物质，增加再生后吸附剂的湿容量，,阶段,D,则冷却床层至吸附温度。,T,2,110，,T,3,127，,T,B,116，,T,4,175260。,再生气体温度和流量控制了每一阶段的时间。,3,、分子筛吸附器设计计算,式中：,G,再生气用量，,kg,；,Q,再生加热所需的热量，,kJ,；,c,p,再生气用定压比热，,kJ/(kg.,),；,再生气平均温降，；,t,2,再生加热结束时气体出口温度，；,t,3,再生气进吸附器时的温度，。,吸附后床层温度是,t,1,，热再生气进出口平均温度为,t,2,2,）再生加热所需的气量计算,3,、分子筛吸附器设计计算,3,）冷却吸附器计算,冷却吸附塔需移去的热量,Q,，,总共需冷却气量（,G,）：,吸附后床层温度是,t,1,，,热再生气进出口平均温度为,t,2,，,冷却气初温为（再生气的初温）,t,a,3,、分子筛吸附器设计计算,4,）加热炉热负荷：,一般取再生气出加热炉的温度比,再生气进吸附器时的温度,t,3,高,10,15,，加热炉热负荷,Q,。,式中：,G,再生加热气量，,kg/h,；,c,pm,平均比热，,kJ/(kg.,),；,t,a,再生气进加热炉温度，,。,四、脱水工艺的选择,三甘醇法用于一般要求的场合，分子筛用于深度脱水。,能耗小，操作费用低；,处理量小时，可作成撬装式，紧凑并造价低，搬迁,和移动方便，预制化程度高；,三甘醇使用寿命长，损失量小，成本低；,脱水后干气露点可达,-30,左右，能满足一般的天然,气脱水要求。,干气露点不能满足深冷回收轻烃凝液的要求；,原料气中携带有轻质油时，易起泡，破坏吸收。,1,、三甘醇吸收脱水的优缺点,2,、吸附法脱水的优缺点,脱水后，气体中水含量可低于,1ppm,，露点温度可达,-70,以下；,对进料气的温度，压力，流量变化不敏感，操作弹性大；,操作简单，占地面积小。,对于大装置，设备投资大，操作费用高；,气体压降大于溶剂吸收脱水；,吸附剂使用寿命短，一般使用三年就得更换；,能耗高，低处理量时更明显。,