天然气脱水专题知识讲座.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,#,天然气脱水专题知识讲座,天然气脱水专题知识讲座,第1页,目 录,一、天然气水合物,二、甘醇法脱水,三、分子筛法脱水,四、吸收法与吸附法脱水比较,五、膜分离脱水,天然气脱水专题知识讲座,第2页,1、H,2,O存在危害,（1）,降低,商品天然气管道,输送能力,；,（2）当气体中含有酸性气体时，液态水与酸性气体形成酸性水溶液,腐蚀管道和设备,；,（3）液态水与天然气中一些低分子量烃类或非烃类气体分子结合形成,天然气水合物,，从而减小管路流通断面积、增加管路压降，严重时将造成水合物,堵塞管道，生产被迫中止；,（4）作为燃料使用，,降低天然气热值,。,一、天然气水合物,天然气脱水专题知识讲座,第3页,2、什么是天然气水合物,天然气水合物是在,一定温度和压力条件下,，天然气中,甲烷、乙烷等烃类物质和硫化氢、二氧化碳等酸性组分与液态水形成类似冰、非化学计量笼型晶体化合物,。,最大危害是堵塞管道。,（1）物理性质,白色固体结晶，外观类似压实冰雪；,轻于水、重于液烃,，相对密度为0.96,0.98；,半稳定性，在大气环境下很快分解。,一、天然气水合物,天然气脱水专题知识讲座,第4页,（2）结构,采取X射线衍射法对水合物进行结构测定发觉，气体水合物是由多个填充气体分子笼状晶格组成晶体，晶体结构有三种类型：,I、II、H型,。,2、什么是天然气水合物,天然气脱水专题知识讲座,第5页,3、天然气水合物生成条件,含有能形成水合物气体分子,：如小分子烃类物质和H,2,S、CO,2,等酸性组分,天然气中水存在,：,液态水是生成水化物必要条件,。天然气中液态水起源有油气层内地层水(底水、边水)和地层条件下汽态水。这些汽态水蒸汽随天然气产出时温度下降而凝析成液态水。普通而言，在井下高压高温状态下，天然气呈水水蒸气饱状态，当气体运移到井口时，尤其是经过井口节流装置时，因为压力和温度降低，使会凝析出个别液态水，所以，在,井口节流装置或处理站节流降温处,往往轻易形成水化物。,一、天然气水合物,天然气脱水专题知识讲座,第6页,3、天然气水合物生成条件,足够低温度,：,低温是形成水化物主要条件。,气流从井底流到井口、处理厂并经过角式节流阀、孔板等装置节流后，会因压力降低而引发温度下降。温度降低不但使汽态水凝析(温度低于天然气露点时)，也为生成水化物创造了条件。,足够高压力,：,水化物生成温度随压力升高而升高，随压力降低而降低，也就是压力越高易生成水化物。,其它辅助条件：如气体流速和流向突变产生扰动、压力波动和晶种存在等。,一、天然气水合物,天然气脱水专题知识讲座,第7页,4、预防水合物生成方法,破坏生成水合物必要条件即可预防水合物生成。,1）长距离输气管线水合物预防办法,对于长距离输气管线要预防水合物生成能够采取以下方法：,天然气脱水,：降低气体内水含量和露点，是预防水合物生成最有效和最彻底方法。,提升输送温度,：使气体温度高于水露点而不产生液态水。,注入水合物抑制剂,：,抑制剂种类很多，有甲醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇、氯化钙水溶液等，因为使用乙二醇和二甘醇时甘醇损失较大，而,三甘醇以它较大露点降、技术上可靠性和经济上合理性,而在天然气脱水中普遍使用。,一、天然气水合物,天然气脱水专题知识讲座,第8页,2）矿场采气管线和集气管线水合物预防办法,采气管线上：,气体经过控制阀或孔板时，气体压力降低，同时发生J-T效应，气体膨胀降温，使节流件下游易生成水合物而堵塞管线。,集气管线：,管线热损失使气体温度降低，使下游易生成水合物而堵塞管线。,对于矿场采气管线和集气管线要预防水合物生成能够采取以下方法：加热；注入水合物抑制剂。,气体温度降低程度是确定加热设备热负荷和水合物抑制剂用量基础数据。,一、天然气水合物,天然气脱水专题知识讲座,第9页,3）注入水合物抑制剂,一些盐和醇类溶解于水中后吸引水分子，改变水合物相化学位，降低气体水合物生成温度和或提升水合物生成压力，从而预防生成水合物。这类物质称,水合物抑制剂,或热力学抑制剂，俗称防冻剂。,氯化物抑制剂,多数氯化物：NaCl、KCl、MgCl,2,、CaCl,2,和AlCl,3,等因为有腐蚀性并易在金属表面沉积；只适合用于处理小流量、露点要求不高场所。所以，在实践中极少采取。,醇类抑制剂,用作水合物抑制剂醇类主要有：甲醇(MeOH)、乙二醇(EG)或二甘醇(DEG)，三者对比：乙二醇和甲醇是最常见水合物抑制剂。,一、天然气水合物,天然气脱水专题知识讲座,第10页,压缩和冷却是常见降低气体中水含量方法，在有些井场，可利用天然气压能获取低温以到达所要求水露点及烃露点；在另一些情况下，它们即使不是天然气脱水主要方法，但也可作为辅助伎俩采取。,气田集输与净化厂使用天然气脱水方法主要是甘醇法，尤其是三甘醇（TEG）法；在需要深度脱水工况（如生产CNG及LNG、NGL回收等）则使用分子筛脱水。,除这两类主要脱水方法外，时期还曾采取CaCl2脱水和硅胶、氧化铝等固体吸附剂脱水；甘醇胺法则用于同时脱硫脱水；另外，物理溶剂法也能够同时脱硫脱水之功效。我国外正在研发膜分离脱水。,脱水深度用,露点降,表示，是指进入脱水装置前气体露点与脱水后气体露点之差。,二、甘醇法脱水,1,、甘醇法脱水概述,天然气脱水专题知识讲座,第11页,甘醇是乙二醇缩聚物，称为多缩乙二醇，俗称甘醇。其化学通式为C,n,H,2n,(OH),2。,甘醇类化合物含有很强吸水性,。这类包含乙二醇（EG）、二甘醇（DEG）、三甘醇（TEG）及四甘醇（TREG）等。最早用于天然气脱水甘醇是DEG，但它逐步为TEG所取代，因为用TEG脱水有更大露点降，而且投资及操作费用较低。乙二醇主要用于注入天然气中以预防水合物生成。,1,、甘醇法脱水概述,二、甘醇法脱水,天然气脱水专题知识讲座,第12页,甘醇是乙二醇缩聚物，称为多缩乙二醇，俗称甘醇。其化学通式为C,n,H,2n,(OH),2。,甘醇类化合物含有很强吸水性,。这类包含乙二醇（EG）、二甘醇（DEG）、三甘醇（TEG）及四甘醇（TREG）等。最早用于天然气脱水甘醇是DEG，但它逐步为TEG所取代，因为用TEG脱水有更大露点降，而且投资及操作费用较低。乙二醇主要用于注入天然气中以预防水合物生成。,2,、甘醇法脱水法工艺流程,二、甘醇法脱水,天然气脱水专题知识讲座,第13页,（,1,）处理无硫气甘醇脱水装置,因为甘醇脱水装置通常气液比很高，即甘醇循环量小，且,TEG,又有较高粘度，故吸收塔均使用,泡罩塔板,。再生塔用塔板或通用填料。三甘醇过滤通常置于富液一侧，包含机械过滤及活性炭过滤。,2,、甘醇法脱水法工艺流程,天然气脱水专题知识讲座,第14页,（,2,）处理含硫气甘醇脱水装置,2,、甘醇法脱水法工艺流程,天然气脱水专题知识讲座,第15页,（1）入口分离器,入口分离器作用是,分出进料湿天然气内液体和固体杂质，如：游离水、液烃、泥沙和铁锈等固体杂质以及流程上游采气、集气过程中加人气流内各种化学剂等,。,进料湿天然气内液体和固体杂质存在会带来以下几个方面危害：,使塔内甘醇轻易发泡、堵塞塔板。,使甘醇损失量增多，并带有腐蚀性。,使重沸器热负荷及燃料消耗增加，火管表面局部过热和结焦等。,所以，为确保脱水质量并延长装置使用寿命，必须在吸收操作之前进行杂质分离。,3,、甘醇法脱水法主要设备,二、甘醇法脱水,天然气脱水专题知识讲座,第16页,（2）吸收塔,吸收塔组成包含四个别：,底部涤气段：与入口分离器组成两级涤气，以减小气体杂质对甘醇污染；,中部吸收段,顶部气贫甘醇冷却盘管：控制贫甘醇溶液与气体有适当温差；,捕雾器,后两个别设置都是为降低甘醇蒸发和携带损失。,3,、甘醇法脱水法主要设备,二、甘醇法脱水,天然气脱水专题知识讲座,第17页,（3）闪蒸分离器,闪蒸分离器作用是从甘醇富液内分出烃蒸气和凝析油。,甘醇中含烃带来问题：含烃甘醇直接进入低压再生塔内将闪蒸出大量烃蒸气，增大再生过程甘醇损失，甚至破坏陶瓷填料。,闪蒸分离器操作压力大多为0.240.34 MPa，操作温度为75.93，甘醇停留时间为1530 min。,3,、甘醇法脱水法主要设备,二、甘醇法脱水,天然气脱水专题知识讲座,第18页,（4）过滤器,甘醇溶液往往采取织物过滤器和活性炭过滤器进行过滤。,织物过滤器,由布、纸、或玻璃纤维织物为过滤介质，用来除去甘醇溶液内大于5m固体颗粒，以预防甘醇泵磨损、甘醇发泡、吸收塔和再生塔污染、重沸器火管产生局部过热点、金属腐蚀等问题。,活性炭过滤器,主要是用于去除甘醇溶液内含有液烃、泵、压缩机等增压设备润滑油以及流程上游注入各种化学剂等杂质。,3,、甘醇法脱水法主要设备,二、甘醇法脱水,天然气脱水专题知识讲座,第19页,（5）再生塔,再生塔大多采取填料塔，充填1.22.4 m高陶瓷或不锈钢填料，大型装置有时也采取板式塔。,再生塔由再生段和顶部冷却盘管两个别组成。顶部冷却盘管以甘醇富液为冷剂，使升至塔顶个别水蒸汽和甘醇蒸气冷凝，作为再生塔塔顶回流。,用塔顶冷却盘管甘醇富液流量能够控制塔顶温度和回流量。塔顶温度过高使甘醇蒸发损失增大；温度过低则回流量过大，塔温降低，影响贫液浓度并增加重沸器负荷。普通，塔顶温度控制在9899，有汽提气时塔顶温度可降至88左右。,3,、甘醇法脱水法主要设备,二、甘醇法脱水,天然气脱水专题知识讲座,第20页,（6）重沸器,重沸器作用是,提供从甘醇富液中蒸出水分所需热量,。,重沸器加热方式有两种：直接式加热或以油、过热蒸汽为热媒间接式加热。,重沸器温度确实定应考虑两个方面：,重沸器温度对甘醇浓度影响：温度愈高，甘醇浓度愈大。,甘醇热稳定性：重沸器温度必须低于甘醇分解温度。,重沸器温度普通控制在187199 之间。,3,、甘醇法脱水法主要设备,二、甘醇法脱水,天然气脱水专题知识讲座,第21页,（7）甘醇泵,甘醇泵作用是,为甘醇贫液提供压能产生甘醇循环,。,甘醇泵可采取用气体驱动、富甘醇驱动、或电机驱动多缸往复泵。,小型装置常见塔底流出富甘醇为动力，将贫甘醇增压后送人吸收塔。,每套脱水装置需要设置两台甘醇泵，一台运行、一台备用。条件允许时，两台甘醇泵可采取不一样动力源，以确保装置连续运行。,3,、甘醇法脱水法主要设备,二、甘醇法脱水,天然气脱水专题知识讲座,第22页,三、分子筛脱水,分子筛法是一个深度脱水方法,，它露点降可达120以上，即脱水后干天然气露点甚至可降到100 以下；所以常见于低温冷凝（NGL）回收及生产液化天然气（LNG）中脱水工序；另外，生产供汽车作燃料压缩天然气也需用分子筛脱水。,分子筛除用于脱水外，还可用于脱除天然气中微量H,2,S及有机硫化合物，甚至可同时脱硫脱水。,除分子筛外，其它一些固体吸附剂如活性氧化铝及硅胶等在天然气脱水中也有应用。,天然气脱水专题知识讲座,第23页,三、分子筛脱水,天然气脱水专题知识讲座,第24页,1、分子筛结构,分子筛是一个人工合成碱金属或碱土金属硅铝酸盐晶体,。分子筛作为一个结晶硅铝酸盐，其骨架最基础结构是奎 氧（SiO,4,）和铝氧（AlO,4,）四面体；它们按一定方式经过公用顶点氧联结在一起，形成首尾相接环状，含有许多排列整齐晶穴、晶孔和孔道。分子筛中阳离子可被其它阳离子所交换，水可经过加热脱去，硅（铝）氧骨架也可在一定条件下发生改变。其分子式通式为：,用于天然气脱水及脱硫主要是A型及X型分子。NaA型分子筛有效孔径为0.4nm，即4A，所以NaA型分子筛又叫4A型分子筛,。,三、分子筛脱水,天然气脱水专题知识讲座,第25页,2、分子筛吸附性能,（选择性吸附）,分子筛是含有均一孔径吸附剂，当被吸附分子直径小于分子筛孔径时，它才能进入孔内而被吸附，分子“筛”因而得名，所以，,分子筛是含有选择性吸附剂,，几个分子筛能够吸附与不能吸附分子见表。,三、分子筛脱水,当用于富天然气脱水时，为预防乙烷以上烃类被吸，可使用,3A,分子筛；如用于干天然气以及用于脱硫则需要使用,4A,乃至更大孔径分子筛。,天然气脱水专题知识讲座,第26页,2、分子筛吸附性能,（优选吸附剂）,分子筛是含有非常大内表面积，约为6001000m,2,/g，其表面因为离子晶格特点含有高度极性，因而对极性分子和可极化分子含有较强吸附力及较高吸附容量。天然气中水、含硫化合物、二氧化碳就属于极性分子一类，所以，分子筛对它们含有较强吸附力，分子筛对一些物质吸附强度次序以下：,H,2,ONH,3,CH,3,OHCH,3,SHH,2,SCOSCO,2,N,2,CH,4,可见，,水最易为分子筛所吸附,，而CH,4,则不易被吸附。,三、分子筛脱水,天然气脱水专题知识讲座,第27页,2、分子筛吸附性能,（高效吸附性）,作为脱水吸附剂，分子筛即使在高相对温度下平衡湿容量低于活性氧化铝和硅胶，但在低相对温度下却大大高于它们。,三、分子筛脱水,随温度升高，全部吸附湿容量均显著下降，但分子筛在较高吸附温度下依然有,较高湿容量,。,天然气脱水专题知识讲座,第28页,2、分子筛吸附性能,湿容量：各种吸附剂湿容量系指100kg吸附剂能够吸附水量,。,以上所提到均是平衡湿容量，它们是静态湿容量，在动态条件下，比如吸附再生200次后，吸附剂湿容量下降30%。我国国家标准GB 8770-88要求了测定吸附剂动态吸附容量方法。通常，分子筛动态湿容量为（912)kg/100kg，活性氧化铝为（47）kg/100kg，硅胶则是（79）kg/100kg。,至于在装置中有效湿容量，应由分子筛制造厂提供；如无此数据，则取动态湿容量70%是比较适当。,三、分子筛脱水,天然气脱水专题知识讲座,第29页,3、分子筛脱水工艺,分子筛脱水使用固定床吸附器，所以装置最少应有两台吸附器，一个牌吸附脱水阶段，另一个则牌再生及冷却阶段。,三、分子筛脱水,天然气脱水专题知识讲座,第30页,3、分子筛脱水工艺,当用分子筛用于天然气脱水时，分子筛对水有最高吸附强度，就水分而言，在吸附过程中分子筛床层存在,饱和段、吸附段及未吸附段三个区域；未吸附段虽未吸附水，但却可能吸附了酸气或烃类组分,。,随时间增加，饱和段及吸附段不停向前延伸，当吸附段前端抵达出口处时，出口气中水含量到达转效点而快速上升，此时继续吸附操作已不能到达所要求脱水深度而应切换再生。,分子筛再生均使用加热再生，以脱水后一个别干气或进料湿气加热后进入吸附器赶出分子筛内水分,，再生气可与进料湿天然气混合进入吸附器脱水。便在脱水深度要求高下应使用已脱水干气作为再生气。再生结束后冷却至常温，然后转入一下个吸附阶段。,三、分子筛脱水,天然气脱水专题知识讲座,第31页,3、分子筛脱水工艺,三、分子筛脱水,天然气脱水专题知识讲座,第32页,4、其它固体吸附剂脱水工艺,（1）硅胶,主要成份为SiO,2,，含微量Al,2,O,3,和水。用于脱水硅胶有粉状、圆柱条状和球状三种，并有细孔（2040，600700m2g）和粗孔（80100 ，300500 m,2,g）之分。,缺点：与液态水接触易炸裂，所以除尽可能预防液态水外，通常需要在气体进口处加一层不易为液态水破坏吸附剂。若气流内存在防腐剂，因为硅胶再生温度不足以使防腐剂脱附，造成防腐剂在硅胶上结焦，影响脱水效果。易于为液态烃堵塞。已脱水干气作为再生气。再生结束后冷却至常温，然后转入一下个吸附阶段。,三、分子筛脱水,天然气脱水专题知识讲座,第33页,4、其它固体吸附剂脱水工艺,（2）活性氧化铝,主要成份为Al,2,O,3,，并含有少许其它金属化合物（Na,2,O、Fe,2,O,3,等）和水。活性氧化铝也有细孔（约72 ）和粗孔（120130）之分，商用活性氧化铝做成粒径37 mm球状和圆柱条状。活性氧化铝比表面积210350m,2,g。,缺点：处理酸性天然气时，氧化铝能促使H,2,S与气体生成COS。吸附剂加热再生时，吸附床内残留固态硫，造成堵塞，影响正常脱水。易于为液态烃堵塞。,三、分子筛脱水,天然气脱水专题知识讲座,第34页,5、固体吸附剂选择,硅胶与分子筛价格相差不多，氧化铝价格约为分子筛二分之一。,相对湿度愈大，湿容量愈大；而且在相对湿度较高时，硅胶和氧化铝湿容量高于分子筛，所以硅胶和氧化铝适合用于气体水含量较大场所。,分子筛在相对湿度较小时有较高湿容量，所以适合用于气体深度脱水，要求干气露点很低场所。比如天然气冷凝法轻烃回收之前必须用分子筛脱水。,随温度升高，分子筛湿容量降低相对较慢，故必须在较高温度下脱水时，应采取分子筛。,三、分子筛脱水,天然气脱水专题知识讲座,第35页,6、固体吸附脱水工艺其它问题,（1）吸附剂再生,吸附剂再生是为了除去吸附质，恢复吸附剂活性。吸附剂再生过程就是吸附剂脱附过程。工业上常见再生方法是升温脱附，因为温度愈高，湿容量愈小。,通常是用脱过水天然气作为再生气体，将其加热到一定高温，从塔底进入，自下而上穿过整个床层，利用再生气所含有高温使吸附剂在吸附过程中所吸附水分汽化，并被再生气携带从顶部出塔。,脱附完成后，吸附床层温度很高，不利于吸附。所以需要用冷干气进行冷却，这一过程称为冷吹。冷却后塔方可进行吸附操作。,再生气和冷吹气都是从塔底进入，这么能够确保在吸附操作中未吸附脱水床层区域在再生操作中没有含水气流过，使吸附床层底部吸附剂得到完全再生。,三、分子筛脱水,天然气脱水专题知识讲座,第36页,6、固体吸附脱水工艺其它问题,（2）吸附剂内部结构,支撑隔栅：支撑吸附剂和瓷球重量。,瓷球：使气流比较均匀分布，再生时顶部瓷球还有压住吸附剂、预防吸附剂被吹跑作用。,支撑隔栅上丝网：预防瓷球漏下。,吸附剂床层上、下丝网：预防吸附剂漏出。,三、分子筛脱水,天然气脱水专题知识讲座,第37页,吸收法建设费用低。,吸收法操作费用低。吸收塔压降小，而且吸收法脱除单位质量水再生热小。,吸收法甘醇再生在常压下进行，补充甘醇轻易。,吸附法更换吸附剂时需中止生产,，有时影响向下游连续供气。,吸收装置脱水深度低。只能将天然气脱水至露点-40左右；,吸附法，尤其是分子筛能将气体含水脱至满足天然气深冷加工要求。,四、吸收与吸附脱水比较,天然气脱水专题知识讲座,第38页,吸收法对,原料气压力、温度、流量改变,敏感性较强；,吸附法脱水效果受工艺参数改变影响相对较小,。但原料气内C,7,+,质量分数大于0.3时，吸附法脱水较困难。,甘醇受污染、热降解或气流速度过高时轻易发泡，并对设备和管线产生腐蚀；,固体吸附剂不易腐蚀,，但颗粒轻易发生机械破碎。,气流中重烃、H,2,S、CO,2,等易使吸附剂中毒，丧失活性。,由上可知，,能到达干气露点要求前提下，通常甘醇吸收脱水比吸附脱水好，常见于管输天然气处理。需用冷凝法从天然气内回收轻油时，常见分子筛脱水。,四、吸收与吸附脱水比较,天然气脱水专题知识讲座,第39页,渗透性分离膜分离CO,2,和H,2,S原理及工艺在天然气脱酸性气体中详细描述。实际上，水分较CO,2,及H,2,S有更加好渗透性能，比如对于醋酸纤维素膜，水分渗透速率是CH,4,100倍，H,2,S10倍，CO,2,17倍。,美国空气及化学品企业已实现了膜分离脱水工艺商品化，其名称为PERMEA。,PERMEA采取新型Prism膜（非对称酣酸纤维素膜），膜分离器48MPa压力下运行，以进料量2%5%为反吹气，可脱除进料气中95%水汽，从而使之到达管输规格要求。,五、膜分离脱水,天然气脱水专题知识讲座,第40页,