2.《天然气加工工程》习题、指导与训练2016.10.09课件

1、12.天然气加工工程习题、指导与训练要求： 考核范围：系统掌握利用教材、讲义核心内容；2注重训练：独立完成和理解本作业与训练-1，注重理解，提高解决实际问题的能力;3公平竞争：考核结果取决于你自己的努力；4教师关注：考核质量和及格率两大问题！5F = A*30% + B*70% + C* 0%）作业与训练-1、基本概念和原理1-1 天然气中的烃类主要包括三种：烷烃、环烷烃和芳烃，基本不含 烯烃及炔烃。1-2 气田气的重烃含量一般较低，多数不超过10%，油田伴生气 的重烃含量相对较高，凝析气田气居中。【排序】2【非烃气体】气田气中常见的非烃气有含硫物质、含氧物质及其它气 _A）含硫物质：无机硫化

2、合物（H2S）和有机硫化合物（硫醇（RSH）、硫醚（RSR、）二硫醚（RSSR、 羰基硫（COS）、二硫化碳（CS2）、噻吩（C4H4S）等。B）含氧物质:包括 CO2、CO（极少卜出 0。C）其它气体:N2、H2、Hg 蒸气及 He 等惰性气体，其中 He 是宝贵的惰性气体资源。3 天然气分类（1）按照矿藏特点分类1）纯气田天然气、（2）凝析气田天然气 和（3）油田伴生气C5以上重烃液体含量低于v10cm3。C5以上重烃液体含量高于10cm3。C3以上烃类液体含量低于v100cm3。C3以上烃类液体含量高于100cm3。（3） 按酸气含量分类按酸气含量的多少，天然气可分为4 气体状态方程1）

3、理想气体状态方程：pV = nRT2）范德华气体状态方程:5 通常砜胺溶液配比？为什么先脱硫后脱水？（1） 环丁砜（SF） 40% 、甲基二乙醇胺（MDEA ） 45%、水 15%（2）在砜胺溶液中，水作为醇胺的溶剂、粘度调节、传热载体、脱硫气夹带水蒸气。6 斯科特法尾气处理催化剂：CoO - MoO3- Al2O37 斯科特法尾气处理化学原理:天然气按矿藏特点不同可分为（2）按天然气烃类组成分类：1基方井口流出物中1基方井口流出物中1基方井口流出物中1基方井口流出物中【干气】【湿气】【贫气】【富气】酸性气 和洁气.其中 H2S 含量20mg/m3称为酸性气3）实际气体压缩因子:pVm_ pV

4、RT nRTZ = 1 理想气体；Z 1 可压缩性小;4） Redlich-Kwong 方程：Z_!可压缩性大RTaVm-b T1/2Vm(Vmb)aaR2Tc25/pbbRTc/Pc2反应式：SO2+3H2= H2S+2H2O H(560) = -214.2 KJS8+ 8H2= 8H2S H(560) = -294KJ催化水解：COS +H2O = H2S+CO2CS2+2H2O = CO2+ 2H2S8.LNG 概念：液化天然气。NGL 概念：由天然气中回收的液烃混合物称为天然气凝液(NGL)，组成上覆盖 C2C6+，又称为轻烃。9.酸气负荷和净酸气负荷？10. 砜胺法脱硫工艺的基本流程

5、主要由吸收、闪蒸、换热、再生四部分构成。11. 抑制剂质量分数与天然气水合物生成温度降的关系(P78-81)K wM . THanmmerschmidt 方程LT=- 或w =-(1 _w)MK M . T?T:天然气水合物生成温度降,单位 K;w:抑制剂质量分数,%M:抑制剂的相对分子量；K :抑制剂种类常数，其中K(甲醇)=1297、K(乙二醇)=222212.冷凝分离的四大系统包括：(2 )冷量获得系统；(2)净化系统；(3)分离及精馏系统；(4)热量和冷量交换系统。13. 冷剂制冷法中，冷剂可以是氨、丙烷、乙烷，也可以是它们的混合物。制冷工质中，氨制冷范围： 25C 30C;丙烷制冷范

6、围：35C 40C。14. 直接膨胀制冷法中，膨胀制冷设备主要有：(1)节流阀；(2)透平膨胀机；(3)热分离机。15. 根据压容图和温熵图，逆向卡诺循环可表示为四个过程：(1)绝热(等熵)压缩;(2)等温压缩;(3)等熵膨胀;(4)等温膨胀。16. 冷冻机可逆循环系数：JFQ1/LQ21) = Tj/(Tg-T1)17. 真实冷冻机非可逆循环系数：旦 Q/LQ2Q1日也 T22I1L18. 压缩制冷系统包括 4 个阶段：(1)压缩；(2)冷凝;(3)节流;(4)蒸发。19. 可逆热机效率(审)和可逆冷冻机系数(&R)分别为：迅=T”(Tz-T 丄)和 YR = (TJ-T2)/TJ2

7、0. 天然气提氦工艺包括：固体吸附法，溶剂吸收法，扩散法,膜渗透法,低温冷凝法。21. 给下列过程制冷量大小排序：(A)等熵膨胀(Qs)；(B)等焓膨胀(QH)；(C)静态热分离机(QSTS)；(D)旋转式热分离机(QRTS)。【QH QSTS QRTS 0.1%(v/v)23. 进入液化装置的天然气满足：33(1) H2S 3.5 mg/m；COS 0.1mg/L；总硫量 50 mg/m。(2)CO2 100 mg/L(3)H2O 0.1 mg/L(4)Hg 液态水)(B)CH46 H2O 或 C2H67 H2O,p 液态水)4(D)M (6-7)H2O, M = CH4, C2H6等，P液

8、烃)p 液态水)2. 在天然气脱水过程中，描述天然气脱水程度的工业指标是()(A)水露点；(B)露点降；(C)出塔干气实际露点；(D)水合物含量;3. 内插公式表达正确的是()(A)y = y1+ (y2-yi)/(X2-x” (x-x1)(B) y = y2+(y2-yi)/(X2-xi) (x2-x)1p0，则在温度 Ti(设 T1 T 醇胺法 物理溶剂法；(B)醇胺法 砜胺法 物理溶剂法(C)物理溶剂法 砜胺法 醇胺法；(D)不确定11.天然气中仅有 CO2酸性组分时，天然气净化主要任务是脱碳，适合此工况的方法是()(A)使用冷甲醇、碳酸丙烯酯等物理吸收法(脱碳)(B)热碱钾法(选择性脱

9、硫)(C)砜胺法(同时脱硫脱碳)(D)活化 MDEA 法或膜分离法(天然气脱碳)12.工业上天然气脱水的常用吸收溶剂是()(A) 三甘醇(TEG)(B)分子筛(C)活性铝土矿或活性氧化铝(D)硅胶13.适合于天然气深度脱水的吸收剂是()(A ) 三甘醇(TEG)(B)分子筛(露点降最大)(C)活性铝土矿或活性氧化铝(D)硅胶14.克劳斯法硫回收化学原理主要包括以下两个反应：(1) 2H2S + 302T2H2O + 2SO2, CH4+ 02宀 2 缶 0(2) 3H2S + 3/2SO2T3H2O + 3/xSxX = 2-10 , H298= 47.45 kJ/mol其中对反应(2)的描述

10、正确的是 ()(A)在所有操作温度下，反应(2) H0(T) 0 ;(B)在所有操作温度下，反应(2) H0(T) 627C时， H(T) 0 ,而在 T 0 ;18.在天然气脱酸气过程中，最容易与(A )一乙醇胺(MEA)(C)二异丙醇胺(DIPA)19 在天然气脱酸气过程中，基本不为(A )一乙醇胺(MEA)(C)二异丙醇胺(DIPA)7(B)二乙醇胺(DEA)(D)甲基二乙醇胺(MDEA)20. 在天然气脱酸气过程中，导致甲基二乙醇胺水溶液变质的主要因素是(A)COS、CS2发生水解反应；(B) CO?所致的醇胺降解反应；(C)甲基二乙醇胺氧化降解；(D)酸性杂质与甲基二乙醇胺形成热稳定

11、盐21. 酸气吸收塔和再生塔是最容易发泡的部位，下列陈述不是导致吸收液发泡的因素为()(A )活性炭粉化；(B)设备腐蚀产生的固体颗粒(C)氧进入系统引起吸收液降解；(D)溶液再生不合格而雾漠夹带严重22. 深冷分离温度为：()(A) 20C35C;(B) 35C40C;(C)40C45C;(C)40C100C23加拿大 Delta 公司研发的温克劳斯(MCRC)工艺，其特点是：()。(A)吸附液态硫的催化剂在硫露点以下再生；(B)最后一级或两级转化温度在硫露点与凝固点之间；(C) 最后一级转化器温度降至凝固点以下；(D) 硫回收率达到 99.5%以上；24. 以下均是对超级克劳斯硫磺回收工艺

12、特征的描述，其中不正确的是：()(A)空气和酸气比例控制范围增大；(B)设有预加氢装置，提高了有机硫转化能力；(C) 在第三级选择性氧化转化器中H2S 直接生产 S 单质；(D) 硫回收率大于 99.5%，严格满足环保要求；25. 卡诺热机逆循环构成：(A)理想的热机；(B)热效率最高；(C)理想的冷冻机；(D)实际冷冻机26. 热分离机工作过程包括：()(A)系统获得热量，所以系统气体温度升高；(B)从系统移除热量，所以系统气体温度降低；(C) 对外做功，所以系统气体温度降低；(D) 系统因节流膨胀和移除热量而降低温度。27. 斯科特法尾气处理工艺包括还原、吸收两个工段，错误操作描述为：()

13、(A)用 H2+CO 气体还原 SO2，并使得 COS 和 CS2催化水解；(提示：残留的 S 单子也被还原)(B)以 H2S 形式回收克劳斯尾气中的硫物种，但并不直接生产硫磺；(C) 用甲基二乙醇胺(MDEA)液吸收(H2S)；(D) 解吸 H2S 返回克劳斯工艺，而吸收塔顶气可灼烧排空。28. 斯科特法尾气处理工艺包括还原、吸收两个工段，错误操作描述为：()(A)用 出+CO 气体还原 SO2和 S 单子；(B)使得 COS 和 CS?催化水解；(C)用甲基二乙醇胺(MDEA)液吸收(H2S)； (D)回收的 H2S 经选择性氧化直接生产硫磺。(提示：回收 H2S 只能返回克劳斯硫回收装置

14、)29. 斯科特法尾气处理工艺还原段催化剂：()(A)天然气铝矶土或活性 AI2O3； (B) TiO2-SiO28(C) ZnO2；(D) C0O-M0O3/AI2O3(提示：对不同硫物种具有催化还原活性)30. 在超级克劳斯硫回收催化剂的失活原因中，描述不正确的是()(A)老化(B)硫沉积和炭沉积(C)硫酸盐化(D) COS、CS2中毒 (提示：C0O-M0O3/AI203催化 COS、CS2还原和水解)31. 对于油吸收法 NGL 回收方工艺的描述，其中不正确的是()(A)常温油吸收一般在 30C操作，回收 C3+为主要目的；(B)中温油吸收一般在一 20C以上，回收 C3为目的；9(C

15、) 低温油吸收一般在一 40C左右，回收 C2C3烃为目的。(D)富吸收油进入富油稳定塔，脱出C2+烃类。根据冷冻系数定义尸 QI/AL= QI/(Q2 Qi)，对真实冷冻机制冷量表达不正确的是：(A) Qi；(B);AL； (C) ?(Qi- Q2);(D) TI(Q2-QI)/T2-TI根据冷冻系数定义尸 QI/AL= QI/( Q2 Qi),对真实冷冻机制冷量的正确表达是：(A) Q2；(B) Q2T1/T2； (C) ?(Qi- Q2);(E) TI(Q2-QI)/T2-TI天然气通过气嘴等节流部件后，气体温度降()(A)降低 (B)升高(C)不变(D)无任何变化规律天然气的节流过程是

16、一个()过程(A)可逆 (B)不可逆 (C)等温(D)近似绝热天然气的偏差系数又称压缩因子(Z)，是指 ()(A) 在相同温度、压力下，真实气体的体积与理想气体的体积之比值(B) 在相同温度、压力下，真实气体的体积与相同量理想气体的体积之比值(C) 在相同温度、压力下，理想气体的体积与相同量真实气体的体积之比值(D) PVm/RTTi天然气的相对压力 PrT0时；压缩因子(Z)(A) ZT0(B) ZTi.0(C) Z Es上式中 Ws：含硫量(mg) ； V:回滴时所用 Na2S2O3标准液的体积(ml); VF：空白试验所耗 Na2S2O3体积(ml); Es： S 分子量，N :摩尔浓度

17、。3)实验步骤；2.利用右图所示反凝析现象，可以回收天然气凝析液。试 阐述：1)反凝析现象包括四种情况：等压反凝析(7T8);等压反蒸发(8T7)等温反凝析(4T3);等温反蒸发(3T4)2)等温反凝析过程与(绝热)节流膨胀过程的区别。等温反凝析过程：反凝析现象的运用是在天然气开采中实现。天然气开采多属等温降压过程(4T3),当天然气从高凝析液。节流膨胀过程:3.描述天然气水合物的结构和形成条件。如何防治管输天然气中的天然气水合物生成？ 天然气水合物也叫可燃冰，它是由非极性或弱极性气体分子与接近冰点的水接触,键作用将形成有别于冰晶格的笼形晶格并将气体分子包络其中。1脱水：脱水后天然气的露点降满

18、足管输要求；压井口喷出时，压力下降，出现反凝析现象，得到凝析液适当控制压力水分子靠氢(点 3)可最大限度采出天然气122添加抑制剂和防聚剂：13a） 热力学抑制剂，如 NaCI, CaCl2等无机盐电解质或醇类，如甲醇，乙二醇；b）动力学抑制剂；如酪氨酸及其衍生物、N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）的聚合物；c） 防聚剂，如烷基芳香族磺酸盐、4什么是露点、什么是露点降？为什么要对管输天然气进行严格的脱酸气和脱水？5什么是天然气选择性脱硫、选择性脱碳？6-1 吸收液酸气负荷的选择对原料气净化度和吸收液循环量的影响。【要点】 酸气负荷与净化度成反比，采用低酸气负荷有利于保证净化度；（2 分）酸气负荷与收

19、液循环量成反比，在保证酸气脱除质量前提下，适当提高酸气负荷，可减少 循环量，境地能耗。6-2 斯科特酸气对克劳斯装置的影响P226（二） 阐述1、用图示比较直流法与分流法工艺1）直流法：自行总结2）分流法：原料酸气 1/3 进入燃烧炉，使烃类完全燃烧， H2S全部氧化成 S02,经废热锅炉后与另外 2/3 原料酸 气混合进入催化转化器，再冷却和进入次级的催化转化。&已知酸气中 H2S 含量，请选择适合的克劳斯硫回收工艺。原料气中 H2S 含量适合的克劳斯硫回收工艺2530%1025%0.005 = 4.93 m /minH2S 摩尔含量：4.93/22.4 = 0.22 kmol/mi

20、nC02含量（流率）:986X0.02 = 19.72 m3/minCO2摩尔含量：19.72/22.4 = 0.88 kmol/min不考虑净化气中 H2S 和 CO2含量，则脱出总酸气量:0.22 + 0.88 = 1.1 kmol/min所需 MEA 量：1.1/0.285 (净负荷)=3.86 kmol/min3MEA 循环量：3.86/2.45 = 1.58 m /min考虑贫液酸气残留和安全裕度，设计MEA 循环量：2 m3/min【例题 2】某天然气脱硫装置，采用15 %(w) 乙醇胺(MEA)水溶液作为吸收剂，天然气处理量为1.42 106m3/d(天)，吸收塔操作压力 0.6

21、3MPa (表压)，天然气中含 H2S 0.5%(v)、CO2为 5%(v)，净 化气要求H2S 含量在 6 mg/m3(标准)以下，天然气温度为 32C,乙醇胺溶液入塔温度为 40C。若已知贫液总酸量为 0.130 kmol/kmol (MEA)，吸收塔底富液总酸量为0.415 kmol/kmol (MEA)。试求：(1) MEA 溶液净酸气负荷；(2)MEA 溶液的最低循环量。解：(1) MEA 溶液净酸气负荷天然气 n(H2S)/n(CO2)= 0.25 mol/mol3MEA 摩尔浓度：997X5%(w)/61.08 = 2.45 kmol/m净酸气负荷： 0.415 - 0.130

22、= 0.285 kmol/kmol(MEA)(2)MEA 溶液的最低循环量63天然气处理量：1.42X0 /(24 60)= 986 m /minH2S 含量(流率):986 0.005 = 4.93 m3/minH2S 摩尔含量：4.93/22.4 = 0.22 kmol/minCO2含量(流率):986X0.02 = 19.72 m3/minCO2摩尔含量：19.72/22.4 = 0.88 kmol/min不考虑净化气中 H2S 和 CO2含量，则脱出总酸气量：0.22 + 0.88 = 1.1 kmol/min所需 MEA 量：1.1/0.285 (净负荷)=3.86 kmol/min

23、3MEA 循环量：3.86/2.45 = 1.58 m /min考虑贫液酸气残留和安全裕度，设计MEA 循环量：2 m3/min【例 2A】某天然气脱硫装置，用 20 %(w) 一乙醇胺(MEA)水溶液作为吸收剂，天然气处理量为 1.42 106m3/天，天然气中含 H2S 0.5%(V)、CO2为 2%(v)。已知：MEA 平均式量 M=61 , MEA 溶液浓度 20 w% , 在 3050C密度位 997 kg/m3;贫液总酸量 0.130 kmol/kmol(MEA)，吸收塔底富液总酸量为 0.415 kmol/kmol(MEA)，净化气要求 H2S 含量在 6 mg/m3(标准)。试

24、求：(1) MEA 摩尔浓度和 MEA 溶 液净酸气负荷；(2) MEA 溶液的最低循环量；(3)净化气中残留 H2S 摩尔流率。解：(1)天然气处理量：1.42X06/(24 60)= 986 m3/min3MEA 摩尔浓度：997 20%(w)/61 = 3.27 kmol/mMEA 净酸气负荷：0.415 - 0.130 = 0.285 kmol/kmol (MEA)(2) MEA 溶液的最低循环量25H2S 含量(流率):986 0.005 = 4.93 m /minH2S 摩尔含量(流率):4.93/22.4 = 0.22 kmol/minCO2含量(流率):986X0.02 = 19.72 m3/minCO2摩尔含量(流率):19.72/22.4 = 0.88 kmol/min不考虑净化气中 H2S 和 CO2含量，则脱出总酸气量：0.22 + 0.88 + 986 6 X1 反/34 = 1.1 kmol/min所需 MEA 流量：1.1/0.285 (净负荷)=3.86 kmol/min3MEA 最低循环量：3.86/3.27 = 1.18 m /min(3)净化气中 H2S 摩尔流率986 6