天然气工程-天然气预处理及轻烃回收

第十章天然气预处理及轻烃回收学习要求了解天然气地面工程概况掌握天然气计量分级及基本误差要求掌握节流的基本概念及基础理论掌握天然气水合物的基本性质理解解天然气脱水、脱酸基本方法掌握天然气轻烃回收基本原理和方法十五863子课题验收汇报

1节流的基本概念

（1）、井场工艺中的基本概念1）节流概述及能量方程2）微分节流效应3）积分节流效应十五863子课题验收汇报1）节流概述及能量方程特点：节流前后体系焓值相等。由稳定流动方程截面1截面2节流膨胀示意两截面焓差动能截面高差吸热对气体作功十五863子课题验收汇报2）微分节流效应

等焓节流时，微小压力变化所引起的温度变化称微分节流效应。微分节流效应系数：利用麦克斯韦关系式：无能量供给第一项小于零，第二项由于是压力降低也小于零。内能随压力的变化移动功随压力的变化αH<0温度降低十五863子课题验收汇报实际节流时，压降为一有限值有限压力变化所引起的温度变化为积分节流效应。在实际工作中，由于节流前后为有限压降，故温降也为一有限值。对于不同的天然气体系，在相同有限压降下，温降会有差异。3）积分节流效应十五863子课题验收汇报1）计量分级一级计量：气田外输干气与天然气销售公司的交接计量，综合误差要求±3%；二级计量：气田内部干气的生产计量，综合误差要求±5%；三级计量：气田内部湿气的生产计量，综合误差要求±7%。（2）、天然气计量十五863子课题验收汇报一级和二级计量我国主要采用孔板压差流量计。计算方法（参见SYL04-83)三级计量采用涡轮流量计（由于孔板流量计存在节流效应而不适宜湿气）2）计量仪表十五863子课题验收汇报LPG（C2,C3,C4）脱杂质分馏塔脱水及酸气轻烃回收外输天然气天然气油凝析油残渣排污排污及硫磺回收液原料气2、地面简要流程十五863子课题验收汇报在现场上常根据不同的要求进行安装脱杂质分馏塔脱水及酸气轻烃回收外输天然气天然气油凝析油残渣排污排污回收液原料气十五863子课题验收汇报脱杂质分馏塔脱水及酸气轻烃回收外输天然气天然气油凝析油残渣排污排污及硫磺回收液原料气十五863子课题验收汇报脱杂质分馏塔脱水及酸气轻烃回收外输天然气天然气油凝析油残渣排污排污及硫磺回收液原料气十五863子课题验收汇报3、脱杂质和排污现场用的两种分离器立式分离器卧式分离器分离方式主要采用的是离心式分离方法使用切线入口或内管造成入口气体的螺旋转动形成离心力现在主要采用内管式目前在第一级的脱杂质分离阶段主要采用立式分离器，主要是解决高速流动时，卧式分离的长度问题十五863子课题验收汇报4、天然气净化脱杂质分馏塔脱水及酸气轻烃回收外输天然气天然气油凝析油残渣排污排污及硫磺回收液原料气十五863子课题验收汇报（1）脱水的原因防止在低温设备中发生冻堵降低设备腐蚀降低输送过程中的水露点气质标准要求十五863子课题验收汇报1）防止在低温设备中发生冻堵主要原因是天然气中的小分子组分（如甲烷、乙烷，以至于丙丁烷等）与水在一定的温度和压力条件下形成水合物；天然气水合物（Gashydrates）是在石油和天然气开采、加工和运输过程中在一定温度和压力下天然气中的某些烃组分与液态水形成的冰雪状物质；当条件适合时天然气水合物会逐渐以结晶增长方式沉积在地层或管道中，严重时会堵塞井筒、油咀、线、阀门和设备，从而影响天然气的开采、集输加工过程的安全运行。十五863子课题验收汇报（2）天然气脱水方法固体吸附法液体吸收法冷却法十五863子课题验收汇报1）固体吸附法脱水选用特定的高效固体吸附剂，选择固体吸附剂通常应满足下列要求：①有强的选择性吸附水分子能力；②能再生和多次重复使用；③机械强度高，化学稳定性好；④资源广泛，价格低廉。常用的固体吸购剂主要有铝土矿、活性氧化铝、硅胶、各种分子筛。采用固体吸附剂脱水已形成成熟工艺技术。十五863子课题验收汇报各种固体干燥剂的吸附和再生过程基本上是一样的，设备和工艺流程也相同；天然气工业中主要采用固定床吸附塔，一般采用2～4个吸附塔，切换使用；分脱水、再生和冷却3个过程典型的双塔流程（p365）属于深度脱水固体吸附法脱水基本流程十五863子课题验收汇报天然气脱水常用的液体吸收剂有乙二醇、二甘醇、三甘醇和四甘醇等。如果要求脱水后气体露点降到-20到-40℃时，选用三甘醇脱水为好，四川气田几十年的生产实践证明，使用乙二醇和二甘醇时损失较大，而三甘醇以其较大的露点降低，技术上的可靠性和经济上的合理性而在天然气脱水中得到普遍使用，如四川卧龙河气田引进的脱硫装置中就带有配套的三甘醇脱水装置。2）液体吸收法十五863子课题验收汇报溶剂吸收法的适用范围用于大型天然气液化装置中脱出大部分水分；露点降仅为-22～-28℃。露点降：在同一压力下，被水汽饱和的天然气露点温度与经过脱水装置后同一气流的露点温度之差。十五863子课题验收汇报溶剂吸收法基本流程闪蒸罐缓冲罐游离液体泵过滤器富甘醇贫甘醇蒸馏塔甘醇吸收塔水蒸气闪蒸气干气原料气重沸器十五863子课题验收汇报三甘醇脱水装置工艺计算内容

（360~363页）确定进塔贫甘醇浓度确定吸收剂贫甘醇用量确定吸收塔塔板数确定吸收塔型号和塔径十五863子课题验收汇报干气的平衡露点当吸收塔顶的气体与进塔的贫三甘醇充分接触并达到平衡时，离塔干气的可能达到的最低露点；塔顶饱和含水汽量塔顶吸收温度和压力条件下可能达到的最低含水汽量；进塔贫三甘醇的浓度为达到最低干气露点所必须得浓度实践证明：当吸收塔的操作压力小于16.454MPa时，吸收塔顶出口干气的露点温度基本上与操作压力无关在实际工作中，操作压力远低于该值。确定进塔贫甘醇浓度十五863子课题验收汇报出塔干气的真实水露点温度Ta一般比出塔干气的平衡水露点温度Te高：即：一般为－8～10℃已知某天然气站TEG脱水装置进料压力为3.0MPa、温度为35℃，由于该天然气处理后直接收入一大型工厂，根据合同要求进厂干气的露点要达到-3℃。请问在进行实际操作时，需要的进塔贫TEG溶液的最低浓度是多少？

若温度偏差取－10℃Te＝

Ta－10＝－13十五863子课题验收汇报贫三甘醇溶液的浓度、用量及吸收塔理论接触段数与露点降是密切关联的参数。吸收装置单位时间所需要的三甘醇贫液用量可根据给定的工艺参数，先计算出单位时间的脱水量G，kg/d(或kg/h),再确定三甘醇溶液用量。G–––脱出的水量，kg/dV–––进入吸收塔的天然气，m3/dy–––进入吸收塔的天然气含水汽量，g/m3y’–––离开吸收塔的干气含水汽量，g/m3

则三甘醇贫液用量为

α–––由天然气中每吸收1公斤水气需要的三甘醇溶液，m3，一般α取为0.025～0.06m3。吸收剂贫甘醇溶剂用量的确定十五863子课题验收汇报吸收塔塔板板数的确定三甘醇脱水装置为典型的吸收––解吸收过程，可用标准的Kremser–Brown吸收因子方法。利用相平衡关系，并通过逐板作物料平衡计算：一般情况下，大多数工业三甘醇吸收塔中最常用的理论计算塔板设为1～1.5板。最多不超过2块理论板；三甘醇塔的效率25～40%。相应的可算得塔内最多塔板数不超过8板。

进料中的水的摩尔数离塔干气中水的摩尔数吸收因子理论塔板数十五863子课题验收汇报塔径的计算

C值设备和介质板间距46厘米板间距61厘米板间距76厘米油吸收塔700800850甘醇吸收塔––500550醇胺吸收塔––350395精镏塔和蒸镏釜440540600被处理气的质量流量，kg/h十五863子课题验收汇报冷却法可分先压缩后冷却和预先对气体进行深度冷冻两种。采用的冷却措施有氨循环制冷，节流膨胀，膨胀机致冷等。对高温、高压天然气，使用冷却法脱水比较经济。冷却法脱水也常作为其它脱水方法中的辅助措施，尤其对天然气脱水的粗分离是非常适用的。如四川卧尤河和川西北矿区所建的低温站，都采用节流膨胀获得低温天然气，既可回收凝折油，又可起冷却脱水的作用。3）冷却法十五863子课题验收汇报（3）天然气脱酸天然气常常含有硫化氢、二氧化碳和有机硫化物。由于水的存在，这些气体组分将生成酸或酸溶液，造成输气管道和设备的严重腐蚀。

国内外现有的脱硫方法很多，按不同的分类有不同的提法，若以脱硫剂的状态划分则可分为干法和湿法两大类。

干法–––采用固体脱硫吸附剂脱硫。这类吸附剂包括天然泡沸石，分子筛和海棉状氧化铁等。目前用于井站自用气和小量生活用气脱硫有C78–4B固体脱硫剂

湿法–––采用各种液体溶液脱硫剂脱硫。多用于高压天然气中酸性气含量较高的情况。湿法本身按其吸收方条件又可分为：化学吸收法、物理吸收法、复合法和直接氧化法。

十五863子课题验收汇报4、轻烃回收主要方法及回收率概述节流膨胀基本工艺透平膨胀基本工艺二级低温分离基本工艺简介十五863子课题验收汇报(1）主要方法及回收率概述方法产品回收率（%）C2C3C4C5+常温油吸收5407587低温油吸收15559095简单冷冻25759397阶式冷冻708595100JT阀节流709097100透平膨胀8597100100十五863子课题验收汇报（2）节流膨胀制冷分离基本工艺低温分离器分离器稳定塔甘醇提浓塔甘醇泵换热去油罐闪蒸气针形阀旁通换热混合室进气干气十五863子课题验收汇报1）节流膨胀轻烃回收流程工艺计算基本单元节流低温分离器节流膨胀致冷低温原理节流膨胀模拟计算方法节流膨胀最佳操作条件分析稳定塔稳定塔计算原理模拟计算方法十五863子课题验收汇报（a）节流膨胀致冷低温原理特点：节流前后体系焓值相等。由稳定流动方程截面1截面2节流膨胀示意两截面焓差动能截面高差吸热对气体作功十五863子课题验收汇报

等焓节流时，微小压力变化所引起的温度变化称微分节流效应。微分节流效应系数：利用麦克斯韦关系式：无能量供给第一项小于零，第二项由于是压力降低也小于零。内能随压力的变化移动功随压力的变化αH<0温度降低参见P228页第一节节流调压十五863子课题验收汇报（c）节流膨胀致冷低温原理-积分节流效应实际节流时，压降为一有限值有限压力变化所引起的温度变化为积分节流效应。在实际工作中，由于节流前后为有限压降，故温降也为一有限值。对于不同的天然气体系，在相同有限压降下，温降会有差异。十五863子课题验收汇报(d)节流膨胀基本流程三相分离混合室进料低温分离器提浓塔稳定塔甘醇泵干线气油罐JT阀十五863子课题验收汇报基础数据入口条件下的焓H1计算给定出口压力P2和温度初值T2平衡冷凝计算求H2和液化率e|H1-H2|＜ε重设T2否输出结果是（e）节流膨胀模拟方法十五863子课题验收汇报两种分析方法1.恒定上游温度和压力，调节分离压力，以获得不同条件下回收量的比较。2.恒定上游和节流后的分离压力，调节上游温度，以获得不同条件下回收量的比较。规律第一种方法，存在一最佳回收分离压力第二种方法，回收量与上游温度成正比(f)节流膨胀最佳操作条件分析十五863子课题验收汇报原理恒压、恒温条件下的相平衡模拟计算方法等温闪蒸方法（g）稳定塔计算十五863子课题验收汇报气体处理入口分离脱甲烷塔透平膨胀机—压缩机膨胀机JT阀再压缩压缩机重沸器脱甲烷装置产品计量站商品天然气去销售换热器（3）低温透平膨胀工艺流程十五863子课题验