《甘醇与水的分离》PPT课件.ppt

1、天燃气脱水，第一节天然气水合物第二节乙二醇脱水第三节固体干燥剂脱水第四节脱水方法选择，第一节天然气水合物、一、天燃气饱和含水量二、天然气水合物、一、天燃气饱和含水量、天燃气饱和含水量的大小取决于温度、压力和瓦斯气体组成。 确定天燃气饱和含水量的方法有图解法、实验法、状态方程法3种。 根据瓦斯气体内是否含有酸瓦斯气体，天燃气的饱和含水量与压力、温度的关系可分为2种。 一种是不含酸瓦斯气体(或酸瓦斯气体含量少)的甜滋滋瓦斯气体图谱，另一种是含有酸性瓦斯气体的酸瓦斯气体图谱。 如图1、甜滋滋瓦斯气体图所示，天燃气的饱和含水量随压力、温度有变化的关系。 可知压力越高，温度越低，饱和含水量越小。 在一定

2、压力下与天燃气的饱和含水量对应的温度称为天燃气水露点。 在某种压力下，水露点越低，饱和含水量越小。 如果瓦斯气体的实际温度高于水露点，则瓦斯气体处于未饱和状态，如果不析出液体的水的瓦斯气体的实际温度低于水露点，则瓦斯气体过饱和，析出液态水。 当天燃气的相对密度变为0.6时，瓦斯气体饱和含水量降低，能够乘以相对密度校正因数进行校正。 含天燃气和盐水的接触也能够降低天燃气的饱和含水量，乘以含盐的校正因数进行补正。 水中盐分含量，g/L； 瓦斯气体的相对密度、瓦斯气体温度。 2、酸瓦斯气体图压力小于2.0MPa时，酸瓦斯气体浓度对天燃气含水量几乎没有影响，因此可以用甜滋滋瓦斯气体图进行调查。 在高压

3、时，天燃气的饱和含水量随着酸瓦斯气体浓度的升高而增大。 在压力超过2.0 MPa时，可以用Campbell法求出酸性天燃气的含水量。 Campbell法：用甜滋滋瓦斯气体调查的天燃气中水的质量浓度、mg/m3； CO2水的质量浓度、mg/m3； H2S水的质量浓度、mg/m3； 瓦斯气体成分的摩尔分数。 天燃气内饱和CO2有效含水量天燃气内饱和H2S的有效含水量、3、饱和含水量的测定方法有多种瓦斯气体含水量测定方法，有常见的露点法、吸收质量法和KarlFischer (卡尔费休)法。 1 )露点法：在一定压力下，瓦斯气体以一定的产水量流过露点修正，仪器的测量腔内有研磨金属镜面，其温度可以人为精

4、密调节准确测量。 随着镜面温度的逐渐降低，气体在水中饱和后镜面开始结露，此时的镜面温度为水露点。 从水露点显示查找表可以得到瓦斯气体饱和含水量。 2 )吸收法：瓦斯气体通过充满P2O5的吸收管，吸收剂P2O5吸收瓦斯气体内的水分，通过精确测量P2O5的质量增加值和通过吸收管的瓦斯气体量，求出瓦斯气体内的含水量。 3 )卡尔费休法：通过用卡尔费休试剂吸收天燃气中的水分，测定中和卡尔费休试剂所需的天燃气量，可以求出瓦斯气体的含水量。 卡尔费休试剂配制：8 mol吡啶2 mol二氧化硫15 mol甲醇1 mol碘元素、二、天然气水合物，在一定温度和压力条件下，天燃气的某些成分和液态水生成的外形如冰，

5、但结晶结构和冰不同的笼形化合物称为天然气水合物。 1 .物理性质为白色固体晶体，外观比压实的类似冰雪的水轻，比液态烃重，相对密度为0.960.98的半稳定性，在大气环境下即可分解。 2、用结构x射线衍射法测定水合物结构，瓦斯气体水合物为多个填充瓦斯气体分子笼状晶格组成的晶体，晶体结构有I、II、h型3种. 1)I型晶体结构：体心立方结构，由46个水分子组成，合订有8个笼状晶格，可容纳8个气体分子。 其中6个大小(12个正五角形、2个正六角形构成的十四面体片、平均自由直径0.59毫微米)、2个小(正五角形构成的十二面体、平均自由直径0.52毫微米)。 分子式为s2l 646 h 20，2 ) i

6、i型晶体结构：金刚石晶体立方结构，由136个水分子组成，共有订正24个笼状晶格，可容纳24个瓦斯气体分子。其中8个大小(12个正五角形、4个正六角形构成的十六面体、平均自由直径0.69毫微米)、16个小(正五角形构成的十二面体、平均自由直径0.48毫微米)。 分子式为s16 l 8136 h 20，12个正五角形、2个正六角形、正五角形、12个正五角形、4个正六角形、3)H型结晶结构：对于h型水合物还在研究中，并不太为人所知，h型水合物由34个水分子组成，共享的其中一个较大由8个正六角形构成的二十面体)，2个中的(3个正四角形、6个正五角形、3个正六角形构成的十二面体)，3个小(由正五角形构成

7、的十二面体)。 分子式为S3S2L134H20，由于晶格空洞大小，直径不同的瓦斯气体分子形成不同种类的瓦斯气体水合物。 天燃气中的CH4、C2H6、C02、H2S可以形成稳定的I型水合物。 在各气体分子的周围，68个水分子，即CH46H2O C2H68H2O H2S6H2O C026H2O大分子量成分C3H8和i-C4H10 (异丁烷)只进入II型水合物内的大腔，形成II型水合物。 在各气体分子的周围有17个水分子，即C3H817H2O i-C4H1017H2O。 瓦斯气体分子填充满腔室的程度取决于外部压力和温度，室内被瓦斯气体分子充满的程度越高，水合物越稳定。 当室未被瓦斯气体分子占据时，结

8、构处于亚稳定状态，被称为相的瓦斯气体分子占据室形成稳定的结构，被称为h相。 3、生成条件(1)瓦斯气体处于水蒸气的过饱和状态，或者有液态水，即瓦斯气体和液态水共存(2)一定的压力温度条件高压低温(3)气体处于湍流脉动状态，如压力变动或水流突变引起的搅拌，或者晶种(固体腐蚀产物、水垢等)的存在促进水合物的产生。 因此，在节流孔大板块、弯头、阀门、测量管线上瓦斯气体温度的温度校正井等处容易产生水合物。 4、图解法预测水合物的生成，即在满足水分条件时，预测生成水合物的压力、温度条件。 一般的图解法有只考虑瓦斯气体的相对密度的相对密度法和考虑相对密度和酸瓦斯气体含量的酸性瓦斯气体图两种。 (1)相对密

9、度法曲线的左上方为水合物存在区。 右下方是水合物不存在的区域。 从图中可知，瓦斯气体的相对密度可以调查在一定温度下生成水合物的压力，或者在一定压力下生成水合物的温度。 回归相关式：(2)当酸性瓦斯气体图天燃气中含有CO2和H2S时，将CO2换算成H2S含量，换算关系为1 mol H2S=0.75 mol CO2，求出H2S总含量。 从气体压强力、H2S含量、瓦斯气体相对密度可以调查水合物生成温度。 C3含量校正：可根据H2S含量、瓦斯气体内C3含量、气体压强力调查校准值。 C3含量高时修正值为正，含量低时为负。 5 .防止水合物生成的方法破坏水合物生成条件，可以防止水合物生成。 主要有3种方法

10、(1)加热气流，使气体温度高于气体水露点(2)对天燃气进行干燥剂脱水，使露点在操作温度以下(3)向气流中注入抑制剂。 现在广泛采用的抑制剂是水合物抑制剂，90年代以后开发的动力学抑制剂和防聚合剂也日益受到重视和使用。 动力学抑制剂和阻聚剂的共同特点是不改变水合物生成的压力、温度条件，延迟水合物的成核和结晶生长，或阻止水合物的聚合和生长，防止水合物堵塞管道。 1 )长距离气体管线水合物预防措施对于长距离气体管线防止水合物生成，可以采用以下方法：天燃气脱水，注入降低瓦斯气体内水含量和水露点输送温度、使瓦斯气体温度高于瓦斯气体水露点的水合物抑制剂。 天燃气脱水是长距离瓦斯气体供给线防止水合物生成的最

11、有效且最彻底的方法。2 )矿场采气管线和集气管线水合物预防措施采气管线：瓦斯气体通过联合特罗尔阀或孔时，气体压强力降低，云同步发生J-T效应，瓦斯气体膨胀降温，孔下游生成水合物堵塞管线。 集气管线：管线的热损失使瓦斯气体温度降低，下游容易生成水合物，堵塞管线。 防止矿场采气管线和集气管线、水合物生成的方法：注入加热阻化剂。 一般的加热设备是蒸汽逆流式茄克衫热交换设备和水茄克衫炉。 6 .具有水合物抑制剂的盐和醇类溶解于水中，吸引水分子，改变水合物相的化学位，降低气体水合物的生成温度，或提高水合物的生成压力，防止水合物的生成。 此类物质被称为水合物抑制剂或热力学抑制剂，通称防冻液。 水合物抑制剂

12、主要有氯化物和醇类两种。 氯化物抑制剂多为氯化物，例如NaCl、KCl、MgCl2、CaCl2和AlCl3等可以作为水合物抑制剂使用，其防冻效果为Al3 Mg2 Ca2 Na K。 缺点：有腐食性，容易堆积在金属表面的小产水量露点要求不高时才对应。 因此，在实践中很少被采用。 醇类抑制剂用作水合物抑制剂的醇类主要为甲醇(MeOH )、六乙二醇(EG )或二六乙二醇(DEG )，三者对比：甲醇使水合物生成温度下降幅度最大，抑制效果最好，六乙二醇其次，二六乙二醇最小。 由于甲醇的冻结点远低于六乙二醇和二六乙二醇，甲醇可应用于任何气体温度，但六乙二醇在温度低于-9、二六乙二醇低于-6时不可用。 甲醇

13、的蒸汽压力最高，容易气化，可以直接注入(一般不回收)。 六乙二醇和二六乙二醇的蒸汽压低，必须用喷雾头将二醇雾化，使小液滴分散到气流内，才能有效抑制水合物的生成。 六乙二醇和二六乙二醇的气相损失小，回收装置所需的甲醇投资低，但操作费用高(空气量小，经常用于断断续续地注入人，防止季节性地生成水合物和临时管线和设备的防冻液)。 六乙二醇和二六乙二醇投资高，但操作成本低(经常用于瓦斯气体量大、需要连续注入抑制剂的情况)。 甲醇对形成的水合物有一定的解冻作用。 甲醇有中毒性，需要相应的防护措施。 二醇系阻化剂和液态烃的分离困难，一部分二醇丢失，因此二醇系阻化剂适用于温度高的情况。 二六乙二醇与六乙二醇相

14、比，虽然蒸汽压低，气相损失小，但防冻液效果比六乙二醇差。 六乙二醇和甲醇是最常用的水合物抑制剂。 二醇水溶液的冻结点(粘稠糊状)与水溶液中的质量浓度有关。 由图可知，在质量浓度6075下，冻结点最低，流变性最好。 因此，实际上该浓度范围的二醇水溶液作为抑制剂被广泛使用。 第二节二醇脱水、一、二醇二、二醇脱水原理流程三、二醇脱水典型流程四、二醇再生方法五、二醇脱水的主要设备六、二醇污染和质量要求、天燃气脱水可采用的方法有二醇吸收脱水、固体干燥剂吸附脱水、冷凝脱水以及国内外正在研发的膜分离脱水深度用露点下降表示，是指进入脱水装置前的瓦斯气体露点和脱水后的瓦斯气体露点之差。 一、二醇、一、二醇具有较

15、强的吸水性能。 六乙二醇是六乙二醇的缩聚物，被称为聚乙烯管二醇，通称六乙二醇。 其化学通式为CnH2n(OH)2。 两个六乙二醇可以缩聚生成二六乙二醇和水，二六乙二醇和六乙二醇可以再缩聚生成三乙二醇和水。 2 .由于与二六乙二醇相比，三乙二醇脱水的优点沸点高，可以在较高的温度下再生，再生贫液浓度高，瓦斯气体露点高。 由于蒸汽压低，所以三乙二醇蒸发和被气体携带损失小。 分解温度高，热安定性好，不易随热变质，有利于再生。 脱水操作费用低。因此，三乙二醇脱水的应用很广泛。 二、二醇脱水原理的流程，二醇脱水工艺主要由二醇高压吸收和常压加热再生两部分组成。 (少量六乙二醇蒸汽)，典型的三、三乙二醇脱水流

16、程，1吸收塔2一口气贫二醇热交换设备3分流阀4冷却盘管5再生塔6一重沸器7单六乙二醇缓冲罐； 8贫富的二醇热交换设备9富六乙二醇预热热交换设备10-闪光灯隔板1 1机织物过滤烟嘴12活性炭过滤器13单二醇泵； 14-洗涤塔段，底部的洗涤塔段，四，二醇再生方法，1，降压再生：二醇再生在常压下进行，将再锅炉压力降低到真空状态，在相同的再沸温度下可以提高二醇溶液浓度。 2、放散再生：将湿气或干瓦斯气体作为蒸汽提取，再生塔高温不饱和瓦斯气体，与富二醇液接触中降低溶液表面水蒸气分压，从二醇内吸收大量水蒸气，提高二醇贫液浓度。 蒸汽萃取瓦斯气体可以直接注入再沸器，也可以通过发散柱注入，后者萃取效果更好。

17、1再生塔2一再沸器3贫液放散柱4-二醇热交换设备。3、共沸再生：在再沸器内，共沸剂和二醇溶液中的残留水作为低沸点共沸物气化，从再生塔顶流出，进行蒸发制冷冷凝，进入分离器分离水后，用泵将共沸剂转为再沸器循环使用。 所用共沸剂应具有不溶于水和三乙二醇，与水形成低沸点共沸物，无毒，蒸发损失小等性质。 常用的共沸剂是异辛烷。1再沸器2再生塔3冷却器4-共沸物分离器； 五循环水泵六六乙二醇热交换设备。 五、二醇脱水的主要设备，1、入口分离器入口分离器的作用是分离供给湿天燃气内的液体和固体杂质，如游离水、液烃、砂土和铁元素锈等固体杂质以及流动上游的采气、集中气流内的各种化学试剂等。 供给湿天燃气内液体和固

18、体杂质的存在造成以下方面的危害：液烃和固体杂质容易使塔内的二醇发泡，堵塞塔板，降低二醇脱水能力的游离水增加了二醇循环量、再沸器热负荷、热消耗以及二醇损失量。 盐水可能腐蚀钢材，使再沸器的火管表面局部过热，烧焦。 因此，为了确保脱水品质，延长装置的寿命，需要在吸收操作前进行液固杂质的分离。 2 .吸收塔1 )组成的吸收塔组成由四个部分组成：底部的洗涤塔瓦斯气体段：构成入口分离器和两段洗涤塔瓦斯气体，降低瓦斯气体杂质所致二醇污染中部吸收段上部的瓦斯气体贫二醇冷却盘管：控制贫二醇溶液与瓦斯气体有适宜的温度差。 2 )类型的吸收塔可以采用板式塔或填料塔：塔径小于035 m时，使用通常的填料塔。 大型脱水装置多采用