天然氣集輸 第七章

天然氣集輸第七章第一頁，共四十頁，2022年，8月28日2項目一類二類三類高位發(fā)熱量，MJ/m3＞31.4總硫（以硫計），mg/m3≤100≤200≤460硫化氫，mg/m3≤6≤20≤460二氧化碳，

y，%≤3.0—水露點，℃在天然氣交接點的壓力和溫度條件下，天然氣的水露點應比最低環(huán)境溫度低。注：1、天然氣體積的標準參比條件是101.325kPa，20℃。2、國家標準實施之前建立的天然氣輸送管道，在天然氣交接點的壓力和溫度條件下，天然氣中應無游離水。無游離水是指天然氣經機械分離設備分不出游離水。表6-1天然氣的質量指標第二頁，共四十頁，2022年，8月28日3第一節(jié)

天然氣脫除酸性組分的方法天然氣脫水就是脫除天然氣中的水蒸氣，使其露點或含水量達到一定的要求。第一節(jié)

概

述1、低溫冷凝法2、溶劑吸收脫水法3、固體吸附脫水法第三頁，共四十頁，2022年，8月28日4第二節(jié)

溶劑吸收法脫水一、甘醇脫水的基本原理和物理性質第四頁，共四十頁，2022年，8月28日5每個甘醇分子中都有兩個羥基（ＯＨ）。羥基在結構上與水相似，可以形成氫鍵，氫鍵的特點是能和電負性較大的原子相連，包括同一分子或另一分子中電負性較大的原子。這是甘醇與水能夠完全互溶的根本原因。第五頁，共四十頁，2022年，8月28日6性

質二

甘

醇三

甘

醇分子式O(CH2CH2OH)2HO(C2H4O)2H4OH分子量106.1150.2冰點，℃-8.3-7.2閃點(開口)，℃143.3165.6沸點(760毫米汞柱)，℃245.0287.4相對密度，

1.11841.1254折光指數

1.44721.4559與水的溶解度()完全互溶完全互溶絕對粘度()，mPa.S35.747.8汽化熱，J/g(760毫米汞柱)347.5416.2比熱，kJ/(kg.K)2.30652.198理論熱分解溫度，℃164.4206.7實際使用再生溫度，℃148.9～162.8176.7～204.4表7-1甘醇的物理性質第六頁，共四十頁，2022年，8月28日7二、TEG吸收脫水的工藝流程第七頁，共四十頁，2022年，8月28日8提高三甘醇貧液濃度的方法主要采用氣體汽提法。第八頁，共四十頁，2022年，8月28日9三、含硫天然氣脫水第九頁，共四十頁，2022年，8月28日102、含硫天然氣TEG脫水存在的主要問題（1）系統(tǒng)構成復雜，可能泄漏的點增多，運行管理要求高，運行成本較高；（2）各集氣站均需要設置尾氣焚燒爐對TEG閃蒸過程中的含硫氣進行焚燒后排放，環(huán)境污染較大；（3）TEG存在一定的降解，TEG更換較頻繁，運行成本高；（4）濕氣及富液對設備的腐蝕嚴重；（5）需從天然氣凈化廠建一條高壓凈化氣管道至各集氣站，且汽提氣還需增壓后才能返回原料氣中，流程復雜；（6）廢棄的TEG處理困難。第十頁，共四十頁，2022年，8月28日11四、工藝操作條件影響三甘醇脫水裝置操作的主要因素是吸收塔的操作條件、三甘醇貧液濃度和三甘醇循環(huán)量。而三甘醇貧液濃度又是最關鍵的因素。1、吸收溫度甘醇溶液的吸收溫度一般為10~54℃，但最好在27~38℃。吸收溫度低于21℃時，甘醇溶液粘度過大，起泡增多，因而使塔板效率降低，甘醇損失增加，如低于10℃，脫水效果就明顯下降。吸收溫度高于43℃，進料氣中含水量太高，而且甘醇溶液的脫水能力也會下降。第十一頁，共四十頁，2022年，8月28日122、塔內壓力通常認為3.45~8.27MPa的脫水壓力是最經濟3、吸收塔的塔板數25%的塔板效率相鄰塔板的間隔一般為610mm4、貧甘醇的溫度貧甘醇溫度較吸收塔的出口氣體溫度高3~8℃。

第十二頁，共四十頁，2022年，8月28日135、甘醇的濃度圖7.7吸收塔溫度、進塔TEG貧液質量分數和出塔干氣平衡露點關系離開吸收塔的氣體的實際露點，一般較平衡露點高5~8℃。

第十三頁，共四十頁，2022年，8月28日146、甘醇重（再）沸器溫度把重沸器的溫度限制在177~199℃之間，

7、重沸器的壓力重沸器的壓力一般接近于常壓。8、汽提氣使用被水蒸氣飽和的濕氣作為汽提氣。圖7.8氣提氣量對TEG質量分數的影響第十四頁，共四十頁，2022年，8月28日159、甘醇比循環(huán)量三甘醇的比循環(huán)量一般為12.5~33L/kg水

10、精餾柱溫度精餾柱頂的溫度可通過調節(jié)柱頂回流量使其保持在99℃左右，柱頂溫度低于93℃時，由于水蒸氣冷凝量過多，會在柱內產生液泛，甚至將液體從塔頂吹出；柱頂溫度超過104℃時，甘醇就可能顯著地被蒸發(fā)而損失。

第十五頁，共四十頁，2022年，8月28日16部位溫度或溫度范圍，℃進料氣27~38甘醇溶液進吸收塔高于氣體3~8甘醇溶液進閃蒸分離器38~93（宜選65）甘醇溶液進過濾器38~93（宜選65）甘醇溶液進精餾柱93~149（宜選149）精餾柱頂部99（有氣提時為88）重沸器177~204（宜選193）三甘醇溶液進泵＜93（宜選82）表7-2甘醇脫水裝置操作溫度推薦值第十六頁，共四十頁，2022年，8月28日循環(huán)量和塔板數固定時，三甘醇濃度愈高則露點降愈大；循環(huán)量和三甘醇濃度固定時，塔板數愈多則露點降愈大，但一般都不超過10塊實際塔板；循環(huán)量、濃度與塔板數的相互關系塔板數和三甘醇濃度固定時，循環(huán)量愈大則露點降愈大，但循環(huán)量升到一定程度后，露點降的增加值明顯減少，而且循環(huán)量過大會導致重沸器超負荷，動力消耗過大，故最高不應超過33L/kg水。第十七頁，共四十頁，2022年，8月28日18五、TEG吸收脫水主要設備的設計計算1、吸收塔直徑計算2、吸收塔塔板數的確定第十八頁，共四十頁，2022年，8月28日193、閃蒸分離器停留時間，min。兩相分離器為5~10min；三相分離器為20~30min；4、再生塔精餾柱的直徑：第十九頁，共四十頁，2022年，8月28日205、重沸器（1）重沸器熱負荷（2）重沸器的尺寸重沸器火管表面平均熱通量的正常范圍是18kW/m2~25kW/m2，最高不超過31kW/m2。第二十頁，共四十頁，2022年，8月28日21第三節(jié)

固體吸附法脫水一、吸附操作原理第二十一頁，共四十頁，2022年，8月28日tB—吸附過程的轉效點單一可吸附物質（水汽）的氣體混合物在固定床上的基本吸附過程C0—進料氣的濃度CB—轉效點濃度。圖1吸附轉效曲線圖1（b）中陰影部分為吸附傳質段，其長度用hz表示；在吸附傳質段上部的吸附劑床層已被吸附物所飽和，稱為飽和吸附段，其長度用hs表示；在吸附傳質下部的吸附劑則尚未吸附物質，稱為未吸附段，其長度用hb表示；當AA線到達床層出口端時，達到了吸附的轉效點，出口氣流中吸附物濃度迅速上升，床層必須進行再生。第二十二頁，共四十頁，2022年，8月28日23二、吸附劑主要有活性氧化鋁、硅膠、分子篩等

類

型

物理性質硅

膠活性氧化鋁分子篩青島細孔0.3型R型H型H-151型F-1型～表面積，m2/g700750～830550～650740～770350210700～900孔體積，cm3/g0.43～0.450.31～0.340.50～0.540.27孔直徑，

20～3021～2321～2327～284～5平均孔隙度，%50～65655155～60真密度，g/L2.1～2.23.1～3.33.3/堆積密度，g/L>670720780720830～880800～880660～690假密度，g/L1.01.21.61.1比熱，J/(g，℃)0.9211.0471.0471.0050.837～1.047導熱系數，kJ/(m2.h.℃)0.5190.510()0.754()2.135(已脫水)再生溫度，℃120～230150～230180～450180～310150～310水含量(再生后)，%4.5～76.06.5變化靜態(tài)吸附容量（相對濕度60%），%重量3533.322～2514～1622顆粒形狀粒

狀粒

狀球

狀球

狀球

狀顆

粒圓柱狀第二十三頁，共四十頁，2022年，8月28日241、活性氧化鋁

組成%商品牌號Al2O3Na2OSiO2Fe2O3灼燒損失F-1H-151KA-201929093.60.901.400.30<0.101.10.020.080.10.026.56.06.02、硅膠

組成含量SiO2Fe2O3Al2O3TiO2Na2OCaOZrO2其它%99.710.030.100.090.020.010.010.03SiO2.nH-2O第二十四頁，共四十頁，2022年，8月28日253、分子篩Me—某些堿金屬或堿土金屬離子，如Na+、K+、Ca2+等；分子直徑為2.7～3.1

分子篩作為吸附劑的顯著優(yōu)點是：（1）具有很好的選擇吸附性（2）具有高效吸附特性(3)在較高溫下只有分子篩才是有效的脫水劑。第二十五頁，共四十頁，2022年，8月28日26

型號孔直徑?吸附質分子排除的分子應用范圍4A4直徑4?的分子，包括3?分子篩能吸附的分子及乙醇、H2S、CO2、SO2、C2H4、C2H6及C3H6直徑4?的分子，如丙烷等飽和烴脫水，泠凍系統(tǒng)干燥劑5A5直徑5?的分子，包括以上各分子及n-C4H9OH、n-C4H10、C3H8至C22H46直徑5?的分子，如異構化合物及4碳環(huán)化合物從支鏈烴及環(huán)烷烴中分離正構烴、脫水10X8直徑8?的分子包括以上各分子及異構烷烴，烯烴及笨二正丁基胺及更大分子芳烴分離13X10直徑10?的分子包括以上各分子及二正丙基胺(C4H9)-3N及更大分子同時脫水、CO2、H2S及硫醇表7-6各種分子篩性能表第二十六頁，共四十頁，2022年，8月28日27三、吸附法脫水1、吸附法脫水工藝流程第二十七頁，共四十頁，2022年，8月28日282、酸性天然氣分子篩脫水圖7.12酸性天然氣分子篩脫水工藝流程示意圖第二十八頁，共四十頁，2022年，8月28日294、分子篩吸附器設計計算（1）吸附周期確定短周期8小時24小時周期應作全面的技術經濟分析來確定吸附周期。第二十九頁，共四十頁，2022年，8月28日3、分子篩吸附器設計計算2）吸附器直徑（2）吸附器直徑計算（3）吸附劑用量計算式中：m—吸附劑用量，m3；wH—每小時脫出的水量，kg/h；τ—吸附周期，h；xS—吸附劑動態(tài)飽和吸附量，kg（水）/kg（吸附劑）；g—分子篩的堆密度，kg/m3。第三十頁，共四十頁，2022年，8月28日3、分子篩吸附器設計計算（4）吸附傳質區(qū)長度式中：hZ—吸附傳質區(qū)長度，m；

A—系數，分子篩=0.6；

q—床層截面積的水負荷，kg/m2.h；

vg—空塔線速，m/min；

—進吸附器氣體相對濕度，以%表示。第三十一頁，共四十頁，2022年，8月28日3、分子篩吸附器設計計算（5）轉效點計算式中：B—到達轉效點時間，h；

x—選用的分子篩有效吸附容量，%；

hT—整個床層長度，m；第三十二頁，共四十頁，2022年，8月28日3、分子篩吸附器設計計算（6）氣體通過床層的壓力降式中：P—壓降，kPa；

L—床層高度，m；

—氣體粘度，mPa.s；

vg—氣體流速，m/min；g—氣體操作狀態(tài)密度，kg/m3。分

子

篩BC球形4.1550.00135圓柱條形5.3570.00188球形11.2780.00207圓柱條形17.6600.00319第三十三頁，共四十頁，2022年，8月28日3、分子篩吸附器設計計算（7）再生氣用量計算再生氣進吸附器溫度一般為260℃左右。當再生氣出吸附器溫度升到180～200℃，并恒溫約2小時后，可認為再生完畢。

1）再生加熱所需的熱量式中：Q1—加熱分子篩的熱量，kJ；

Q2—加熱吸附器本身(鋼材)的熱量，kJ；

Q3—脫附吸附水的熱量，kJ；

Q4—加熱鋪墊的瓷球的熱量，kJ；第三十四頁，共四十頁，2022年，8月28日35圖8再生過程的溫度變化曲線1.再生氣進床層的溫度變化曲線2.再生氣出床層的溫度變化曲線3.原料濕氣溫度（環(huán)境溫度）吸附劑的再生過程可劃分為A、B、C、D四個階段:在A階段，烴類全部被脫附，水的脫附集中在階段B，階段C主要清除重烴等不易脫附的物質，增加再生后吸附劑的濕容量，階段D則冷卻床層至吸附溫度。T2≈110℃，T3≈127℃，TB≈116℃，T4≈175～260℃。再生氣體溫度和流量控制了每一階段的時間。第三十五頁，共四十頁，2022年，8月28日3、分子篩吸附器設計計算式中：G—再生氣用量，kg；Q—再生加熱所需的熱量，kJ；cp—再生氣用定壓比熱，kJ/(kg.℃)；—再生氣平均溫降，℃；t2—再生加熱結束時氣體出口溫度，℃；t3—再生氣進吸附器時的溫度，℃。吸附后床層溫度是t1，熱再生氣進出口平均溫度為t22）再生加熱所需的氣量計算第三十六頁，共四十頁，2022年，8月28日3