采氣工程第十一章天然氣預(yù)處理及輕烴回收

?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)第十一章

天然氣預(yù)處理及輕烴回收學(xué)習(xí)要求了解天然氣地面工程概況掌握天然氣計(jì)量分級(jí)及基本誤差要求掌握節(jié)流的基本概念及基礎(chǔ)理論掌握天然氣水合物的基本性質(zhì)理解解天然氣脫水、脫酸基本方法掌握天然氣輕烴回收基本原理和方法第一頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)

1節(jié)流的基本概念

（1）、井場(chǎng)工藝中的基本概念1）節(jié)流概述及能量方程2）微分節(jié)流效應(yīng)3）積分節(jié)流效應(yīng)第二頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)1）節(jié)流概述及能量方程特點(diǎn)：節(jié)流前后體系焓值相等。由穩(wěn)定流動(dòng)方程截面1截面2節(jié)流膨脹示意兩截面焓差動(dòng)能截面高差吸熱

對(duì)氣體作功

第三頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)2）微分節(jié)流效應(yīng)

等焓節(jié)流時(shí)，微小壓力變化所引起的溫度變化稱(chēng)微分節(jié)流效應(yīng)。微分節(jié)流效應(yīng)系數(shù)：利用麥克斯韋關(guān)系式：

無(wú)能量供給第一項(xiàng)小于零，第二項(xiàng)由于是壓力降低也小于零。內(nèi)能隨壓力的變化移動(dòng)功隨壓力的變化αH<0溫度降低第四頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)實(shí)際節(jié)流時(shí)，壓降為一有限值有限壓力變化所引起的溫度變化為積分節(jié)流效應(yīng)。在實(shí)際工作中，由于節(jié)流前后為有限壓降，故溫降也為一有限值。

對(duì)于不同的天然氣體系，在相同有限壓降下，溫降會(huì)有差異。3）積分節(jié)流效應(yīng)第五頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)1）計(jì)量分級(jí)一級(jí)計(jì)量：氣田外輸干氣與天然氣銷(xiāo)售公司的交接計(jì)量，綜合誤差要求±3%；二級(jí)計(jì)量：氣田內(nèi)部干氣的生產(chǎn)計(jì)量，綜合誤差要求±5%；三級(jí)計(jì)量：氣田內(nèi)部濕氣的生產(chǎn)計(jì)量，綜合誤差要求±7%。（2）、天然氣計(jì)量第六頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)一級(jí)和二級(jí)計(jì)量我國(guó)主要采用孔板壓差流量計(jì)。計(jì)算方法（參見(jiàn)SYL04-83)三級(jí)計(jì)量采用渦輪流量計(jì)（由于孔板流量計(jì)存在節(jié)流效應(yīng)而不適宜濕氣）2）計(jì)量?jī)x表第七頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)LPG（C2,C3,C4）外輸天然氣天然氣油凝析油殘?jiān)盼叟盼奂傲蚧腔厥找涸蠚?、地面簡(jiǎn)要流程第八頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)在現(xiàn)場(chǎng)上常根據(jù)不同的要求進(jìn)行安裝外輸天然氣天然氣油凝析油殘?jiān)盼叟盼刍厥找涸蠚獾诰彭?yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)外輸天然氣天然氣油凝析油殘?jiān)盼叟盼奂傲蚧腔厥找涸蠚獾谑?yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)外輸天然氣天然氣油凝析油殘?jiān)盼叟盼奂傲蚧腔厥找涸蠚獾谑豁?yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)3、脫雜質(zhì)和排污現(xiàn)場(chǎng)用的兩種分離器立式分離器臥式分離器分離方式主要采用的是離心式分離方法使用切線(xiàn)入口或內(nèi)管造成入口氣體的螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)形成離心力現(xiàn)在主要采用內(nèi)管式目前在第一級(jí)的脫雜質(zhì)分離階段主要采用立式分離器，主要是解決高速流動(dòng)時(shí)，臥式分離的長(zhǎng)度問(wèn)題第十二頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)4、天然氣凈化

外輸天然氣天然氣油凝析油殘?jiān)盼叟盼奂傲蚧腔厥找涸蠚獾谑?yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)（1）脫水的原因防止在低溫設(shè)備中發(fā)生凍堵降低設(shè)備腐蝕降低輸送過(guò)程中的水露點(diǎn)氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求第十四頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)1）防止在低溫設(shè)備中發(fā)生凍堵主要原因是天然氣中的小分子組分（如甲烷、乙烷，以至于丙丁烷等）與水在一定的溫度和壓力條件下形成水合物；天然氣水合物（Gashydrates）

是在石油和天然氣開(kāi)采、加工和運(yùn)輸過(guò)程中在一定溫度和壓力下天然氣中的某些烴組分與液態(tài)水形成的冰雪狀物質(zhì)；當(dāng)條件適合時(shí)天然氣水合物會(huì)逐漸以結(jié)晶增長(zhǎng)方式沉積在地層或管道中，嚴(yán)重時(shí)會(huì)堵塞井筒、油咀、線(xiàn)、閥門(mén)和設(shè)備，從而影響天然氣的開(kāi)采、集輸加工過(guò)程的安全運(yùn)行。第十五頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)（2）天然氣脫水方法固體吸附法液體吸收法冷卻法第十六頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)1）固體吸附法脫水選用特定的高效固體吸附劑，選擇固體吸附劑通常應(yīng)滿(mǎn)足下列要求：

①

有強(qiáng)的選擇性吸附水分子能力；

②

能再生和多次重復(fù)使用；

③

機(jī)械強(qiáng)度高，化學(xué)穩(wěn)定性好；

④

資源廣泛，價(jià)格低廉。

常用的固體吸購(gòu)劑主要有鋁土礦、活性氧化鋁、硅膠、各種分子篩。采用固體吸附劑脫水已形成成熟工藝技術(shù)。第十七頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)各種固體干燥劑的吸附和再生過(guò)程基本上是一樣的，設(shè)備和工藝流程也相同；天然氣工業(yè)中主要采用固定床吸附塔，一般采用2～4個(gè)吸附塔，切換使用；分脫水、再生和冷卻3個(gè)過(guò)程典型的雙塔流程（p365）屬于深度脫水固體吸附法脫水基本流程第十八頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)

天然氣脫水常用的液體吸收劑有乙二醇、二甘醇、三甘醇和四甘醇等。如果要求脫水后氣體露點(diǎn)降到-20到-40℃時(shí)，選用三甘醇脫水為好，四川氣田幾十年的生產(chǎn)實(shí)踐證明，使用乙二醇和二甘醇時(shí)損失較大，而三甘醇以其較大的露點(diǎn)降低，技術(shù)上的可靠性和經(jīng)濟(jì)上的合理性而在天然氣脫水中得到普遍使用，如四川臥龍河氣田引進(jìn)的脫硫裝置中就帶有配套的三甘醇脫水裝置。2）

液體吸收法第十九頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)溶劑吸收法的適用范圍用于大型天然氣液化裝置中脫出大部分水分；露點(diǎn)降僅為-22～-28℃。露點(diǎn)降：在同一壓力下，被水汽飽和的天然氣露點(diǎn)溫度與經(jīng)過(guò)脫水裝置后同一氣流的露點(diǎn)溫度之差。第二十頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)溶劑吸收法基本流程緩沖罐游離液體泵過(guò)濾器富甘醇貧甘醇蒸餾塔水蒸氣閃蒸氣干氣原料氣重沸器第二十一頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)三甘醇脫水裝置工藝計(jì)算內(nèi)容

（360~363頁(yè)）

確定進(jìn)塔貧甘醇濃度確定吸收劑貧甘醇用量確定吸收塔塔板數(shù)確定吸收塔型號(hào)和塔徑第二十二頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)干氣的平衡露點(diǎn)當(dāng)吸收塔頂?shù)臍怏w與進(jìn)塔的貧三甘醇充分接觸并達(dá)到平衡時(shí)，離塔干氣的可能達(dá)到的最低露點(diǎn)；塔頂飽和含水汽量塔頂吸收溫度和壓力條件下可能達(dá)到的最低含水汽量；進(jìn)塔貧三甘醇的濃度為達(dá)到最低干氣露點(diǎn)所必須得濃度實(shí)踐證明：當(dāng)吸收塔的操作壓力小于16.454MPa時(shí)，吸收塔頂出口干氣的露點(diǎn)溫度基本上與操作壓力無(wú)關(guān)在實(shí)際工作中，操作壓力遠(yuǎn)低于該值。確定進(jìn)塔貧甘醇濃度第二十三頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)出塔干氣的真實(shí)水露點(diǎn)溫度Ta一般比出塔干氣的平衡水露點(diǎn)溫度Te高：即：

一般為－8～10℃已知某天然氣站TEG脫水裝置進(jìn)料壓力為3.0MPa、溫度為35℃，由于該天然氣處理后直接收入一大型工廠，根據(jù)合同要求進(jìn)廠干氣的露點(diǎn)要達(dá)到-3℃。請(qǐng)問(wèn)在進(jìn)行實(shí)際操作時(shí)，需要的進(jìn)塔貧TEG溶液的最低濃度是多少？

若溫度偏差取－10℃Te＝Ta－10＝－13第二十四頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)貧三甘醇溶液的濃度、用量及吸收塔理論接觸段數(shù)與露點(diǎn)降是密切關(guān)聯(lián)的參數(shù)。吸收裝置單位時(shí)間所需要的三甘醇貧液用量可根據(jù)給定的工藝參數(shù)，先計(jì)算出單位時(shí)間的脫水量G，kg/d(或kg/h),再確定三甘醇溶液用量。

G–––脫出的水量，kg/dV–––進(jìn)入吸收塔的天然氣，m3/dy–––進(jìn)入吸收塔的天然氣含水汽量，g/m3y’–––離開(kāi)吸收塔的干氣含水汽量，g/m3

則三甘醇貧液用量為

α–––由天然氣中每吸收1公斤水氣需要的三甘醇溶液，m3，一般α取為0.025～0.06m3。吸收劑貧甘醇溶劑用量的確定第二十五頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)吸收塔塔板板數(shù)的確定三甘醇脫水裝置為典型的吸收––解吸收過(guò)程，可用標(biāo)準(zhǔn)的Kremser–Brown吸收因子方法。利用相平衡關(guān)系，并通過(guò)逐板作物料平衡計(jì)算：

一般情況下，大多數(shù)工業(yè)三甘醇吸收塔中最常用的理論計(jì)算塔板設(shè)為1～1.5板。最多不超過(guò)2塊理論板；三甘醇塔的效率25～40%。相應(yīng)的可算得塔內(nèi)最多塔板數(shù)不超過(guò)8板。

進(jìn)料中的水的摩爾數(shù)離塔干氣中水的摩爾數(shù)

吸收因子

理論塔板數(shù)第二十六頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)塔徑的計(jì)算888

C值設(shè)備和介質(zhì)板間距46厘米板間距61厘米板間距76厘米油吸收塔700800850甘醇吸收塔––

500550醇胺吸收塔––

350395精鎦塔和蒸鎦釜440540600被處理氣的質(zhì)量流量，kg/h

第二十七頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)

冷卻法可分先壓縮后冷卻和預(yù)先對(duì)氣體進(jìn)行深度冷凍兩種。采用的冷卻措施有氨循環(huán)制冷，節(jié)流膨脹，膨脹機(jī)致冷等。對(duì)高溫、高壓天然氣，使用冷卻法脫水比較經(jīng)濟(jì)。冷卻法脫水也常作為其它脫水方法中的輔助措施，尤其對(duì)天然氣脫水的粗分離是非常適用的。如四川臥尤河和川西北礦區(qū)所建的低溫站，都采用節(jié)流膨脹獲得低溫天然氣，既可回收凝折油，又可起冷卻脫水的作用。

3）

冷卻法

第二十八頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)（3）

天然氣脫酸天然氣常常含有硫化氫、二氧化碳和有機(jī)硫化物。由于水的存在，這些氣體組分將生成酸或酸溶液，造成輸氣管道和設(shè)備的嚴(yán)重腐蝕。

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的脫硫方法很多，按不同的分類(lèi)有不同的提法，若以脫硫劑的狀態(tài)劃分則可分為干法和濕法兩大類(lèi)。

干法–––采用固體脫硫吸附劑脫硫。這類(lèi)吸附劑包括天然泡沸石，分子篩和海棉狀氧化鐵等。目前用于井站自用氣和小量生活用氣脫硫有C78–4B固體脫硫劑

濕法–––采用各種液體溶液脫硫劑脫硫。多用于高壓天然氣中酸性氣含量較高的情況。濕法本身按其吸收方條件又可分為：化學(xué)吸收法、物理吸收法、復(fù)合法和直接氧化法。

第二十九頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)4、輕烴回收主要方法及回收率概述節(jié)流膨脹基本工藝透平膨脹基本工藝二級(jí)低溫分離基本工藝簡(jiǎn)介第三十頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)(1）主要方法及回收率概述方

法

產(chǎn)品回收率（%）

C2

C3

C4

C5+

常溫油吸收

5

40

75

87

低溫油吸收

15

55

90

95

簡(jiǎn)單冷凍

25

75

93

97

階式冷凍

70

85

95

100

JT閥節(jié)流

70

90

97

100

透平膨脹

85

97

100

100

第三十一頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)（2）節(jié)流膨脹制冷分離基本工藝分離器甘醇泵換熱去油罐閃蒸氣針形閥旁通換熱混合室干氣第三十二頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)1）節(jié)流膨脹輕烴回收流程工藝計(jì)算基本單元節(jié)流低溫分離器節(jié)流膨脹致冷低溫原理節(jié)流膨脹模擬計(jì)算方法節(jié)流膨脹最佳操作條件分析穩(wěn)定塔穩(wěn)定塔計(jì)算原理模擬計(jì)算方法第三十三頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)（a）節(jié)流膨脹致冷低溫原理特點(diǎn)：節(jié)流前后體系焓值相等。由穩(wěn)定流動(dòng)方程截面1截面2節(jié)流膨脹示意兩截面焓差動(dòng)能截面高差吸熱

對(duì)氣體作功

第三十四頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)

等焓節(jié)流時(shí)，微小壓力變化所引起的溫度變化稱(chēng)微分節(jié)流效應(yīng)。微分節(jié)流效應(yīng)系數(shù)：利用麥克斯韋關(guān)系式：

無(wú)能量供給第一項(xiàng)小于零，第二項(xiàng)由于是壓力降低也小于零。內(nèi)能隨壓力的變化移動(dòng)功隨壓力的變化αH<0溫度降低參見(jiàn)P228頁(yè)第一節(jié)節(jié)流調(diào)壓第三十五頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)（c）節(jié)流膨脹致冷低溫原理-積分節(jié)流效應(yīng)實(shí)際節(jié)流時(shí)，壓降為一有限值有限壓力變化所引起的溫度變化為積分節(jié)流效應(yīng)。在實(shí)際工作中，由于節(jié)流前后為有限壓降，故溫降也為一有限值。對(duì)于不同的天然氣體系，在相同有限壓降下，溫降會(huì)有差異。第三十六頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)(d)節(jié)流膨脹基本流程

三相分離混合室進(jìn)料甘醇泵干線(xiàn)氣油罐JT閥第三十七頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)入口條件下的焓H1計(jì)算給定出口壓力P2和溫度初值T2平衡冷凝計(jì)算求H2和液化率e|H1-H2|＜ε重設(shè)T2否輸出結(jié)果是（e）節(jié)流膨脹模擬方法第三十八頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)兩種分析方法

1.恒定上游溫度和壓力，調(diào)節(jié)分離壓力，以獲得不同條件下回收量的比較。2.恒定上游和節(jié)流后的分離壓力，調(diào)節(jié)上游溫度，以獲得不同條件下回收量的比較。規(guī)律第一種方法，存在一最佳回收分離壓力第二種方法，回收量與上游溫度成正比(f)節(jié)流膨脹最佳操作條件分析第三十九頁(yè)，共四十四頁(yè)。?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)原理恒壓、恒溫條件下的相平衡模擬計(jì)算方法等溫閃蒸方法（g）穩(wěn)定塔計(jì)算第四十頁(yè)，共四十四頁(yè)。十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)?#?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)透平膨脹機(jī)—壓縮機(jī)膨脹機(jī)JT閥再壓縮壓縮機(jī)重沸器脫甲烷裝置