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天然气脱水修改课件

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天然气 脱水 修改 课件
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Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 Dehydration Processes Liquid Desiccants Solid Desiccants Expansion Refrigeration New Dehydration Processes 1College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 1 Introduction 一 天然气脱水的主要原因 The major reasons for dehydrating natural gas are 1 天然气会与其中所带的液体或水形成固体化合 物 造成堵塞阀门 设备甚至是整个管线 Natural gas can combine with liquid or free water to form solid hydrates that can plug valves fittings or even pipelines 2 造成腐蚀 特别是在CO2 和H2S存在的情况下 If not separated from the produced water the natural gas is corrosive especially when CO2and or H2S are also present 2College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 1 Introduction 3 水会在管线中冷凝 从而造成段塞流 Water can condense in the pipeline causing slug flow and possible erosion and corrosion 4 对于长输管线 会降低管线的输气能力 减少 天然气的热值 Water vapor increases the volume and decreases the heating value of the gas 5 外输气必须满足气体质量标准 Sales gas contracts and or pipeline specifications have a maximum water content 3College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 1 Introduction 6 脱水能保证天然气在深冷的条件下装置能正常 运行 Dehydrating allows operation of cryogenic and refrigerated absorption plants without freeze ups 因此必须把大部分水脱除 4College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 1 Introduction 二 脱水的方法二 脱水的方法 冷冻 加压法 冷冻 加压法 液体吸收法 液体吸收法 固体吸附法 固体吸附法 目前普遍采用吸收法和吸附法脱水 目前普遍采用吸收法和吸附法脱水 5College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 1 Introduction 一 一 冷却脱水法冷却脱水法 1 1 直接冷却法直接冷却法 由于天然气的含水量随着温度的降低而减少 所以直由于天然气的含水量随着温度的降低而减少 所以直 接冷却降低天然气温度可以减少天然气的含水量 但此法接冷却降低天然气温度可以减少天然气的含水量 但此法 效率太低 难以达到气体露点要求 只能作为辅助手段 效率太低 难以达到气体露点要求 只能作为辅助手段 2 2 加压冷却法加压冷却法 因为天然气含水量随压力的升高而减少 所以 增加因为天然气含水量随压力的升高而减少 所以 增加 天然气压力可以降低天然气的含水量 加压与冷却联合 天然气压力可以降低天然气的含水量 加压与冷却联合 可提高天然气的脱水效率 但天然气加工中的加压 冷却可提高天然气的脱水效率 但天然气加工中的加压 冷却 并不是以脱水为目的 而是工艺需要 并不是以脱水为目的 而是工艺需要 6College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 3 3 膨胀制冷冷却法膨胀制冷冷却法 当井口气的压力较高时当井口气的压力较高时 可以利用气体高压膨胀 可以利用气体高压膨胀 获得的低温使天然气冷却获得的低温使天然气冷却 脱水 当膨胀后的气体温脱水 当膨胀后的气体温 度较低时 开始用注入乙度较低时 开始用注入乙 二醇或二甘醇抑制剂的方二醇或二甘醇抑制剂的方 法 以抑制水合物的形成法 以抑制水合物的形成 5 1 Introduction 7College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 1 1 常用脱水吸收剂常用脱水吸收剂 天然气吸收脱水就是利用对天然气中的水蒸天然气吸收脱水就是利用对天然气中的水蒸 汽具有很强汽具有很强亲和能力亲和能力的吸收剂与天然气逆流接触的吸收剂与天然气逆流接触 来脱除天然气中的水份 常用的脱水剂是甘醇类来脱除天然气中的水份 常用的脱水剂是甘醇类 化合物和氯化钙水溶液 目前广泛采用的甘醇类化合物和氯化钙水溶液 目前广泛采用的甘醇类 化合物是二甘醇和三甘醇 化合物是二甘醇和三甘醇 二二 吸收法 吸收法 5 1 Introduction 8College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 2 2 甘醇法脱水的优缺点甘醇法脱水的优缺点 投资较低投资较低 压降较小压降较小 甘醇法脱水为连续操作 而固体吸附剂法为间歇操作甘醇法脱水为连续操作 而固体吸附剂法为间歇操作 采用甘醇法脱水时补充甘醇比较容易 而采用固体吸采用甘醇法脱水时补充甘醇比较容易 而采用固体吸 附剂法脱水时从吸附塔 干燥器器附剂法脱水时从吸附塔 干燥器器 中更换固体吸附剂费中更换固体吸附剂费 时较长时较长 再生时 脱除水分所需热量较少再生时 脱除水分所需热量较少 杂质对甘醇脱水装置操作影响甚小杂质对甘醇脱水装置操作影响甚小 甘醇脱水装置脱水效果较好甘醇脱水装置脱水效果较好 5 1 Introduction 9College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 天然气的露点要求低于天然气的露点要求低于 32 32 时 需要采用汽提法进行再时 需要采用汽提法进行再 生 生 甘醇受污染或分解后具有腐蚀性 甘醇受污染或分解后具有腐蚀性 三 吸附法脱水 三 吸附法脱水 吸附法是利用某些多孔性固体吸附剂对天然气中的水蒸汽的吸附法是利用某些多孔性固体吸附剂对天然气中的水蒸汽的 特殊吸附力来吸附脱除天然气中的水份 特殊吸附力来吸附脱除天然气中的水份 甘醇法脱水与吸附法脱水相比 其缺点是 甘醇法脱水与吸附法脱水相比 其缺点是 5 1 Introduction 10College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 脱水后的干气露点可低至脱水后的干气露点可低至 100 100 相当于水含量为 相当于水含量为0 8mg0 8mg m m 3 3 对进料气压力 温度及流量的变化不敏感 对进料气压力 温度及流量的变化不敏感 无严重的腐蚀及起泡 无严重的腐蚀及起泡 吸附法的缺点是 吸附法的缺点是 需要两个或两个以上吸附器切换操作 故其投资及操作费用较高 需要两个或两个以上吸附器切换操作 故其投资及操作费用较高 压降较大 压降较大 天然气中的重烃 天然气中的重烃 H H 2 2 S S和和COCO 2 2 等可使固体吸附剂污染 等可使固体吸附剂污染 固体吸附剂颗粒在使用中易产生机械性破损 固体吸附剂颗粒在使用中易产生机械性破损 再生时消耗的热量较多 在小流量操作时更为显著 再生时消耗的热量较多 在小流量操作时更为显著 吸附法的优点是 吸附法的优点是 5 1 Introduction 11College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 2 Liquid Desiccants 天然气工业应用的最早的脱水方法之一 这也是目前 天然气工业中应用最普遍的方法 一 溶剂类型 天然气脱水常用的溶剂是甘醇类物质 如二甘醇 DEG 三甘醇 TEG 和四甘醇 TREG DEGTEGTREG 12College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 2 Liquid Desiccants 1 甘醇溶液特性 分子中存在羟基和醚团 能与水中的H形成氢键 2 应用情况 TEG溶液使用最广 优点 热稳定性好 易于再生 吸湿性高 蒸气压低 损失量小 运行可靠 露点降大 浓溶液不会固化等优点 在美国 在溶剂吸收法装置中 三甘醇溶液占85 在我国 因考虑各类甘醇产量及价格等因素 二甘醇 和三甘醇均有采用 13College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 2 Liquid Desiccants 14College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 2 Liquid Desiccants 二 TEG脱水工艺流程 1 基本原理 利用气体吸收 解吸原理 2 TEG脱水系统的构成 吸收系统 吸收天然气中的水分 让水分进入溶液 再生系统 包括闪蒸罐 汽提塔 贫 富液换热器等 对TEG溶液进行再生 除去溶液中的水分 3 TEG法原则工艺流程 TEG脱水原则工艺流程如下图 15College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 2 Liquid Desiccants 16College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 17College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 2 Liquid Desiccants 4 主要设备作用 1 原料气分离器 作用 分离原料气夹带的固体或液滴 如砂子 管线 腐蚀产物 液烃以及井下作业用的化学药剂等 思考 这些杂质对三甘醇脱水的影响有哪些 类型 卧式或立式分离器 内装金属网除沫器 若原料气夹带有很多细小的固体粒子或液滴 可采用 过滤式分离器或水洗式旋风分离器 分离器是保证TEG溶液清洁操作的重要设备 18College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 2 Liquid Desiccants 2 吸收塔 作用 气液传质场所 使气相中的水分转入TEG中 类型 填料塔或者板式塔 塔顶设置除沫器 思考 除沫器的功能是什么 小塔径多采用填料塔 海上平台多采用填料塔 大直径多采用板式塔 因TEG溶液循环量小 为有利 气液传质 塔板一般用泡罩塔板 处理量大时用浮阀塔 3 闪蒸罐 作用 闪蒸出溶解在富TEG溶液中的烃类 19College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 2 Liquid Desiccants 思考 为什么要闪蒸富TEG溶液中的烃类 参数 操作压力为0 35 0 53MPa 溶液的停留时间为 5 20min 重烃含量少的天然气 停留10min 4 过滤器 作用 除去TEG溶液中的固体粒子和溶解性杂质 溶液中固体含量应低于0 01 质量分数 以防止磨损 泵 堵塞换热设备 污染塔盘或填料 导致溶液发泡 类型 固体过滤器 活性炭过滤器 位置 设置在闪蒸罐的后面 20College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 2 Liquid Desiccants 思考 过滤器为什么要设在闪蒸罐后面 活性炭过滤器可除去溶解性杂质 如高沸点的烃类 表面活性剂 压缩机润滑油以及TEG降解产物等 5 再生塔和重沸器 作用 提浓富TEG溶液 蒸馏富TEG溶液中的水分 类型 再生塔的精馏柱一般填充1 2 2 4m填料 相当于2 3块理论塔板 其中1块为重沸器 重沸器一般采用釜式 采用火管加热 在有条件的场 合也可以用蒸汽加热 21College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 重沸器的作用重沸器的作用是用来提供热是用来提供热 量将富甘醇加热至一定温度 使量将富甘醇加热至一定温度 使 富甘醇中所吸收的水分汽化并从富甘醇中所吸收的水分汽化并从 精榴柱顶排放 除此以外 重沸精榴柱顶排放 除此以外 重沸 器还要提供回流热负荷以及补充器还要提供回流热负荷以及补充 散热损失 散热损失 甘醇脱水装置是通过重釜器甘醇脱水装置是通过重釜器 温度来控制再生深度和贫甘醇浓温度来控制再生深度和贫甘醇浓 度 度 5 2 Liquid Desiccants 22College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 2 Liquid Desiccants 6 贫 富液换热器 作用 控制进闪蒸罐和过滤器的富液温度 并回收贫 液的热量 一般让富液升温至148 左右进再生塔 以减轻重沸器 的热负荷 类型 管壳式换热器 也可在贫液缓冲罐中设置换热盘管来代替 7 缓冲罐 作用 贮存液体 23College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 2 Liquid Desiccants 5 其它的TEG脱水工艺流程 TEG脱水的各种工艺流程 吸收部分大致相同 再生部分有所不同 目的是提高TEG的浓度 1 常压加热再生 2 减压再生 24College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 2 Liquid Desiccants 3 气体汽提再生 将TEG溶液与热的汽 提气接触 降低水蒸气的 分压 可以提浓到99 95 露点降75 85 25College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 2 Liquid Desiccants 4 共沸再生 再生时加入共沸剂 与水形成低沸点共沸物 可提浓到99 95 露点 降75 85 优点 共沸剂在系统 中循环 无大气污染 缺点 增加设备和汽 化共沸剂的能耗 26College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 2 Liquid Desiccants 三 影响TEG脱水的主要因素 影响TEG脱水效果的主要因素是系统的操作条件 1 进料气温度和压力 进料气温度不宜低于15 一般说来 三甘醇装置的入口气体温度为26 43 若进料气压力低于三甘醇脱水最低操作压力 0 40MPa 应先将低压气体增压后再脱水 27College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 2 Liquid Desiccants 2 吸收塔操作温度与压力 因TEG在塔内流量小 在气液接触后很快 经第1层塔 板 就接近气体的温度 有效吸收温度 进塔气体温度 气体入塔温度 含水量 为达到指定露点 TEG循 环量 或要 TEG的浓度 再生热负荷 而且入塔气体温度还会影响塔内气体流速 三甘醇的 损失 入塔气温不宜 48 若入塔温度 TEG粘度就 导致溶液发泡 塔板效 率 雾沫夹带 损失量 入塔气温不宜 15 28College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 只要吸收塔的压力 只要吸收塔的压力 17MPa17MPa 温度在 温度在1010 1515 时 干气的露点温度基本上与吸收压力无关 时 干气的露点温度基本上与吸收压力无关 通常认为通常认为3 53 5 8MPa8MPa的脱水压力最经济 的脱水压力最经济 5 2 Liquid Desiccants 29College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 2 Liquid Desiccants 3 贫甘醇入塔温度 贫甘醇入塔温度降低 可减少甘醇循环率 若 吸收 塔的温度 会导致烃类在塔内冷凝而引发甘醇溶液发泡 贫甘醇入塔温度太高 会使甘醇损失到干气中 一般 要求贫甘醇入塔温度比出塔干气温度高10 4 贫甘醇进塔浓度 在甘醇循环率确定情况下 贫甘醇浓度越高 露点降 就越大 一般要求贫甘醇浓度在98 99 质 之间 30College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 2 Liquid Desiccants 31College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 2 Liquid Desiccants 5 甘醇循环率 根据投和操作费用的实践证明 甘醇循环率一般为25 60L kg水 右图说明一味增 加TEG循环量也不能 提高露点降 反而增加再生时 重沸器的负荷 32College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 2 Liquid Desiccants 6 重沸器温度 重沸器的温度可控制水在贫甘醇中的浓度 温度越高 贫甘醇浓度越大 但不能超过204 否则 甘醇的分解速率明显加大 一般把重沸器温度限制在188 199 甘醇浓度可保 持在98 2 98 5 若需较高浓度时 可采用汽提再生 减压再生或共沸再生 7 重沸器压力 重沸器压力高于大气压时 会明显降低贫甘醇浓度 33College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 2 Liquid Desiccants 在低于大气压时 能够得到较高的贫甘醇浓度 但若使重沸器在真空状态下工作 会增加装置的复杂 性 因此一般是在常压下操作 8 汽提气 若汽提气直接进入重沸器 贫 甘醇浓度可达99 6 若采用贫液汽提柱 汽提气从 汽提柱下方通入 不仅可减少汽提 气量 且贫甘醇浓度可达99 9 34College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 35College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 2 Liquid Desiccants 9 汽提塔温度 汽提塔蒸馏柱顶温度过高 甘醇会因过度蒸发 损失 增加 柱顶温度一般控制在99 若温度太低 会有更多的水冷凝 增加重沸器的热负 荷 同时会在柱内产生液泛 一般不低于93 若采用汽提法再生 柱顶温度可降至88 四 TEG法脱水工艺计算 TEG脱水是基于吸收原理 首先要确定以下数据 36College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 2 Liquid Desiccants 原料气数据 天然气组成 温度 压力 流量 吸收条件 吸收温度 压力 脱水要求 干气露点降 或干气露点 含水量 选择设计数据 A 根据脱水量选定甘醇循环量和吸收塔板数 B 根据露点降 选定所需要的贫甘醇进吸收塔的最 低浓度 然后 进行物料与热量衡算以及设备尺寸计算 37College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 2 Liquid Desiccants 1 吸收塔 采用多组分吸收中的平均吸收因子法 式中 N 理论塔板数 Np 实际塔板 板效率 水的活度系数 W0 饱和含水量 38College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 2 Liquid Desiccants 对填料塔 其高度H Np HETP 1 露点降 t和脱水量 t 原料气入口温度 出塔干气露点 根据进出塔天然气含水量计算脱水量 式中 qw 吸收塔的脱水量 kg hr Win Wout 进出口天然含量 kg 103m3 q 进料气流量 103m3 d 39College of Chemistry Chemical Engineering SWPU Southwest Petroleum University Happy times always go by quickly and today s story game is coming to an end Today this happy day will remain in our memory forever 5 2 Liquid Desiccants 2 进塔贫甘醇浓度 根据天然气入口温度和干气露点确定 此图表示平衡露 点 te 天然气与贫甘 醇接触一般难以达到 平衡露点 因此出塔干气露 点tr 平衡露点 te tr 5 5 8 3 40College of Chemistry Chemical Engineer
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