天然气集输-第七章课件.ppt

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1、1项目项目一类一类二类二类三类三类高位发热量，高位发热量， MJ/m331.4总硫（以硫计），总硫（以硫计），mg/m3100200460硫化氢，硫化氢， mg/m3620460二氧化碳，二氧化碳， y，%3.0水露点，水露点，在天然气交接点的压力和温度条件下，天然气在天然气交接点的压力和温度条件下，天然气的水露点应比最低环境温度低。的水露点应比最低环境温度低。注：注：1、 天然气体积的标准参比条件是天然气体积的标准参比条件是101.325 kPa，20。2、 国家标准实施之前建立的天然气输送管道，在天然气交接点的压力和温国家标准实施之前建立的天然气输送管道，在天然气交接点的压力和温度条件下，

2、天然气中应无游离水。无游离水是指天然气经机械分离设备分度条件下，天然气中应无游离水。无游离水是指天然气经机械分离设备分不出游离水。不出游离水。表表6-1 天然气的质量指标天然气的质量指标2第一节第一节 天然气脱除酸性组分的方法天然气脱除酸性组分的方法天然气脱水就是脱除天然气中的水蒸气，使其露点或含水量天然气脱水就是脱除天然气中的水蒸气，使其露点或含水量达到一定的要求。达到一定的要求。第一节第一节 概概 述述1、低温冷凝法、低温冷凝法2、溶剂吸收脱水法、溶剂吸收脱水法3、固体吸附脱水法、固体吸附脱水法3第二节第二节 溶剂吸收法脱水溶剂吸收法脱水一、甘醇脱水的基本原理和物理性质一、甘醇脱水的基本原

3、理和物理性质4每个甘醇分子中都有两个羟基（）。羟基在结构上与每个甘醇分子中都有两个羟基（）。羟基在结构上与水相似，可以形成氢键，氢键的特点是能和电负性较大的水相似，可以形成氢键，氢键的特点是能和电负性较大的原子相连，包括同一分子或另一分子中电负性较大的原子。原子相连，包括同一分子或另一分子中电负性较大的原子。这是甘醇与水能够完全互溶的根本原因。这是甘醇与水能够完全互溶的根本原因。5性性 质质二二 甘甘 醇醇三三 甘甘 醇醇分子式分子式O(CH2CH2OH)2HO(C2H4O)2H4OH分子量分子量106.1150.2冰点，冰点，-8.3-7.2闪点闪点(开口开口)，143.3165.6沸点沸点

4、(760毫米汞柱毫米汞柱)，245.0287.4相对密度，相对密度， 1.11841.1254折光指数折光指数 1.44721.4559与水的溶解度与水的溶解度()完全互溶完全互溶完全互溶完全互溶绝对粘度绝对粘度()，mPa.S35.747.8汽化热，汽化热，J/g(760毫米汞柱毫米汞柱)347.5416.2比热，比热，kJ/(kg.K)2.30652.198理论热分解温度，理论热分解温度，164.4206.7实际使用再生温度，实际使用再生温度，148.9162.8176.7204.4d2020nD20表表7-1 甘醇的物理性质甘醇的物理性质6二、二、TEG吸收脱水的工艺流程吸收脱水的工艺流

5、程7提高三甘醇贫液浓度的方法主要采用气体汽提法。提高三甘醇贫液浓度的方法主要采用气体汽提法。烟囱再生气出口富液进口富液出口富液精馏柱富液进口补充液进口燃烧器火管加热器富液进出口贫液出口换热罐排污口排污口气提柱人孔再生釜8三、含硫天然气脱水三、含硫天然气脱水净化气自燃料气管道来干天然气至输干线三甘醇贫液气液分离后的原料气冷却器再生气压缩机焚烧排放92、含硫天然气、含硫天然气TEG脱水存在的主要问题脱水存在的主要问题（1）系统构成复杂，可能泄漏的点增多，运行管理要求高，）系统构成复杂，可能泄漏的点增多，运行管理要求高，运行成本较高；运行成本较高；（2）各集气站均需要设置尾气焚烧炉对）各集气站均需要

6、设置尾气焚烧炉对TEG闪蒸过程中的闪蒸过程中的含硫气进行焚烧后排放，环境污染较大；含硫气进行焚烧后排放，环境污染较大；（3）TEG存在一定的降解，存在一定的降解，TEG更换较频繁，运行成本高；更换较频繁，运行成本高；（4）湿气及富液对设备的腐蚀严重；）湿气及富液对设备的腐蚀严重；（5）需从天然气净化厂建一条高压净化气管道至各集气站，）需从天然气净化厂建一条高压净化气管道至各集气站，且汽提气还需增压后才能返回原料气中，流程复杂；且汽提气还需增压后才能返回原料气中，流程复杂；（6）废弃的）废弃的TEG处理困难。处理困难。10四、工艺操作条件四、工艺操作条件影响三甘醇脱水装置操作的主要因素是吸收塔的

7、操作条件、影响三甘醇脱水装置操作的主要因素是吸收塔的操作条件、三甘醇贫液浓度和三甘醇循环量。而三甘醇贫液浓度又是最三甘醇贫液浓度和三甘醇循环量。而三甘醇贫液浓度又是最关键的因素。关键的因素。1、吸收温度、吸收温度甘醇溶液的吸收温度一般为甘醇溶液的吸收温度一般为1054，但最好在，但最好在2738。吸收。吸收温度低于温度低于21时，甘醇溶液粘度过大，起泡增多，因而使塔板效时，甘醇溶液粘度过大，起泡增多，因而使塔板效率降低，甘醇损失增加，如低于率降低，甘醇损失增加，如低于10，脱水效果就明显下降。吸，脱水效果就明显下降。吸收温度高于收温度高于43，进料气中含水量太高，而且甘醇溶液的脱水能，进料气中

8、含水量太高，而且甘醇溶液的脱水能力也会下降。力也会下降。112、塔内压力、塔内压力通常认为通常认为3.458.27MPa的脱水压力是最经济的脱水压力是最经济3、吸收塔的塔板数、吸收塔的塔板数25%的塔板效率的塔板效率相邻塔板的间隔一般为相邻塔板的间隔一般为610mm 4、贫甘醇的温度、贫甘醇的温度贫甘醇温度较吸收塔的出口气体温度高贫甘醇温度较吸收塔的出口气体温度高38。 125、甘醇的浓度、甘醇的浓度图图7.7 吸收塔温度、进塔吸收塔温度、进塔TEG贫液质量分数贫液质量分数和出塔干气平衡露点关系和出塔干气平衡露点关系离开吸收塔的气体的实际离开吸收塔的气体的实际露点，一般较平衡露点高露点，一般较

9、平衡露点高58。 136、甘醇重（再）沸器温度、甘醇重（再）沸器温度把重沸器的温度限制在把重沸器的温度限制在177199之间，之间， 7、重沸器的压力、重沸器的压力重沸器的压力一般接近于常压。重沸器的压力一般接近于常压。8、汽提气、汽提气使用被水蒸气饱和的湿气作为汽提气。使用被水蒸气饱和的湿气作为汽提气。图图7.8气提气量对气提气量对TEG质量分数的影响质量分数的影响149、甘醇比循环量、甘醇比循环量三甘醇的比循环量一般为三甘醇的比循环量一般为12.533L/kg水水 10、精馏柱温度、精馏柱温度精馏柱顶的温度可通过调节柱顶回流量使其保持在精馏柱顶的温度可通过调节柱顶回流量使其保持在99左右左

10、右，柱顶温度低于，柱顶温度低于93时，由于水蒸气冷凝量过多，会在柱内时，由于水蒸气冷凝量过多，会在柱内产生液泛，甚至将液体从塔顶吹出；柱顶温度超过产生液泛，甚至将液体从塔顶吹出；柱顶温度超过104时，时，甘醇就可能显著地被蒸发而损失。甘醇就可能显著地被蒸发而损失。 15部位部位温度或温度范围，温度或温度范围，进料气进料气2738甘醇溶液进吸收塔甘醇溶液进吸收塔高于气体高于气体38甘醇溶液进闪蒸分离器甘醇溶液进闪蒸分离器3893（宜选（宜选65）甘醇溶液进过滤器甘醇溶液进过滤器3893（宜选（宜选65）甘醇溶液进精馏柱甘醇溶液进精馏柱93149（宜选（宜选149）精馏柱顶部精馏柱顶部99（有气提

11、时为（有气提时为88）重沸器重沸器177204（宜选（宜选193）三甘醇溶液进泵三甘醇溶液进泵93（宜选（宜选82）表表7-2 甘醇脱水装置操作温度推荐值甘醇脱水装置操作温度推荐值 循环量和塔板数固定时，三甘醇浓度愈高则露点降循环量和塔板数固定时，三甘醇浓度愈高则露点降愈大；愈大； 循环量和三甘醇浓度固定时，塔板数愈多则露点降循环量和三甘醇浓度固定时，塔板数愈多则露点降愈大，但一般都不超过愈大，但一般都不超过10块实际塔板；块实际塔板；循环量、浓度与塔板数的相互关系循环量、浓度与塔板数的相互关系n 塔板数和三甘醇浓度固定时，循环量愈大则露点降愈大，但循环塔板数和三甘醇浓度固定时，循环量愈大则露

12、点降愈大，但循环量升到一定程度后，露点降的增加值明显减少，而且循环量过大量升到一定程度后，露点降的增加值明显减少，而且循环量过大会导致重沸器超负荷，动力消耗过大，故最高不应超过会导致重沸器超负荷，动力消耗过大，故最高不应超过33L/kg水。水。17五、五、TEG吸收脱水主要设备的设计计算吸收脱水主要设备的设计计算1、吸收塔直径计算、吸收塔直径计算5 . 0gglCv2、吸收塔塔板数的确定、吸收塔塔板数的确定1110111NNNNaAAAyyyyEVKLA 0yK 00 xKy183、闪蒸分离器、闪蒸分离器60tqVLWGLqLq 停留时间，停留时间，min。两相分离器为。两相分离器为510mi

13、n；三相分离器为；三相分离器为2030min；4、再生塔、再生塔精馏柱的直径：精馏柱的直径：LqD7 .247195、重沸器、重沸器（1）重沸器热负荷）重沸器热负荷GRLQ88.2742171（2）重沸器的尺寸）重沸器的尺寸重沸器火管表面平均热通量的正常范围是重沸器火管表面平均热通量的正常范围是18kW/m225 kW/m2，最高不超过，最高不超过31 kW/m2。20第三节第三节 固体吸附法脱水固体吸附法脱水一、吸附操作原理一、吸附操作原理tB吸附过程的转效点吸附过程的转效点 单一可吸单一可吸附物质（水汽）附物质（水汽）的气体混合物的气体混合物在固定床上的在固定床上的基本吸附过程基本吸附过程

14、C0进料气的浓度进料气的浓度CB转效点浓度。转效点浓度。图图1 吸附转效曲线吸附转效曲线 图图1（b）中阴影部分为吸附传质段，其长度用中阴影部分为吸附传质段，其长度用hz表示；在吸附传质段上部的吸附剂床层已被吸附表示；在吸附传质段上部的吸附剂床层已被吸附物所饱和，称为饱和吸附段，其长度用物所饱和，称为饱和吸附段，其长度用hs表示；在表示；在吸附传质下部的吸附剂则尚未吸附物质，称为未吸吸附传质下部的吸附剂则尚未吸附物质，称为未吸附段，其长度用附段，其长度用hb表示；当表示；当AA线到达床层出口端时，线到达床层出口端时，达到了吸附的转效点，出口气流中吸附物浓度迅速达到了吸附的转效点，出口气流中吸附

15、物浓度迅速上升，床层必须进行再生。上升，床层必须进行再生。22二、吸附剂二、吸附剂主要有活性氧化铝、硅胶、分子筛等主要有活性氧化铝、硅胶、分子筛等 类类 型型 物理性质物理性质硅硅 胶胶活活 性性 氧氧 化化 铝铝分分 子子 筛筛青岛细孔青岛细孔0.3型型R型型H型型H-151型型F-1型型表面积，表面积，m2/g700750830550650740770350210700900孔体积，孔体积，cm3/g0.430.450.310.340.500.540.27孔直径，孔直径， 203021232123272845平均孔隙度，平均孔隙度，%506565515560真密度，真密度，g/L2.12.

16、23.13.33.3/堆积密度，堆积密度，g/L670720780720830880800880660690假密度，假密度，g/L1.01.21.61.1比热，比热，J/(g，)0.9211.0471.0471.0050.8371.047导热系数，导热系数，kJ/(m2.h.)0.5190.510()0.754()2.135(已已脱水脱水)再生温度，再生温度，120230150230180450180310150310水含量水含量(再生后再生后)， %4.576.06.5变化变化静态吸附容量（相对静态吸附容量（相对湿度湿度60%），）， %重量重量3533.32225141622颗颗 粒粒 形

17、形 状状粒粒 状状粒粒 状状球球 状状球球 状状球球 状状颗颗 粒粒圆圆 柱柱 状状A0231、活性氧化铝、活性氧化铝 组成组成%商品牌号商品牌号Al2O3Na2OSiO2Fe2O3灼烧损失灼烧损失F-1H-151KA-201929093.60.901.400.300.101.10.020.080.10.026.56.06.02、硅胶、硅胶 组成组成含量含量SiO2Fe2O3Al2O3TiO2Na2OCaOZrO2其它其它%99.710.030.100.090.020.010.010.03SiO2.nH-2O243、分子筛、分子筛OmHSiOAlOMeyxnx22/)()(Me某些碱金属或碱土

18、金属离子，如某些碱金属或碱土金属离子，如Na+、K+、Ca2+等；等；分子直径为分子直径为2.73.1Ao 分子筛作为吸附剂的显著优点是：分子筛作为吸附剂的显著优点是：（1）具有很好的选择吸附性）具有很好的选择吸附性（2）具有高效吸附特性）具有高效吸附特性(3)在较高温下只有分子筛才是有效的脱水剂。在较高温下只有分子筛才是有效的脱水剂。25 型型 号号孔直径孔直径吸附质分子吸附质分子排除的分子排除的分子应用范围应用范围4A4直径直径 4的分子，包括的分子，包括3分分子筛能吸附的分子及乙醇、子筛能吸附的分子及乙醇、H2S、CO2、SO2、C2H4、C2H6及及C3H6直径直径 4的分子，如的分子

19、，如丙烷等丙烷等饱和烃脱水，泠冻系饱和烃脱水，泠冻系统干燥剂统干燥剂5A5直径直径 5的分子，包括以上的分子，包括以上各分子及各分子及 n-C4H9OH、n-C4H10、C3H8至至C22H46直径直径 5的分子，如的分子，如异构化合物及异构化合物及4碳环碳环化合物化合物从支链烃及环烷烃从支链烃及环烷烃 中分离正构烃、脱水中分离正构烃、脱水10X8直径直径 8的分子包括以上各的分子包括以上各分子及异构烷烃，烯烃及笨分子及异构烷烃，烯烃及笨二正丁基胺及更大二正丁基胺及更大分子分子芳烃分离芳烃分离13X10直径直径 10的分子包括以上的分子包括以上各分子及二正丙基胺各分子及二正丙基胺(C4H9)-

20、3N及更大分及更大分子子同时脱水、同时脱水、CO2、H2S及硫醇及硫醇表表7-6 各种分子筛性能表各种分子筛性能表26三、吸附法脱水三、吸附法脱水1、吸附法脱水工艺流程、吸附法脱水工艺流程272、酸性天然气分子筛脱水、酸性天然气分子筛脱水图图7.12 酸性天然气分子筛脱水工艺流程示意图酸性天然气分子筛脱水工艺流程示意图284、分子筛吸附器设计计算、分子筛吸附器设计计算（1）吸附周期确定）吸附周期确定短周期短周期8小时小时24小时周期小时周期应作全面的技术经济分析来确定吸附周期。应作全面的技术经济分析来确定吸附周期。3、分子筛吸附器设计计算、分子筛吸附器设计计算2）吸附器直径）吸附器直径vQD7

21、85. 0（2）吸附器直径计算）吸附器直径计算（3）吸附剂用量计算）吸附剂用量计算bsHXwm3 . 1式中：式中：m吸附剂用量，吸附剂用量，m3； wH每小时脱出的水量，每小时脱出的水量，kg/h； 吸附周期，吸附周期，h； xS吸附剂动态饱和吸附量，吸附剂动态饱和吸附量， kg（水）（水）/ kg（吸附剂）；（吸附剂）； g分子筛的堆密度，分子筛的堆密度，kg/m3。3、分子筛吸附器设计计算、分子筛吸附器设计计算（4）吸附传质区长度）吸附传质区长度2646.05506.07895.041.1gZVqAh式中：式中： hZ吸附传质区长度，吸附传质区长度，m； A系数，分子筛系数，分子筛=0.

22、6； q床层截面积的水负荷，床层截面积的水负荷，kg/m2.h； vg空塔线速，空塔线速，m/min； 进吸附器气体相对湿度，以进吸附器气体相对湿度，以%表示。表示。3、分子筛吸附器设计计算、分子筛吸附器设计计算（5）转效点计算）转效点计算qhxTbB01. 0式中：式中： B到达转效点时间，到达转效点时间，h； x选用的分子筛有效吸附容量，选用的分子筛有效吸附容量，%； hT整个床层长度，整个床层长度，m；3、分子筛吸附器设计计算、分子筛吸附器设计计算（6）气体通过床层的压力降）气体通过床层的压力降2gggvCvBLP式中：式中： P压降，压降，kPa； L床层高度，床层高度，m； 气体粘度

23、，气体粘度，mPa.s； vg气体流速，气体流速，m/min； g气体操作状态密度，气体操作状态密度，kg/m3。分分 子子 筛筛BC球形球形4.1550.00135圆柱条形圆柱条形5.3570.00188球形球形11.2780.00207圆柱条形圆柱条形17.6600.003193、分子筛吸附器设计计算、分子筛吸附器设计计算（7）再生气用量计算）再生气用量计算 再生气进吸附器温度一般为再生气进吸附器温度一般为260左右。当再生气出左右。当再生气出吸附器温度升到吸附器温度升到180200，并恒温约，并恒温约2小时后，可认为小时后，可认为再生完毕。再生完毕。 1）再生加热所需的热量）再生加热所需

24、的热量)( 1 .14321QQQQQ式中：式中： Q1加热分子筛的热量，加热分子筛的热量，kJ； Q2加热吸附器本身加热吸附器本身(钢材钢材)的热量，的热量，kJ； Q3脱附吸附水的热量，脱附吸附水的热量，kJ； Q4加热铺垫的瓷球的热量，加热铺垫的瓷球的热量，kJ；34图图8 再生过程的温度变化曲线再生过程的温度变化曲线1.再生气进床层的温度变化曲线再生气进床层的温度变化曲线2.再生气出床层的温度变化曲线再生气出床层的温度变化曲线3.原料湿气温度（环境温度）原料湿气温度（环境温度） 吸附剂的再生过程可划分为吸附剂的再生过程可划分为A、B、C、D四个阶段四个阶段: 在在A阶段，烃类全部被脱附

25、，阶段，烃类全部被脱附， 水的脱附集中在阶段水的脱附集中在阶段B， 阶段阶段C主要清除重烃等不易脱附的物质，增加再生后吸附剂的湿容主要清除重烃等不易脱附的物质，增加再生后吸附剂的湿容量，量， 阶段阶段D则冷却床层至吸附温度。则冷却床层至吸附温度。 T2110， T3127，TB116，T4175260。 再生气体温度和流量控制了每一阶段的时间再生气体温度和流量控制了每一阶段的时间 。3、分子筛吸附器设计计算、分子筛吸附器设计计算tcQGp1.1)(21123ttttt式中：式中： G再生气用量，再生气用量， kg； Q再生加热所需的热量，再生加热所需的热量，kJ； cp再生气用定压比热，再生气

26、用定压比热，kJ/(kg.)； 再生气平均温降，再生气平均温降，； t2 再生加热结束时气体出口温度，再生加热结束时气体出口温度，； t3再生气进吸附器时的温度，再生气进吸附器时的温度，。吸附后床层温度是吸附后床层温度是t1，热再生气进出口平均温度为，热再生气进出口平均温度为t22）再生加热所需的气量计算）再生加热所需的气量计算3、分子筛吸附器设计计算、分子筛吸附器设计计算3）冷却吸附器计算）冷却吸附器计算冷却吸附塔需移去的热量冷却吸附塔需移去的热量Q ，总共需冷却气量（总共需冷却气量（G ） ： 124QQQQ )(ampttcQG) (2112tttm吸附后床层温度是吸附后床层温度是t 1

27、，热再生气进出口平均温度为热再生气进出口平均温度为t 2，冷却气初温为（再生气的初温）冷却气初温为（再生气的初温）ta3、分子筛吸附器设计计算、分子筛吸附器设计计算4）加热炉热负荷：）加热炉热负荷： 一般取再生气出加热炉的温度比一般取再生气出加热炉的温度比再生气进吸附器时的温度再生气进吸附器时的温度t3高高1015，加热炉热负荷，加热炉热负荷Q 。apmttcGQ )15( 3式中：式中： G 再生加热气量，再生加热气量，kg/h； cpm平均比热，平均比热，kJ/(kg.)； ta再生气进加热炉温度，再生气进加热炉温度，。四、脱水工艺的选择四、脱水工艺的选择三甘醇法用于一般要求的场合，分子筛

28、用于深度脱水。三甘醇法用于一般要求的场合，分子筛用于深度脱水。能耗小，操作费用低；能耗小，操作费用低；处理量小时，可作成撬装式，紧凑并造价低，搬迁处理量小时，可作成撬装式，紧凑并造价低，搬迁 和移动方便，预制化程度高；和移动方便，预制化程度高；三甘醇使用寿命长，损失量小，成本低；三甘醇使用寿命长，损失量小，成本低；脱水后干气露点可达脱水后干气露点可达-30左右，能满足一般的天然左右，能满足一般的天然 气脱水要求。气脱水要求。干气露点不能满足深冷回收轻烃凝液的要求；干气露点不能满足深冷回收轻烃凝液的要求；原料气中携带有轻质油时，易起泡，破坏吸收。原料气中携带有轻质油时，易起泡，破坏吸收。1、三甘醇吸收脱水的优缺点、三甘醇吸收脱水的优缺点2、吸附法脱水的优缺点、吸附法脱水的优缺点脱水后，气体中水含量可低于脱水后，气体中水含量可低于1ppm，露点温度可达，露点温度可达-70 以下；以下；对进料气的温度，压力，流量变化不敏感，操作弹性大；对进料气的温度，压力，流量变化不敏感，操作弹性大；操作简单，占地面积小。操作简单，占地面积小。对于大装置，设备投资大，操作费用高；对于大装置，设备投资大，操作费用高；气体压降大于溶剂吸收脱水；气体压降大于溶剂吸收脱水；吸附剂使用寿命短，一般使用三年就得更换；吸附剂使用寿命短，一般使用三年就得更换；能耗高，低处理量时更明显。能耗高，低处理量时更明显。