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1、天然气集输 第七章第1页，共40页，编辑于2022年，星期五2项目一类二类三类高位发热量，MJ/m331.4总硫（以硫计），mg/m3100200460硫化氢，mg/m3620460二氧化碳，y，%3.0水露点，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。注：1、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。表表61 天然气的质量指标天然气的质量指标第2页，共40页，编辑于2022年，星期五3第一节第一节 天然气脱除酸性
2、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，使其露点或含水量达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。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、固体吸附脱水法第3页，共40页，编辑于2022年，星期五4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一、甘醇脱水的基本原理和物理性质质第4页，共40页，编辑于2022年，星期五5每个甘醇分子中都有两个羟基（）。羟基在结构上与水相似，可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
3、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。这是甘醇与水能够完全互溶的根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。本原因。第5页，共40页，编辑于2022年，星期五6性 质二 甘 醇三 甘 醇分子式O(CH2CH2OH)2HO(C2H4O)2H4OH分子量106.1150.2冰点，8.37.2闪点(开口)，143.3165.6沸点(760毫米汞柱)，245.0287.4相对密度，1.11841.1254折光指数 1.44721.4559与水的溶解度()完全互溶完全互溶
4、绝对粘度()，mPa.S35.747.8汽化热，J/g(760毫米汞柱)347.5416.2比热，kJ/(kg.K)2.30652.198理论热分解温度，164.4206.7实际使用再生温度，148.9162.8176.7204.4表表71 甘醇的物理性质甘醇的物理性质第6页，共40页，编辑于2022年，星期五7二、二、TEG吸收脱水的工艺流程吸收脱水的工艺流程第7页，共40页，编辑于2022年，星期五8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。第8页，共40页，编辑于2022年，星期五9三、含硫天然气脱水三、含硫天然气脱水第9页，共40页，编辑于
5、2022年，星期五102、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，运）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；行成本较高；（2）各集气站均需要设置尾气焚烧炉对）各集气站均需要设置尾气焚烧炉对TEG闪蒸过程中的含硫气闪蒸过程中的含硫气进行焚烧后排放，环境污染较大；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
6、集气站，且汽）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；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。第10页，共40页，编辑于2022年，星期五11四、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操作条件、三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关键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。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
7、最好在2738。吸收温度低。吸收温度低于于21时，甘醇溶液粘度过大，起泡增多，因而使塔板效率降低，甘时，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，如低于醇损失增加，如低于10，脱水效果就明显下降。吸收温度高于，脱水效果就明显下降。吸收温度高于43，进料气中含水量太高，而且甘醇溶液的脱水能力也会下降。，进料气中含水量太高，而且甘醇溶液的脱水能力也会下降。第11页，共40页，编辑于2022年，星期五122、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相邻邻塔板的塔板的间
8、间隔一般隔一般为为610mm 4、贫甘醇的温度、贫甘醇的温度贫贫甘醇温度甘醇温度较较吸收塔的出口气体温度高吸收塔的出口气体温度高38。第12页，共40页，编辑于2022年，星期五135、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贫液质量分数和出塔贫液质量分数和出塔干气平衡露点关系干气平衡露点关系离开吸收塔的气体的离开吸收塔的气体的实际实际露露点，一般点，一般较较平衡露点高平衡露点高58。第13页，共40页，编辑于2022年，星期五146、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之之间间，7、重沸器的压力、重沸器
9、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第14页，共40页，编辑于2022年，星期五159、甘醇比循环量、甘醇比循环量三甘醇的比循三甘醇的比循环环量一般量一般为为12.533L/kg水水 10、精馏柱温度、精馏柱温度精精馏馏柱柱顶顶的温度可通的温度可通过调节过调节柱柱顶顶回流量使其保持在回流量使其保持在99左右，柱左右，柱顶顶温度低于温度低于93时时，由于水蒸气冷凝量，由于水蒸气冷凝量过过多，会在柱内多，会在柱内产产生液泛，
10、甚至生液泛，甚至将液体从塔将液体从塔顶顶吹出；柱吹出；柱顶顶温度超温度超过过104时时，甘醇就可能，甘醇就可能显显著地被蒸著地被蒸发发而而损损失。失。第15页，共40页，编辑于2022年，星期五16部位温度或温度范围，进料气2738甘醇溶液进吸收塔高于气体38甘醇溶液进闪蒸分离器3893（宜选65）甘醇溶液进过滤器3893（宜选65）甘醇溶液进精馏柱93149（宜选149）精馏柱顶部99（有气提时为88）重沸器177204（宜选193）三甘醇溶液进泵93（宜选82）表表72 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第16页，共40页，编辑于2022年，星期五循循环环量量和和塔塔板板
11、数数固固定定时时，三三甘甘醇醇浓浓度度愈愈高高则则露露点点降降愈愈大；大；循循环环量量和和三三甘甘醇醇浓浓度度固固定定时时，塔塔板板数数愈愈多多则则露露点点降降愈愈大大，但一般都不超过但一般都不超过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，但循环量升到一定程度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，故最高不应超过过大，故最高不
12、应超过33L/kg水。水。第17页，共40页，编辑于2022年，星期五18五、五、TEG吸收脱水主要吸收脱水主要设备设备的的设计计设计计算算1、吸收塔直径计算、吸收塔直径计算2、吸收塔塔板数的确定、吸收塔塔板数的确定第18页，共40页，编辑于2022年，星期五193、闪蒸分离器、闪蒸分离器停留时间，停留时间，min。两相分离器为。两相分离器为510min；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：第19页，共40页，编辑于2022年，星期五205、重沸器、重沸器（1）重沸器热负荷）重沸器热负荷（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
13、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。第20页，共40页，编辑于2022年，星期五21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、吸附操作原理第21页，共40页，编辑于2022年，星期五tB吸附过程的转效点吸附过程的转效点 单一可吸附单一可吸附物质（水汽）的物质（水汽）的气体混合物在固气体混合物在固定床上的基本吸定床上的基本吸附过程附过程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
14、度用hz表示；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，其长度用吸附段，其长度用hs表示；在吸附传质下部的吸附剂则尚表示；在吸附传质下部的吸附剂则尚未吸附物质，称为未吸附段，其长度用未吸附物质，称为未吸附段，其长度用hb表示；当表示；当AA线线到达床层出口端时，达到了吸附的转效点，出口气流中到达床层出口端时，达到了吸附的转效点，出口气流中吸附物浓度迅速上升，床层必须进行再生。吸附物浓度迅速上升，床层必须进行再生。第22页，共40页，编辑于2022年，星期五23二、吸附二、吸附剂剂主要有活性氧化铝、硅胶、分子筛等主要
15、有活性氧化铝、硅胶、分子筛等 类 型 物理性质硅 胶活 性 氧 化 铝分 子 筛青岛细孔0.3型R型H型H151型F1型表面积，m2/g700750830550650740770350210700900孔体积，cm3/g0.430.450.310.340.500.540.27孔直径，203021232123272845平均孔隙度，%506565515560真密度，g/L2.12.23.13.33.3/堆积密度，g/L670720780720830880800880660690假密度，g/L1.01.21.61.1比热，J/(g，)0.9211.0471.0471.0050.8371.047导热
16、系数，kJ/(m2.h.)0.5190.510()0.754()2.135(已脱水)再生温度，120230150230180450180310150310水含量(再生后)，%4.576.06.5变化静态吸附容量（相对湿度60%），%重量3533.32225141622颗 粒 形 状粒 状粒 状球 状球 状球 状颗 粒圆 柱 状第23页，共40页，编辑于2022年，星期五241、活性氧化铝、活性氧化铝 组成%商品牌号Al2O3Na2OSiO2Fe2O3灼烧损失F1H151KA201929093.60.901.400.300.101.10.020.080.10.026.56.06.02、硅胶、硅胶
17、 组成含量SiO2Fe2O3Al2O3TiO2Na2OCaOZrO2其它%99.710.030.100.090.020.010.010.03SiO2.nH2O第24页，共40页，编辑于2022年，星期五253、分子筛、分子筛Me某些碱金属或碱土金属离子，如某些碱金属或碱土金属离子，如Na+、K+、Ca2+等；等；分子直径分子直径为为2.73.1 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。第25页，共40页，编
18、辑于2022年，星期五26 型 号孔直径吸附质分子排除的分子应用范围4A4直径4的分子，包括3分子筛能吸附的分子及乙醇、H2S、CO2、SO2、C2H4、C2H6及C3H6直径4的分子，如丙烷等饱和烃脱水，泠冻系统干燥剂5A5直径5的分子，包括以上各分子及 nC4H9OH、nC4H10、C3H8至C22H46直径5的分子，如异构化合物及4碳环化合物从支链烃及环烷烃 中分离正构烃、脱水10X8直径8的分子包括以上各分子及异构烷烃，烯烃及笨二正丁基胺及更大分子芳烃分离13X10直径10的分子包括以上各分子及二正丙基胺(C4H9)3N及更大分子同时脱水、CO2、H2S及硫醇表表76 各种分子筛性能表
19、各种分子筛性能表第26页，共40页，编辑于2022年，星期五27三、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第27页，共40页，编辑于2022年，星期五282、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第28页，共40页，编辑于2022年，星期五294、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。第29页，共40页，编辑于2022年，星期五3
20、、分子、分子筛筛吸附器吸附器设计计设计计算算2）吸附器直径）吸附器直径（2）吸附器直径）吸附器直径计计算算（3）吸附）吸附剂剂用量用量计计算算式中：式中：m吸附吸附剂剂用量，用量，m3；wH每小每小时时脱出的水量，脱出的水量，kg/h；吸附周期，吸附周期，h；xS吸附吸附剂动态饱剂动态饱和吸附量，和吸附量，kg（水）（水）/kg（吸附（吸附剂剂）；）；g分子分子筛筛的堆密度，的堆密度，kg/m3。第30页，共40页，编辑于2022年，星期五3、分子、分子筛筛吸附器吸附器设计计设计计算算（4）吸附传质区长度）吸附传质区长度式中：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
21、子筛=0.6；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。第31页，共40页，编辑于2022年，星期五3、分子、分子筛筛吸附器吸附器设计计设计计算算（5）转转效点效点计计算算式中：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；第32页，共40页，编辑于2022年，星期五3、分子、分子筛筛吸附器吸附器设计计设计计算算（6）气体通）气体通过过床床层层的的压压力降力降式中：式中：P压压降，降，kPa
22、；L床床层层高度，高度，m；气体粘度，气体粘度，mPa.s；vg气体流速，气体流速，m/min；g气体操作状气体操作状态态密度，密度，kg/m3。分 子 筛BC球形4.1550.00135圆柱条形5.3570.00188球形11.2780.00207圆柱条形17.6600.00319第33页，共40页，编辑于2022年，星期五3、分子、分子筛筛吸附器吸附器设计计设计计算算（7）再生气用量）再生气用量计计算算 再生气再生气进进吸附器温度一般吸附器温度一般为为260左右。当再生气出吸附器温左右。当再生气出吸附器温度升到度升到180200，并恒温，并恒温约约2小小时时后，可后，可认为认为再生完再生完
23、毕毕。1）再生加）再生加热热所需的所需的热热量量式中：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；第34页，共40页，编辑于2022年，星期五35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
24、个阶段四个阶段:在在A阶段，烃类全部被脱附，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量，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，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。第35页，共40页，编辑于2022年，星期五3、分子、分子筛筛吸附器吸附器设计计设计计算算式中：式中：G再生气用量，再生气用量，kg；Q再生加再生加热热所需的所需的热热量，量，kJ；cp
25、再生气用定再生气用定压压比比热热，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）再生加热热所需的气量所需的气量计计算算第36页，共40页，编辑于2022年，星期五3、分子、分子筛筛吸附器吸附器设计计设计计算算3）冷却吸附器）冷却吸附器计计算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 ）：吸附后床层温度是吸附后床层温度是t 1，
26、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）ta第37页，共40页，编辑于2022年，星期五3、分子、分子筛筛吸附器吸附器设计计设计计算算4）加）加热热炉炉热负热负荷：荷：一般取再生气出加一般取再生气出加热热炉的温度比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，加热热炉炉热负热负荷荷Q。式中：式中：G 再生加再生加热热气量，气量，kg/h；cpm平均比平均比热热，kJ/(kg.)；ta再生气再生气进进加加热热炉温度，炉温度，。第38页，共40页，编辑于2022年，星期五四、脱水工艺的选择四、脱水
27、工艺的选择三甘醇法用于一般要求的场合，分子筛用于深度脱水。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，操作能耗小，操作费费用低；用低；处处理量小理量小时时，可作成撬装式，可作成撬装式，紧紧凑并造价低，搬迁凑并造价低，搬迁 和移和移动动方便，方便，预预制化程度高；制化程度高；三甘醇使用寿命三甘醇使用寿命长长，损损失量小，成本低；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，能左右，能满满足一般的天然足一般的天然 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
28、有轻质油时，易起泡，破坏吸收。1、三甘醇吸收脱水的、三甘醇吸收脱水的优优缺点缺点第39页，共40页，编辑于2022年，星期五2、吸附法脱水的、吸附法脱水的优优缺点缺点脱水后，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；对进对进料气的温度，料气的温度，压压力，流量力，流量变变化不敏感，操作化不敏感，操作弹弹性大；性大；操作操作简单简单，占地面，占地面积积小。小。对对于大装置，于大装置，设备设备投投资资大，操作大，操作费费用高；用高；气体气体压压降大于溶降大于溶剂剂吸收脱水；吸收脱水；吸附吸附剂剂使用寿命短，一般使用三年就得更使用寿命短，一般使用三年就得更换换；能耗高，低能耗高，低处处理量理量时时更明更明显显。第40页，共40页，编辑于2022年，星期五