天然气的净化处理24307.pdf

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1、-.z.3/84.36975.0%17.9084.39)(mMJZidHyHii5.1 天然气的净化处理 集油站采用多级别离的方式对原油进展生产别离，别离出的天然气聚集在一起后，在中心平台进展净化处理，净化处理包含脱出二氧化碳和三甘醇脱水两个过程，净化处理完成后对合格天然气进展压缩，用 G 船外输。天然气的热值计算 对于海洋采出的天然气，其热值需符合国家标准天然气GB178201999 中的气质指标要求见表 5.1，即当从海洋中采出的天然气到达气质指标要求时，则无需脱出天然气中的2N成分，以节约净化本钱。表 5.1 我国天然气质量要求 工程 I 类 II 类 III 类 高位发热量，MJ/m3

2、 31.4 总硫以硫计，mg/m3 100 200 460 硫化氢，mg/m3 6 20 460 二氧化碳，%3.0 水露点，在天然气交接点压力和温度条件下，天然气的水露点应比最低环境温度低 5 注：1.本标准中气体体积的标准参比条件是 101.325kPa，20；2.在天然气交接点的压力温度条件下，天然气中应不存在液态烃；3.天然气中固体颗粒含量应不影响天然气的输送和利用。天然气混合气体热值计算公式如下：ZidHyZidHHii)()(5.1 式中H混合气体的实际高位热值，MJ/m3；)(idH混合气体的理想高位热值，MJ/m3；Z混合气压缩因子；表 5.2 1atm，20下理想气体的高位热

3、值 物质 理想高位热值MJ/m3 物质 理想高位热值MJ/m3 硫化氢 25.34 丙烷 101.26 甲烷 39.84 正丁烷 133.89 乙烷 67.34 异丁烷 133.05 因为乙烷和丙烷的高位热值均高于甲烷，未简化计算将乙烷和丙烷的高位热值均按甲烷的高位热值计算。带入数据得：31.43/mMJ，按照国家标准天然气GB178201999，该天然气无需脱除氮气。-.z.二氧化碳脱出工艺 按照国家标准天然气GB178201999，合格天然气中的二氧化碳含量要低于 3.0%，二氧化碳属于酸性气体，在二氧化碳在管道中输送时，对管道有较大的腐蚀性，为了防止管道腐蚀而引发管道破裂，必须对二氧化碳

4、进展脱除。1二氧化碳脱出工艺流程 二氧化碳的脱除常用 MDEA 法，此法具有选择性好、能耗和操作费用低、腐蚀性轻微等特点，适用于硫化氢含量低和二氧化碳需深度脱除。MDEA 法主要包含两局部内容：第一是二氧化碳的吸收，第二是醇胺溶液的再生。其具体的工艺流程图如下：图 5.1 CO2 脱出工艺流程图 2醇氨溶液参数计算 MDEA 溶液的质量浓度 通过表 5.3，可以选取醇胺溶液的浓度为 45%。表 5.3 醇胺法溶液的主要工艺参数 工程 MEA DEA MDEA 酸气负荷/mol/mol 胺 0.330.40 0.350.65 0.20.55 溶液质量浓度/%1525 2535 4050 吸收塔内

5、部工艺参数确定 吸收塔的操作压力一般在 46MPa，主要取决于原料气进塔压力和净化气外输要求。降低吸收压力虽有助于改善溶液选择性，但降低压力也会使溶液负荷降低。本设计中，综合考虑，选择吸收压力为4MPa。对于 MDEA 法来说，塔内溶液温度的上下对其吸收酸气的影响有两个方面：一是溶液粘度随温度变化。温度降低，溶液粘度增加，易在塔内起泡，影响传质速率。二是 MDEA 与 CO2的反响速率受温度影响很大。温度升高，MDEA 与 CO2反响速率显著增加。综合考虑，选择贫液进塔温度为 40。醇氨溶液的循环量 醇胺溶液的循环量估算公式如下：aaqMxQV9.25.2 式中V醇胺溶液循环量，m3/min；

6、Q原料气流量，106m3/d；x酸性气体的摩尔分数；aM醇胺化合物相对分子质量；-.z.smTZPQQg/081.0273975.015.30841013.086400105.2273101325.08640035q胺气负荷，mol/mol，查表 5.3，取 0.38；a循环溶液中醇胺的质量分数。带入数据得：外表*力的计算 45%醇胺溶液外表*力计算式为：T1376.0-65.555.3 式中外表*力，mN/m；T温度，。带入数据得：mmNT/56.1215.3131376.065.551376.0-65.55 3二氧化碳吸收塔的选型 塔设备按其内件构造可以分为板式塔和填料塔两类。就板式塔而言

7、，气体在装有一定数量塔盘的塔内，以鼓泡形式与塔盘上的液层进展接触传质。而在填料塔中，通过填料增大气液两相的接触面积，提高了塔设备效率。两类塔器各自的适用特点见下表 5.4。表 5.4 板式塔与填料塔适用范围比较 工程 板式塔 填料塔 压降 较大 小尺寸填料较大；大尺寸填料及规整填料较小 空塔流速 较大 小尺寸填料较小；大尺寸填料及规整填料较大 塔效率 较稳定，效率较高 传统填料低；新型乱堆及规整填料高 持液量 较大 较小 液气比 适应范围较大 对液量有一定要求 安装检修 较易 较难 材质 常用金属材料 金属及非金属材料均可 造价 大直径时较低 新型填料投资较大 塔设备的类型选取 由表 5.4

8、可知，板式塔的效率相对较高，安装维修简单，投资也比填料塔小，适用范围较大。与之相比，填料塔只有在选用小尺寸、新型填料时才能提高塔设备效率，但投资较大，定期清理或更换比较困难。所以本设计选用板式塔。塔板数确实定 由工程实际情况决定，二氧化碳吸收塔的塔板数一般在 1420 块之间。本设计选取塔板数为 15，板间距为 0.5m。吸收塔直径的计算 1液泛气速公式如下：-.z.ggLfCu5.4 式中L醇氨液体的密度，取 9313/mg；g天然气的密度，k3/mg；C气体负荷因子，与塔板间距、液体外表*力和两相接触状况有关。2.020)20(CC 5.5 式中液体外表*力；20C可由图 5.2 查得。经

9、计算，在 4MPa、35下，气体压缩因子为0.90，气体密度为：则：46.098.3210931.084.1214.13gLVGVLqq 查图 5.2 可得055.020C，则：05.0)2056.12(055.0)20(2.02.020CC 带入数据可得：smCuggLf/26.098.3298.32-10931.005.03 图 5.2 浮阀塔泛点关联图 2气体流通所需截面积：uVAs5.6 式中A气体流通所需截面积，m2；sV天然气气处理量，m3/s；u设计气速，m/s。fuu 泛点率，液体泛点率取 0.60.8 当泛点率取 0.7 时，气体流通所需截面积为：C-.z.3吸收塔的截面积：

10、TdTAAAA15.7 式中TA吸收塔截面积，m2；dA降液管截面积，m2；通常取12.006.0TdAA，则吸收塔的截面积为：4 吸收塔的直径 吸收塔的直径mADT78.048.044，取整为 1m。吸收塔的塔高计算 塔的顶部设有捕雾气，顶部塔板与捕雾气的距离为 0.91.2m。因此，取顶部空间高度 Ha=1.2m。塔底进料产品的停留时间一般为 35 分钟。当停留时间取3min 时，塔底部空间高度计算公式如下：TbAtHV5.8 式中V液体循环量，m3/s；t停留时间，s；TA吸收塔截面积，m2。带入数据得：mAtVHTb63.248.0603007.0 则吸收塔的有效高度可由以下两式求得：

11、zbaHHHH5.9 TpzHNH)1(5.10 式中H吸收塔有效高度，m；aH塔的顶部空间高度，m，取 Ha=1.2m；bH塔的底部空间高度，m；ZH主体高度，m；TH塔板间距，m，mHT5.0；pN实际塔板数，块；带入数据得：mHHHHzba83.105.0)115(63.22.1 吸收塔的堰高及堰长 堰板高度决定了上液层的厚度，假设堰高过小，气、液两相之间的传质面积过小；假设堰高过大，塔板阻力大，效率低。对于常压或加压塔，堰高wh取 4080mm，本设计堰高取 50mm。-.z.对于单流型与双流型塔设备而言，堰长 lw与塔径 D 的比值取值范围不同。单流型塔Dlw/取 0.60.75，双

12、型塔取 0.50.7。本设计中采用单流型塔，Dlw/取 0.7，即堰长为 0.7m。3结论 按照国家标准天然气GB178201999，合格天然气中的二氧化碳含量要低于 3.0%，二氧化碳属于酸性气体，在二氧化碳在管道中输送时，对管道有较大的腐蚀性，为了防止管道腐蚀而引发管道破裂，必须对二氧化碳进展脱除。现将二氧化碳脱出工艺参数汇总如下表 5.5：表 5.5 二氧化碳脱出工艺相关参数 醇氨溶液参数 浓度 操作条件 循环量，min/3m 外表*力 0.45 压力：4MPa 温度：40Co 0.44 12.56mN/m 吸收塔参数 类型 塔板 尺寸 其它 立式 15 层塔板 间距：0.5m m83.

13、101 堰高：50mm 堰长：700mm 三甘醇脱水工艺 按照国家标准天然气GB178201999，我国天然气质量要求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低 5Co，所以脱出天然气中的水分是必要的。三甘醇脱水法是目前天然气工业中使用较为普遍的脱水方法。三甘醇脱水法装置的露点降 即脱水吸收塔操作温度与脱水后干气露点温度之差可以到达 3347Co。因此，本设计采用三甘醇脱水工艺进展脱水。1三甘醇脱水工艺流程 三甘醇脱水工艺包含两个过程：一个过程是三甘醇贫液吸收天然气中的水分，另一个是三甘醇富液的再生过程。具体工艺流程如下所示：图 5.3 三甘醇脱水工艺流程图 2确定三甘醇吸

14、收塔的根本参数 入口气体温度 在一定压力条件下，假设入口气体温度过高，则会使得入口气体的含水量增加，从而导致三甘醇的循环量和损失量增大；同时温度增加，也会导致吸收塔塔径增加。但是，假设气体温度太低，甘醇会变稠，并会导致发泡。因此，在三甘-.z.醇脱水过程中，吸收塔入口气体的温度要适宜，通常所设计的三甘醇入口气体都保持都保持在 2738之间。本设计取三甘醇入口气体温度为 35。塔内压力 吸收塔入口处气体含水量随压力的增大而减小，并且压力的增大会使得吸收塔壁厚增加，导致用料增加。通常认为 3.458.27MPa 的脱水压力是最经济的。本设计取塔内压力取为 4MPa。吸收塔塔板数 在甘醇循环量和贫甘

15、醇浓度恒定的情况下，塔板数越多，露点降越大。由于再沸器的热负荷与甘醇循环量有直接关系，所用的塔板数越多，节约燃料也就越多。通常多数塔板数定位 68 块，本设计取 7 块，板间距为 0.6m。贫甘醇的温度 多数设计要求贫甘醇温度比吸收塔出口处气体的温度高 38，一般不高于 60。出口气体温度约为 40，则设定贫甘醇温度为 45。贫甘醇溶液的浓度 ttter5.11 式中rt出吸收塔干气真实水露点温度，；et出吸收塔干气的平*露点温度，；t偏差值，一般可取t=58.3。根据天然气GB178201999 的要求，所输气体的露点要比最低环境温度低5，假定海上环境最低温度为-10，则51-rt，则：查天

16、然气集输技术图 5-4“吸收塔操作温度、进塔贫三甘醇浓度和流出的干天然气平*露点关系可知，贫三甘醇溶液的浓度为 99.5%。贫三甘醇溶液用量 三甘醇贫液用量可通过先计算出单位时间内的脱水量后再确定。单位时间脱水量计算公式为：1000/)(22,OHOHWWQG5.12 式中G脱出的水量，kg/d；Q进入吸收塔的天然气量，m3/d；OHW2进入吸收塔的天然气含水汽量，g/m3；OHw2,离开吸收塔的干气含水汽量，g/m3。气体进口压力为 550KPa，温度为 35，查天然气集输技术图 2-3 可得，进入吸收塔的天然气含水汽量OHW2为 8.99g/m3；温度为-15时，离开吸收塔的-.z.干气含

17、水汽量OHw2,为 0.06g/m3。在吸收塔压力和温度下，压缩因子为 0.90，气体流量：带入数据得：则，三甘醇贫液用量为：aGV 5.13 式中V三甘醇贫液用量，m3/d；a由天然气中每吸收 1kg 水所需要的三甘醇溶液量，取 0.025kgm/3。带入数据得：dmaGV/43.109.57025.03。塔径的计算 1对于板式三甘醇脱水吸收塔，计算塔径时，可先按照 SouderBrowm 公式算出允许的单位最大空塔气体质量流速aG：5.01)(305.0ggaCG5.14 式中aG气体的最大允许质量速度，kg/(hm2)；1吸收塔中液相密度，kg/m3；g吸收塔中气相密度，kg/m3；C常

18、数，可由天然气集输工程表 7-3 查得，当板间距为 0.6m 时，C 值为488。查天然气集输工程“三甘醇水溶液密度图可知，99.5%浓度的三甘醇密度为 1114 kg/m3，气体密度为：带入数据得：2气体质量流量计算公式如下：ngQMG00173.05.15 式中gG被处理气体的质量流量，kg/h；Q被处理气体的体积流量基准状态，m3/d；nM被处理气体的分子质量。基准状态下流量为：3 吸收塔的直径公式如下：5.0)8.07.0(49.08.0agGGD）（5.16 带入数据得：-.z.301.0601006.060mtqVLkgKJLQGR/7.905605.2588.274217188.

19、2742171mmqDL672443.17.2747.2743三甘醇再生系统 闪蒸别离器 闪蒸别离器的尺寸可以根据停留时间来确定，计算公式如下：60/tqVL5.17 式中V闪蒸别离器所需的沉降容量，m3；Lq甘醇循环量，m3/h；t停留时间，min，两相别离器为 510min，三相别离器为 20min 30min。带入数据得：重沸器 三甘醇重沸器的温度必须控制在204以下，以防止三甘醇受热分解。通常将重沸器的温度控制在 188199之间即可。重沸器的热负荷由脱水量决定，用如下经历公式求得：GRLQ88.27421715.18 式中RQ脱出 1kg 水所需的重沸器热负荷，KJ/kg；GL甘醇循

20、环量，L/kg。甘醇循环量05.2509.57100043.11000,GVLGL/kg 带入数据得：再生塔 精馏柱直径计算公式如下：LqD7.2745.19 式中 D精馏柱直径，mm。带入数据得：4结论 按照国家标准天然气GB178201999，我国天然气质量要求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低 5Co，所以脱出天然气中的水分是必要的。现对三甘醇脱水工艺参数汇总如下表5.6：表 5.6 三甘醇脱水工艺参数 三甘醇溶液参数 贫液温度 浓度 循环用量 45Co 95.5 1.43dm/3 三甘醇吸收塔参数-.z.入口气体温度 塔内压力 塔板 塔径 35Co 4MPa

21、 6 层塔板；间距：0.6m 0.41m 三甘醇再生系统参数 闪蒸罐 重沸器 再生塔 沉降量：0.013m 热负荷：9056.7KJ/kg 精馏柱直径：67mm 5.2 G 的外输 集油站采用多级别离的方式对原油进展生产别离，别离出的天然气聚集在一起后，在中心平台进展净化处理，净化处理包含脱出二氧化碳和三甘醇脱水两个过程，净化处理完成后对合格天然气进展压缩，用 G 船外输。天然气压缩G为 20MPa 的压力后，在绝热等温的条件下，天然气的容积可缩小为 200 倍，以 G 钢罐装船运到目的码头，在将 G 减压后供用户使用。为了减少能量消耗，节约本钱，天然气在从三甘醇脱水塔出来时的压力可以控制在

22、3.5MPa。天然气要从 3.5MPa 压缩G到 20MPa 的压力，需要进展多级压缩。根据油田油气集输设计技术手册表 6-2-15，天然气的增压方案可以为一级增压从 3.5MPa 到 9MPa，二级增压从 9MPa 到 20MPa。1一级增压所需排气量的计算 在MPaPCTo5.3;35时压缩因子 Z=0.9，气量为：2二级增压所需排气量的计算 在MPaPCTo9;35时压缩因子 Z=0.79，气量为：3压缩机的选型 由上述的天然气参数，一级压缩和二级压缩的压缩机类型如下两表所示：表 5.7 一级压缩的压缩机参数 型号 冷却方式 排气量 min/3m 进气压力，MPa 排气压力，MPa 压缩机转速，r/min 2D8-5.2/20-90 水冷 5.2 2.0 9.0 428 表 5.8 二级压缩的压缩机参数 型号 冷却方式 排气量 min/3m 进气压力，MPa 排气压力，MPa 压缩机转速，r/min 4M123-60,200 水冷 60 大气压力 20 333