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海洋石油工程第六章第三节海上天然气处理系统海洋石油工程第六章第三节海上天然气处理系统石油天然气工程学院檀朝东tantcd@126.com13801331255第三节海上天然气处理系统—、概述二、酸性气体处理三、天然气脱水处理四、脱除液烃及低温分离技术一、概述Ø天然气处理工作内容及主要设备对天然气的处理，主要视产出天然气的流量、组分、温度、压力以及客户要求的天然气质量指标而定。同时也要考虑便于管道传输的问题。一般的天然气处理工作主要包含以下内容:相分离、甜化处理(即脱硫，脱一氧化碳)、脱水、烃露点控制(即去除大然气中的重质成分)、温度控制(冷却、加热)、压力控制(减压、压缩升压)、天然气的传输、计量等。天然气处理中常用的主要设备包括:井口装置、测试分离器、生产分离器、接触塔、低温分离器、热交换器、加热器、压缩机、集输管道、计量装置等，下图给出了天然气处理的一般工艺流程。一、概述天然气处理的工艺流程一、概述Ø海上天然气处理的特点①由于海上平台空间有限，一般选用小型、高效的设备，设备的布局紧凑。②由于平台容纳人员数量的限制，设备系统的技术集成度高，自动化程度较高。③气田的压力高，危险性大，设备在耐压、可靠性方面要求较高。④设备要具备抗海洋大气腐蚀的性能。⑤保证全天候工作。⑥对工艺流程的设计要求在保证产品合格的基础上从简。第三节海上天然气处理系统—、概述二、酸性气体处理三、天然气脱水处理四、脱除液烃及低温分离技术二、酸性气体处理天然气中经常含有一定数量的等酸性组分，其遇水后呈酸性，因此，人们称其为酸性气体。天然气中酸性气体的存在会增加对管道和设备的腐蚀而影响其使用寿命。此外，在天然气低温分离过程中，有可能形成干冰而堵塞管道和设备;含较多的天然气燃烧时会出现异味，燃烧所生成的等化合物会污染环境;在催化加工中，含硫的烃类化合物会使催化剂中毒。因此，酸性气体的脱除是天然气处理的主要任务之一。二、酸性气体处理Ø天然气脱除酸性气体的方法天然气脱除酸性气体的工艺方法在国内外已报导的有四五十种之多。按其对酸性气体的处理方法可分为:化学吸收法和物理吸收法。在实际的生产过程中，可根据含酸性气体的种类和数量，以及天然气的质量指标的要求，选用其中的一种或几种处理工艺来脱除酸性气体。1.化学吸收法化学吸收法是指使用弱碱性物质或水溶液与天然气中的酸性气体进行反应的化学过程，主要包括以下几种方法:二、酸性气体处理(1)碱洗法(2)醇胺法(3)矾胺法(4)氧化铁(海绵铁)法(5)碳酸盐法2.物理吸收法物理吸收法是根据在不同溶液中的溶解度随温度和压力的变化而改变或采用固体床层进行表面吸附，从而达到脱除的目的。主要的物理吸收法有:(1)物理溶剂(2)固体吸附剂(3)半透膜二、酸性气体处理Ø胺法脱除酸性气体从天然气中脱除的许多方法中，胺醇类是普遍公认和广泛应用的。由于胺醇类的反应活性好且价廉易得，在天然气脱硫工业中己居于突出位置。1.工艺原理简述醇胺的分子结构显示了其中至少有一个轻基(-OH)和一个胺基()。其中羟基能增加醇胺在水中的溶解度，并且能够降低化合物的蒸汽压;胺基在水溶液中呈碱性，促使其对酸性气体的吸收。在使用醇胺脱除酸性气体时，醇胺溶液一般配制成10%一30%的水溶液使用。由于醇胺与酸性气体反应是可逆的，因此可以采用加热、低压(或汽提)的方法对醇胺进行提纯，从而达到醇胺的再生循环使用。二、酸性气体处理2.醇胺法脱除酸性气体的工艺流程采用醇胺法脱除天然气中的酸性气体的工艺流程如图所示。二、酸性气体处理酸性天然气先通过进口分离器去除任何游离液体或固体杂质防止其进入装置，然后天然气从吸收塔的底部进入吸收塔与胺液逆流接触，而胺液从塔顶塔板流下与酸性天然气接触，从气流中脱除酸性组分。净化气从塔顶流出并经过出口分离器去除其所携带的液体，胺液则从底部流出到醇胺提纯装置。醇胺的再生主要是采用气提法，主要利用醇胺与酸性气体的化学平衡反应原理来进行的。当温度升高，压力降低时，化学反应向着生成醇胺的方向进行，从而将酸性气体从胺溶液中闪蒸出来，达到醇胺提纯循环使用的目的。二、酸性气体处理3.醇胺循环量的确定醇胺的循环量是通过选择溶液的浓度、酸性气体的负荷、以及天然气的流率来确定的。4.醇胺法的一般操作问题在实际生产过程中，无论所使用的胺的类型如何，在处理过程中，总是存在一些操作问题，这些问题可归纳为腐蚀、溶液降解、发泡等。二、酸性气体处理Ø氧化铁(海绵铁)法脱除酸性气体1.氧化铁脱硫机理氧化铁法是将含硫天然气通过海绵状的水合氧化铁床层，使与床层中的氧化铁充分接触，发生化学反应生成，从而将从天然气中脱除。当氧化铁被转化接近完成时，向反应塔中吹入空气，在氧的氧化作用下，被氧化又转变成，并释放出硫元素，从而达到氧化铁的再生和循环使用。氧化铁法的基本化学过程如下:二、酸性气体处理2.氧化铁法脱硫工艺流程氧化铁适用于含硫浓度不超过24g/m³。氧化铁法脱硫工艺流程如图所示，从图中可以看出，含硫天然气从塔顶部进入，在塔中与氧化铁()反应生成，当氧化铁吸收塔使用一段时间后，从底部向塔中吹入空气进行再生，空气中的氧与硫化铁反应生成，并释放出硫元素，从而达到连续再生使用的目的。二、酸性气体处理Ø处理方法的选择在实际的生产过程中，可根据含酸性气体的种类和浓度，以及天然气的质量指标的要求，选用其中的一种或几种处理工艺来脱除酸性气体。一般来说，当的浓度超过50ppm时，必须从天然气中脱除;而对于则没有硬性规定，主要是由售气合同中的质量指标要求。一般来说，当天然气中的含量很大时，可采用砜胺法进行酸气的脱除，这有利于对尾气进行二次开发。对于海上天然气生产平台，由于空间的限制，宜采用占地少，便于操作的整装型脱硫装置。如采用分子筛，碳酸脂半透膜，氧化铁法等方法进行酸性气体的脱除。二、酸性气体处理当天然气用作民用气或合同要求的酸性气体的含量很低时，可采用碱洗法进行深度脱除酸性气体。酸性气体的含量可降至1~2ppm。对于上述所提到的各种脱除酸性气体的方法，在实际应用中可能采用其中的一种或多种，各种方法在不同的酸性气体浓度下都具有不同的优缺点，因此，对脱酸性气体的方法的选择是根据酸性气体浓度及产品的质量指标要求来确定的。上述各种脱除酸性气体的方法都没有提到酸性气体的回收利用，因此，对于含有高浓度的酸性气体的天然气，应增加酸性气体的回收装置，否则，所脱除的酸性气体会对环境造成二次污染。第三节海上天然气处理系统—、概述二、酸性气体处理三、天然气脱水处理四、脱除液烃及低温分离技术三、天然气脱水处理天然气脱水，就是脱除天然气中的水分，降低水露点的工艺。从气藏中采出的天然气，一般是饱和的。在天然气销售合同中，都会对天然气的绝对含水量或水露点提出明确要求。脱除天然气水分的方法有:①液体(甘醇)吸收法;②固体吸附法(干燥法);③降温冷凝法。如果脱水要求的露点相同，液体吸收法要比固体吸附法更经济。不过前者脱水深度不如后者。前者一般能达到-20℃~-40℃，后者一般能达到-73℃以下，含水量可达到1ppm。降温冷凝法一般用于对高温高压天然气中水分进行粗分离，是一种经济的方法。生产操作中，尤其海上气田，普遍通过三甘醇相接触脱水，因此我们将讨论液体吸收法。Ø含水量的确定设计天然气脱水系统的第一步，就是要确定含水量，天然气中的含水量与天然气的温度、压力、组分及酸性气体等因素有关。天然气中的饱和水汽含量随温度的升高而增加，随压力的增加而减小，酸性气体及重质烃类含量的增加也会导致含水量增加，而一定量的氮气则会使含水量降低。测定天然气中含水量的方法有:重量法、露点法、图算法等。前两种在生产现场较常用，而图算法主要用于设计脱水系统来估算天然气的含水量。三、天然气脱水处理Ø三甘醇(TEG)脱水工艺1.脱水剂用溶剂来吸收天然气中水分的方法是建立于不同气体在液体中溶解度不同的基础上，所以对气体吸收剂有一定的要求。在天然气脱水工艺中，最常用的液体吸收剂是乙二醇的聚合衍生物，如:乙二醇(MEG)、二甘醇(DEG)、三甘醇(TEG)和四甘醇(T4EG)。这类衍生物通称为甘醇类，它们的化学通式为。甘醇类化合物对天然气有高的脱水深度和较低的溶解度，对化学反应和热作用稳定、蒸汽压低、粘度小、发泡和乳化倾向小、对设备无腐蚀、容易再生、价格也较低廉，并且容易获得。因此是十分理想的脱水剂。三、天然气脱水处理三、天然气脱水处理(1)脱水原理八碳以下的甘醇具有很强的吸水性，这一物理性质是由它的分子结构决定的。每个甘醇分子都有两个羟基，羟基在结构上与水相似，因而可与水分子形成氢键，类似于水分子与水分子之间的氢键，从而使水缔合，这样，高浓度甘醇水溶液就可将天然气中的水汽萃取出来，而形成甘醇稀溶液。三、天然气脱水处理(2）甘醇类脱水剂的优、缺点在选用甘醇时，几乎所有的脱水装置都使用三甘醇。乙二醇和二甘醇的蒸汽压力高，在接触塔内损失较大。二甘醇因低分解温度要求低的再浓缩温度(315~340°F)而导致纯度很难达到足够要求。而三甘醇损失较小，在340~400°F的范围内可获得高纯度，并且在接触塔内可以达到较大的露点降，另外，四甘醇尽管损失小，但是其价格昂贵，再沸器温度也要求较高，达400~430°F，因此普遍使用三甘醇。醇类吸收流体的优、缺点如下表所示。三、天然气脱水处理有关醇类吸收流体的优、缺点三、天然气脱水处理2.三甘醇脱水工艺过程描述甘醇脱水过程就是吸收过程。这个过程在接触(吸收)塔内进行。气流从塔底进入，而贫三甘醇溶液从塔顶流入，以逆流方式流动，通过各级塔盘气体与三甘醇的充分接触，气流里的水蒸气被吸收到贫三甘醇溶液中。最后，富三甘醇从塔底流回再生(浓缩)系统。下图为常用醇类接触(吸收)塔。三、天然气脱水处理三甘醇再生系统主要以加热的办法把水从三甘醇中脱出，还可以借助汽提(解吸)气或溶剂提高三甘醇的纯度。再生的三甘醇就可以重新用来脱水。如图(a)、(b)为两种不同的三甘醇再生系统示意图。系统(a)是借助汽提气，汽提气一般为干气;系统(b)是借助解吸溶剂，该溶剂为象异构辛烷的材料，不过系统不只用异构辛烷，而用在范围内的芳香烃、环烷烃及石蜡烃的混合物。在系统第一次启动时，需要人为添加。系统在正常运行下，由富三甘醇携带的烃类液体来补充或人为添加。此系统再生的三甘醇浓度可达到99.99%以上，而且可回收利用从再生塔挥发出来的蒸汽。三、天然气脱水处理三甘醇再生系统示意图第三节海上天然气处理系统—、概述二、酸性气体处理三、天然气脱水处理四、脱除液烃及低温分离技术四、脱除液烃及低温分离技术脱除天然气中液烃成分()以气体方式存在于气流中，脱除原因:①液态的碳氢化合物要比气态的更有价值;②在输入管线的气的规格对干气中的含量有要求。如用于透平机发电等，烃露点过高会影响透平机的寿命;③随温度的变化，重质的会在输送管道中形成;④可以重新注入油藏来提高采收率。脱除有多种方法，常见的有贫油吸收和低温分离。谢谢大家