集输化学——天然气处理

第十四章天然气处理第三篇集输化学前言天然气：从地层采出的可燃气体。它主要含饱和烃气体（如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等）并含少量非烃气体（如二氧化碳、硫化氢、硫醇等）。从气田产出的天然气叫气田气。从油田产出的天然气叫油田气（也称伴生气）。第一节天然气脱水第十四章天然气处理一、天然气脱水的必要性水蒸汽存在的危害性：（l）在硫化氢和二氧化碳等酸性气体存在下，水蒸汽的冷凝可使管道产生严重腐蚀。（2）天然气可与水在一定条件下生成水合物堵塞管道。（3）用低温分离法回收天然气中的轻烃时，水蒸汽冷凝成水后结冰，也可引起管道堵塞。一、天然气脱水2、天然气含水量表示法绝对湿度相对湿度（l）天然气绝对湿度：单位体积天然气中所含水蒸汽的质量，单位为g·m-3。标准状况：0℃、0.1MPa（2）水蒸气的饱和含量在一定的条件下，天然气中可能含有的最大水汽量，即天然气与水达到相平衡时天然气的绝对湿度所对应的天然气含水量为天然气中水蒸气的饱和含量。（3）相对湿度：天然气的绝对湿度与天然气中水蒸汽的饱和含量的比值。（4）水露点：在一定压力下，天然气中开始出现第一滴水珠时的温度。也就是该压力条件下，与天然气中水蒸汽的饱和含量所对应的温度。一、天然气脱水天然气的水露点图式中，w(H2O)——在实际条件下天然气中水蒸气的饱和含量；w0(H2O)——在作图条件下天然气中水蒸气的饱和含量；α——天然气相对密度的校正系数；β——水中盐含量的校正系数。一、天然气脱水3、天然气脱水法降温法吸附法吸收法一、天然气脱水随着天然气温度的降低和压力的升高，天然气中水蒸汽饱和含量降低，因此可用降温法或先增压后降温法脱除天然气的水蒸汽。天然气降温脱水所达到的温度必须比管输天然气的水露点低5～7℃。3、天然气脱水法（l）降温法：一、天然气脱水一、天然气脱水3、天然气脱水法（2）吸附法：用吸附剂脱除天然气中水蒸汽的方法。吸附剂的特性：①比表面大、孔隙度大，比表面大,吸附容量大，天然气脱水用吸附剂的比表面积一般在500-800m2/g。②有选择性对天然气的不同组分具有选择性吸附作用。③良好的热稳定和化学稳定④有一定机械强度防止破碎和产生粉尘。⑤易再生使用能简便而经济地再生，且使用过程中能保持较高的吸附容量。⑥来源广、成本低Desiccant(FoodGrade)molecularsievessilicagel一、天然气脱水常用吸附剂：活性氧化铝、硅胶、分子筛（3）分子筛由于分子筛的微孔孔径与水分子直径(0.28nm)相近，分子筛的极性与水的极性也相近，因此分子筛有优异的吸水能力。经分子筛脱水后的天然气含水量可低达0.1～10g·m-3。一、天然气脱水3、天然气脱水法（3）吸收法：用吸收剂脱除天然气中水蒸汽的方法。吸收剂：对水溶解度高、对天然气溶解度低、热稳定、化学稳定、粘度低、蒸汽压低、起泡和乳化倾向小、无腐蚀性、易再生使用、来源广、成本低的溶剂。常用的吸收剂为甘醇。主要使用其中的二甘醇、三甘醇和四甘醇甘醇溶液特性：分子中存在羟基和醚基团，通过氢键与水结合，脱除天然气中的水。主要使用其中的二甘醇、三甘醇和四甘醇。三甘醇溶液使用最广。在美国，溶剂吸收法装置中，三甘醇溶液占85%。在我国，考虑到产量及价格因素，二甘醇和三甘醇均有采用。可用蒸馏和气提的方法将甘醇再生使用。三甘醇脱水工艺流程吸收系统：吸收天然气中的水分再生系统：包括闪蒸罐、重沸器等，对三甘醇进行再生。固体、液滴二、天然气脱酸性气体天然气中的酸性气体：硫化氢：会增加管线和设备的腐蚀、污染环境并在后加工过程中引起催化剂中毒。二氧化碳：会增加管线和设备的腐蚀外，减小天然气的热值（单位质量天然气的发热量）二硫化碳（CS2）、硫氧化碳（COS）、硫醇（RSH）等同时被脱除。吸附法酸性气体脱除方法吸收法化学吸附法：海绵铁物理吸附法：分子筛、活性炭、硅胶化学吸收法：醇胺、碱物理吸收法：环丁砜化学吸收剂与物理吸收剂复配：环丁砜+醇胺二、天然气脱酸性气体1、吸附法（1）化学吸附剂：与酸性气体反应的吸附剂。海绵铁：化学成分为氧化铁（Fe2O3），对硫化氢有特殊的选择性。2Fe2O3+6H2S2Fe2S3+6H2O用过的海绵铁，可通入空气，在空气中氧的作用下再生。海绵铁不用于脱除二氧化碳。氧化锌、氧化钙作为化学吸附剂，不能再生。2Fe2S3+3O22Fe2O3+6S二、天然气脱酸性气体（2）物理吸附剂通过物理吸附脱除酸性气体的吸附剂。分子筛：需用耐酸的分子筛。硅铝比：分子筛组成中二氧化硅物质的量与三氧化二铝物质的量之比。耐酸的分子筛的硅铝比在4～10范围。用热天然气再生。活性炭硅胶二、天然气脱酸性气体2、吸收法：用吸收剂脱除酸性气体的方法。（1）化学吸收剂：可与酸性气体反应的吸收剂。一乙醇胺：可在低温（25～40℃）下将酸性气体吸收除去。可用升温（高于150℃）和气提的方法再生。胺基提供碱度，与酸性气体反应。以下反应均为可逆反应碱性强，挥发性和腐蚀性强硫化单乙醇胺碳酸单乙醇胺烷基硫化单乙醇胺二、天然气脱酸性气体醇胺：碱性、腐蚀性较弱对H2S有选择性二、天然气脱酸性气体碱洗法：用氢氧化钠溶液除去酸性气体的方法。不能再生碱渣处理二、天然气脱酸性气体（2）物理吸收剂：通过物理吸收脱除酸性气体的吸收剂通过溶解作用除去酸性气体用加热气提的方法再生二、天然气脱酸性气体（2）物理吸收剂：化学吸收剂和物理吸收剂复配这种复配的吸收剂具有下列特点：(1)净化面宽。可脱除CO2，羰基硫COS，H2S，RSH，硫醚RSR。(2)净化度高。净化气中的硫化氢可低至6mg·m-3。(3)吸收量大。1m3吸收剂最高可吸收酸性气体达120m3。(4)消耗指标低。因吸收剂循环量少，蒸发消耗也少。应用实例川东净化总厂的引进脱硫装置川西北气矿天然气净化厂脱硫装置fertilizerssulfur三、天然气水合物生成的抑制天然气水合物：由天然气和水形成的固体化合物，又称可燃冰。1、天然气水合物的生成有两个条件：（1）天然气中有水存在；（2）有足够低的温度和足够高的压力。三、天然气水合物生成的抑制1、天然气水合物的生成有两个条件：（1）天然气中有水存在。（2）有足够低的温度和足够高的压力水合物临界生成温度5.5℃三、天然气水合物生成的抑制2、天然气水合物的结构：由水分子组成的三种基本空腔：一个小空腔512，两个大空腔51262；51264水分子氢键三、天然气水合物生成的抑制2、天然气水合物的结构：Ⅰ型晶胞：小空腔a与大空腔b组成Ⅱ型晶胞：小空腔a与大空腔c组成三、天然气水合物生成的抑制天然气水合物的形成：（1）结晶（2）长大（3）聚并、沉积三、天然气水合物生成的抑制3、天然气水合物生成的抑制法（2）保持一定温度（1）降低压力（3）减少天然气中水含量（4）天然气水合物抑制剂三、天然气水合物生成的抑制3、天然气水合物生成的抑制法（1）降低压力3、天然气水合物生成的抑制法（2）保持一定温度（套管加热器加热天然气）3、天然气水合物生成的抑制法（3）减少天然气中水含量（4）天然气水合物抑制剂三、天然气水合物生成的抑制天然气水合物抑制剂的种类醇、盐表面活性剂聚合物①醇：甲醇、乙醇、乙二醇与水完全互溶，将天然气水合物控制在结晶析出阶段。②表面活性剂：通过吸附，使结晶表面受到干扰，将天然气水合物控制在结晶的长大阶段。③聚合物：天然气水合物结晶可与聚合物链节结合，将天然气水合物控制在聚并、沉积阶段。PVPPVCap三、天然气水合物生成的抑制本章完