天然气处理工艺和轻烃回收技术解读

1天然气处理工艺和轻烃回收技术化工1402刘伟2016.11.152天然气加工工程天然气轻烃回收工艺技术硫化氢腐蚀原理与防护技术天然气处理工艺技术天然气计量自动化3天然气加工工程一、天然气组成与分类􀂄二、天然气处理与加工的原因􀂄三、天然气处理与加工的范畴􀂄四、天然气产品质量指标􀂄五、天然气综合利用4一、天然气组成1、烃类(1)烷烃：绝大多数天然气是以CH4为主要成分，占60%～～90%(V)。同时也含有一定量的乙烷、丙烷、丁烷。有的天然气还含有戊烷以上的组分，如C5～C10的烷烃。(2)烯烃和炔烃：天然气有时含有少量低分子烯烃如乙烯和极微量的低分子炔烃(如乙炔)。(3)环烷烃：天然气中有时含有少量的环戊烷和环已烷(4)芳香烃：天然气中的芳香烃多为苯、甲苯和二甲苯。2、非烃类(1)硫化物：H2S、CS2、COS、RSH、RSR’、R-S-S-R’、C4H4S。(2)含氧化合物：CO2、CO、H2O。(3)其它气体：He、N2。H2天然气加工工程5天然气加工工程天然气的分类方法通常有三种。1、按矿藏特点分类(1)非伴生气(unassociatedgas)：如气井气(gaswellgas)、凝析井气(condensategas)。①气井气：即纯气田天然气，气藏中的天然气以气相存在为主，主要为甲烷，含少量乙、丙、丁烷和非烃气体。②凝析井气：天然气由井流出后，经减压降温即分离成气液两相，液相主要为凝析油。凝析气井气中除甲、乙烷外，还含有一定量的丙、丁烷以及戊烷（C5+）以上的烃类。二、天然气的分类6(2)伴生气(associatedgas)，亦称为油田气(oilfieldgas)它是伴随原油共生并与原油同时被采出的天然气。在地层中为油、气两相。油田气中除甲、乙、丙、丁烷外，还含有戊、已烷，甚至C9、C10组分。2、按天然气烃类组成分类(1)C5界定法——干、湿气的划分①干气(drygas)：指1Sm3(CHN)井口流出物中，C5以上烃液含量低于13.5cm3的天然气。②湿气(wetgas)：指1Sm3(CHN)井口流出物中，C5以上烃液含量高于13.5cm3的天然气。天然气加工工程7天然气加工工程(2)C3界定法——贫、富气的划分①贫气(leangas)：指1Sm3(CHN)井口流出物中，C3以上烃液含量低于94cm3的天然气。②富气(richgas)：指1Sm3(CHN)井口流出物中，C3以上烃液含量高于94cm3的天然气。3、按酸气含量分类酸气(acidgas)指CO2和硫化物。(1)酸性天然气(sourgas)：含有显著的硫化物和CO2等酸气的天然气，必须经过处理才能达到管输标准或商品气气质指标。我国通常将含硫量高于20mg/Sm3(CHN)的天然气称为酸性天然气。(2)洁气(sweetgas)：指含微量硫化物或不含硫的天然气，不需处理就可外输和利用。8天然气加工工程天然气处理与加工的原因1、所有的酸气(H2S、CO2)必须脱除，从经济和环境上考虑，H2S通常转换成元素硫；2、所有的游离液体(液烃、水)必须脱除，因为液烃和水的存在对天然气的输送影响很大；3、所有比丙烷重的烃类也应该除去，一方面可以增加经济效益，另一方面可满足管输标准。另外，从地层中开采出来的天然气可能携带有固体杂质，也必须除去。从以上几方面考虑，井口气必须经过加工和处理以后才能成商品气。9天然气处理与加工的范畴天然气处理与加工指从井口到输气管网的全部过程。包括采气管线、井场分离、集气管线、净化处理、脱水、轻烃回收、输气管网等，如下图。井场处理液体分离天然气脱硫水、烃露点控制烃回收硫回收脱硫再生H2OLPG凝液硫H2SCO2外输气节流阀气藏井口装置地面单元过程：节流、闪蒸、吸收、解吸、精馏、换热、反应、吸附等。天然气加工工程10天然气产品质量指标1、天然气产品：商品气(salesgas)、液化石油气(LPG)、稳定轻烃等。2、产品技术指标(1)热值(heatvalue)：指单位体积或质量天然气的高发热量或低发热量。(2)含硫量(sulfurcontent)：指天然气中H2S含量或总硫(H2S有其它形态的硫)含量。(3)烃露点(hydrocarbondewpoint)：一定压力下从天然气中开始凝结第一滴液烃时的温度。(4)水露点(waterdewpoint)：一定压力条件下，天然气与液态水平衡时所对应的温度。(5)含水量(moisturecontent)：单位体积天然气中所含水蒸气量的多少。天然气加工工程11天然气综合利用天然气氢氰酸二硫化碳乙炔氦气硝基甲烷氯化甲烷合成氨甲醇C1～C6混醇光气甲酰胺二甲基甲酰胺甲酸尿素甲醛MTBE醋酸氯甲烷甲胺MMADMT醋酸乙烯甲醇蛋白乙烯乙烷丙烷丁烷C5+馏分乙烯丙烯丁二烯芳烃合成气CO2N2H2S干冰合成烃液氮化肥硫磺天然气加工工程12天然气加工工程天然气轻烃回收工艺技术硫化氢腐蚀原理与防护技术天然气处理工艺技术天然气计量自动化13一、天然气脱水的主要原因1、天然气会与其中所带的液体或水形成固体化合物，造成堵塞阀门，设备甚至是整个管线。2、造成腐蚀，特别是在CO2和H2S存在的情况下。3、水会在管线中冷凝，从而造成段塞流。4、对于长输管线，会降低管线的输气能力。减少天然气的热值。5、外输气必须满足气体质量标准。6、脱水能保证天然气在深冷的条件下装置能正常运行。因此必须把大部分水脱除。天然气处理工艺技术14二、脱水的方法1、直接冷却法。如：膜分离技术2、溶剂吸收脱水溶剂：如：TEG法（三甘醇再生的工艺流程）工艺流程和主要设备和TEG法脱水操作注意事项三甘醇又称二乙醚乙二醇，简称TEG，是无色无臭有吸湿性的够稠液体，相对密度1.1254，溶于水和乙醇，不溶于苯、甲苯和汽油。三甘醇脱水技术是利用三甘醇溶剂在高压常温下将天然气或合成气中的水份吸收，并在降压和升温的情况下，将水从溶剂中脱出，同时三甘醇获得再生。3、固体吸附法脱水工艺天然气处理工艺技术15三、酸性天然气脱硫醇胺法脱硫工艺选择性吸收脱硫工艺其它脱硫方法介绍硫磺回收（克劳斯法）天然气处理工艺技术16四、轻烃回收天然气处理工艺技术目的：1、为了控制天然气的烃露点以达到商品气质量指标，以避免气液两相流动；(输送要求)2、回收下来的液烃能带来更大的经济效益，可以用作燃料和化工原料。(利益驱动)3、如果对于要将气体回注地层以保持储层压力，提高油气采收率时，需要尽可能地脱除Ｃ2＋。原料：天然气(油田气、气井气、原稳气；炼厂气(催裂化气)17天然气加工工程天然气轻烃回收工艺技术硫化氢腐蚀原理与防护技术天然气处理工艺技术天然气计量自动化181、概述天然气的组成因油气田或层系不同而异。油田气、部分气田的气井气含有较多的乙烷（C2H6，常简略为C2）、丙烷（C3）、丁烷（C4）、戊烷及戊烷以上（C5+）的烃类，这些天然气称为“富气”。富气中的这些烃类可以以液体产品的形式从天然气中加以回收，这一过程称为天然气凝液（NGL）的回收，国内常称为轻烃回收。天然气轻烃回收工艺技术2、轻烃回收的方法：主要有油吸收法、吸附法和冷冻分离法。冷冻分离法中，可使用的制冷方法有节流膨胀制冷、热分离机制冷、透平膨胀机制冷、外加冷源制冷等。冷冻分离法的典型工艺流程有三种类型：膨胀机制冷（或称为直接膨胀制冷）、外加冷源制冷和混合制冷。混合制冷是前两者的综合。19天然气轻烃回收工艺技术20低温分离法(冷凝分离法)则是利用原料气中各烃类组分冷凝温度不同的特点，通过制冷将原料气冷至一定温度从而将沸点较高的烃类冷凝分离并经凝液分馏分离成合格产品的方法。其最根本的特点是需要提供较低温位的冷量使原料气降温。按制冷温度的不同，低温分离法又分为浅冷分离和深冷分离工艺。低温分离法轻烃回收方法天然气轻烃回收工艺技术21制冷方法一般分为1、相变制冷（外冷）2、气体膨胀制冷（内冷）低温分离法天然气轻烃回收工艺技术22一、天然气处理站轻烃回收实验方法研究目的为提高油气综合利用水平，进行天然气处理站轻烃回收实验方法研究有十分重要的现实意义。凝析天然气和伴生气中含有大量的丙烷及丙烷以上重烃组分，从中回收和合理利用这部分烃类资源，将提高油气田开发的经济效益。轻烃回收工艺目前广泛采用的是低温分离法或低温分离法与其它方法的组合—复合回收法。低温分离法具有投资少、操作费用低和回收率高的优点。稳定后的富气通过低温分离装置把气体中的丙烷以上（C3+）重组分从气体中分离出来。得到混合液烃。在分馏得到所需的产品---轻质油和石油液化气。天然气轻烃回收工艺技术23二、天然气处理站轻烃回收实验方法和研究是在对天然气处理站原油稳定富气的轻烃回收工艺流程了解和研究的基础上，进行天然气处理站各进口和出口的油气取样分析和研究，从而得到最合理的天然气处理方案。同时也可对目前处理装置控制条件、处理方法进行评价。天然气处理工艺技术24三、油田气轻烃回收实用技术实验步骤和研究方法影响轻烃回收率的因素很多，但是我们实验分析研究主要是从以下方面入手进行工作：1、取样分析原料气、外输干气、液化气等的性质。2、研究对比各种工艺运行条件下（冷凝压力和冷凝温度）轻烃回收率。3、评价现场分离装置（压缩机组的功率、脱乙烷塔塔顶温度等）对收率的影响。4、制订天然气处理站最合理的天然气处理方案。天然气处理工艺技术25天然气处理工艺技术首先要取得天然气处理站经预处理及净化后的原料气以及外输干气、液化气样品，实验室分析其密度、组成等参数。再根据天然气处理站的原料气处理量和液化气、轻质油的产量数据，基于质量平衡计算得到了液烃回收率。C3+回收率的计算公式如下：Eij=mij×nij/a式中：Eij————一定条件下的C3+回收率，质量%；mij————一定条件下的质量液化率，%；nij————一定条件下冷凝出的液烃中的C3+含量，质量%；a————原料气的C3+含量，质量%。26同时计算得到天然气处理站各条件下的体积液化率、质量液化率、C3+回收率、冷凝出的液烃中C3+含量。利用相关的模拟软件，比如：ECLIPES、CMG、VIP和PVTPro软件，基于原料气样品实验组成数据，模拟计算得到了原料气的相包络线，模拟计算出各条件下的液烃回收率，建立了液烃回收率图版。比较现场冷凝条件下预测的和实际的液烃回收率，根据图版总结出液烃回收率以及液相中C3+含量的变化规律，研究气体液化率与压力、温度之间的关系，找到天然气处理站优化的冷凝条件。为现场处理工艺的改进和调整提供实验依据。天然气处理工艺技术27原料气中不同组分C2、C3、C4、C5的液化率与温度的关系，总的趋势是随着压力的增高和温度的降低，混合气中的各组分的液化率都得到了提高。但是各单体烃液化速率不相同。而当温度为-20℃，压力大于1.8MPa时，液化率增长幅度减小，并且乙烷（C2）的液化率较高（≥76.2%）。C3+的液化率随着压力的升高和温度的降低而增加。同样，C3+的液化率在增加的同时，乙烷（C2）的液化率也随之提高，这不仅要耗费更多的冷量来冷凝乙烷（C2），而且要耗费更多的热量将其从液烃中分离出来。同时也要兼顾考虑回收装置不能在过高压力和过低温度下运行这一重要因素。因此，这就要求我们在实验分析和研究过程中，不能一味地追求理论计算研究的理想状态。提出与现场目前分离最高条件（压力、温度控制）和分离设备能力不相符的理想的“最优”条件。所以要求我们在分析研究中提出多种可行性方案，并且进行分析对比，选择出合理的液烃回收制冷方法。天然气处理工艺技术28天然气加工工程天然气轻烃回收工艺技术硫化氢腐蚀原理与防护技术天然气处理工艺技术天然气计量自动化29一、分子、原子、金属结构基础知识二、金属腐蚀基础知识三、硫化氢（H2S）的特性及来源四、硫化氢腐蚀机理五、硫化氢引起氢损伤的腐蚀类型六、腐蚀的研究方法七、硫化氢腐蚀的影响因素八、硫化氢腐蚀的预防措施硫化氢腐蚀原理与防护技术30全面腐蚀应力腐蚀点腐蚀晶间腐蚀缝隙腐蚀选择性腐蚀磨蚀等其他八大局部腐蚀形态电偶腐蚀点腐蚀缝隙腐蚀晶间腐蚀选择性腐蚀磨损腐蚀应力腐蚀腐蚀疲劳30硫化氢腐蚀原理与防护技