《《天然气加工工程》复习资料.doc.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《天然气加工工程》复习资料.doc.pdf（28页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、广义的天然气是指在自然界屮天然生成的气体化合物。狭义的天然气是指在岩石圈屮生成 并蕴藏于其中的以气态烷绘混合物为主的可燃性气体。 三大能源：煤、石油、天然气 从组成上讲，天然气分为： 常规天然气：俄罗斯天然气储量居世界之首 非常规天然气 : 非常规天然气主要包括页岩气、致密砂岩气、煤层气和天然气水合物等。我 国的天然气资源 化学组成： 天然气是由以低分子饱和坯为主的坯类气体与少量非坯类气体组成的混合气体。 其组成如下： ( 具体见书第1页) CH, (70-95%) C2W6,C3W8,C4/10,C5+ (5-30%)不多,C?+极少 H 2S,CO2,CO,N2,H2,H2O ( 少量)
2、RSH,RSR,CS2 ，COS, 礁吩( 少量) He, At?( 微量 ) 不饱和坯 ( 痕蜃) 在己烷及以上的组分中，还包括痕量环烷烧和芳烧 1、由于天然气组成具有矿藏依赖性，所以天然气按矿藏特点可分为： 气井气在气藏中以气相存在，采出地面仍为气相的天然气。开采出来的主要成分是甲烷 和乙烷，属于干气。 凝析井气在气藏中以气相存在，但开采到一定阶段，随储层压力下降，流体状态进入露 点线内的反凝析区，部分桂类呈液态( 凝析油 ) 析出。开采出来的主要成分是除甲烷和乙烷外， 还有C3+成分。 油田伴生气在油藏中伴随原油共生，包扌舌气层气和溶解气两种，属于湿气。 2、 按坯类组成可分为：CHN(
3、20,101.325kPa) C5界定法： 干气1/(CHN)井口流出物中，C5以上怪类含量低于13.5cm 3 的天然气。 湿气1F(CHN)井口流出物中，C5以上炷类含量高于13.5CF的天然气。 C3界定法： 贫气1(CHN)井口流出协，C3以上怪类含量低于94cm 3 的天然气。 富气lf(CHN)井口流出物屮，C3以上桂类含量高于94cm 3 的天然气。 3、按酸气含量分类： 酸性天然气：含有显著量的硫化物和CO?等酸性气体，必须经处理后才能达到管输标准或商 品气气质指标的天然气。含硫量高丁20mg/基方的天然气。 洁气：硫化物和CO?含量甚微或根木不含，不需净化就可外输或利用的天然
4、气。 脱硫天然气：经过脱硫处理的天然气。净化天然气：经过脱硫和脱水处理的天然气。 参比条件 简写备注温度压力 o c101.325kPa, m3 (0 C)我国城镇燃气设计规范采用 20 C101.325kPam3 (CHN)我国大部分采用 15.6 C101.325kPa 3 m (15.6 C) 外国采用 天然气相关物性参数： 1、平均相对分子质量：标准状态下lmol天然气的质量 2、相对密度：标准状况下天然气的密度与干燥空气的密度之比 3、热值：单位体积或单位质量天然气完全燃烧所产生的热量 总热值：在理想燃烧反应中，若生成的水全部以液态形式存在，且所有产物冷却到15度 时 的热值。 净热
5、值：在理想燃烧反应中，若生成的水全部以气态形式存在，且所有产物冷却到15度 时 的热值。 干基热值：燃烧所用天然气在标准状况下不含水蒸气。 湿基热值：燃烧所用天然气在标准状况下完全被水饱和。 天然气处理：将通过集气系统集中后的天然气经过一系列处理，脱除其中的杂质使其达到一定 的气质指标的过程 天然气加工：轻桂回收、天然气液化和提氨 大部分时物理过程，硫黄回收属化学过程。 商品天然气的主要气质指标：最小热值、硫含量、坯露点、水露点、 最小热值：控制不可燃气体的含量 硫含量：以硫化氢含量或总硫含量表示 烧露点：在一定压力下天然气屮析出笫一滴液坯吋的温度。为防止天然气在管输过程屮有液 桂析出，桂需点
6、应低于当地坏境最低温度。 水露点：在一定压力下，天然气与液态水平衡时的温度（在地层温度和压力条件下，水在天 然气中通常以饱和水蒸气形式存在）。为防止天然气在管输或加工过程中有水析出，水露点应 低于环境最低温度5-6 Co 天然气临界凝析压力匕与临界凝析温度7；的概念及与临界温度Tc与临界压力Pc的区别。 Ttn：气液能够平衡共存的最高温度。 化：气液能够平衡共存的最高压力。 两组分体系在高于Tc时仍可能存在饱和液体， 直至臨点线上最高温度点M为止，同样， 在 高于临界压力Pc时仍可能存在饱和蒸汽直至露点线上最高压力点N为止。 天然气的反凝析现象： 反凝析现象：由JH线和LK线说明 在等温下降低
7、压力时会使蒸汽冷凝，在等压下 升高温度是可析出液体； 定义：多组分体系在等温降压或等压升温过程 中出现的液体凝析现象就称为反凝析现象。 J It! 2-4 丙组分体系相图 天然气中水的危害： 降低了天然气的热值和管道的输送能力； 温度降低或者压力上升时， 天然气中的水会以液相析出， 造成压降，加速酸性组分腐蚀； 液态水在冰点时结冰，在低温高压下形成水合物。 绝对湿度（绝对含水量）：单位体积天然气中含有的水汽的量 饱和湿度（饱和含水塑）：一定温度和压力下，天然气中饱和水蒸气量。 相对湿度：天然气绝对湿度和饱和湿度之比。 水露点温度：天然气在一定压力下水蒸气开始冷凝结露的温度。 露点降：评价脱水效
8、率的参数 天然气含水量的估算： 非酸性天然气：（或酸性组分体积分数小于5%） 使用天然气含水量算图（Mcketta? Wehe算图）（d=0.6,与纯水接触）图见P60 W = 相对密度校正系数）xCs（含盐量校正系数） 其他4种方法见书P59-62 酸性天然气： 坎贝尔辅助算图：图见P63 lV=ycWc +歹砂“砂 +儿。？ Wichcn辅助算图：见P64 y?2s y H2S y co2 xo.75 根据y 比 s在Wichert辅助算图查得R,则W = W cxR 直接查算法图见P64 A 炖 M 饨 13 蒸气 IK 膨 呜 魅 处 代 49 天然气水合物（可燃冰）是一种天然气和水的
9、类冰状固态结合物，是气体分子和水分子非 化学计量的包藏配合物。在外观上是白色的结晶物，类似于疏松的冰或致密的雪。 相对密度为0.96-0.98,可浮在水面上和沉于液坯中。M nH 2O 在适宜的条件（T、P）下，水分子首先用氢键方式自身连结为“笼状”结构的晶格，气体 分子包笼在晶格的空腔内，起到稳定品格的作用。没有绘分子存在，这种笼状结构的品格就不 能形成。（热力学不稳定）。 6/max0.69nm的分子，不能形成I型和II型水合物，例戊烷 S0 2 + 2H2S + 日 2。+ 518.9kJ /mol 催化反应段：将热反应段中燃烧生成的S02与酸气中其余2/3体积的H2S在催化剂上反 KT
10、R “ 乙 降温大小 Qs QRIS QSTS QH制冷量 等RTSSTS等焙绝热效率 设备复杂程度和操作与上述结果相反 节流过程膨胀机 结构简单复杂 操作简单复杂 过程等焙过程多变过程 出口带液范围更大范围有限 温度效应差好 制冷量小大 回收膨胀功无有 注： 1、液体冷剂的膨胀过程均采用节流膨胀 2、气体冷剂的膨胀两法均可。节流膨胀简单经济，用于高压气藏气制冷 3、低温两相区中，us接近uh,膨胀机存在问题， 在NGL回收装置屮常采用气体节流膨胀作为最低温位的制冷方法 新改建轻桂回收装置多用膨胀制冷法及有冷剂预冷的联合制冷法，膨胀制冷设备以透平膨胀机 为主。 并不是所有气体节流膨胀都有制冷效
11、果，同种气体不同条件可能有不同的节流效果 入口温度越低，制冷效果越好一一末端制冷手段。 节流膨胀与等爛膨胀比较： 气体的微分等爛效应总大于微分节流效应。 初始状态和膨胀比相同，等爛膨胀的温降比节流膨胀温降要大 u s与卩h的差值与温度、压力有关 当压力较低而温度较高时，u s比u h大得多 随看压力增加，us将接近于uh。 在临界点时，u S近似等于u ho 当气体初始状态及膨胀比相同时，等爛膨胀与等焙膨胀单位制冷量之差为膨胀机对外做的功冷 凝分离法： 根据其组成以及要求回收液坯程度的不同，冷凝分离法按工艺过程可分为浅冷分离、深冷分离、 中冷分离工艺。浅冷分离以回收丙烷为主要目的，深冷分离则以
12、回收乙烷为目的或要求丙烷回 收率大于90%0浅冷分离常用的制冷法有节流膨胀制冷法、制冷剂制冷法和单级膨胀制冷法。 C3冋收率可达50-70%o深冷分离常用的制冷方法有复叠式制冷法、膨胀制冷法 以及膨胀制冷和 制冷剂制冷相结合的混合制冷法，C3回收率可达85%以上。 原则流程图： 天然气凝液回收工艺由原料气预处理、压缩、冷凝分离、凝液分憾、产品储存、干气再压缩以 及制冷等系统组成 （一） 原料气预处理 原料气预处理的目的是脱除其携带的油、游离水和泥砂等杂质（非均相），以及脱除原料气中 的水蒸气、酸性组分和汞等（均相）。 （二） 原料气压缩 低压伴生气压缩的目的（高压原料气不需要压缩）：提高气体的
13、冷凝率；得到较高外输压力；膨 胀制冷为达要求冷冻温度，应保证足够进口压力；结合适宜的冷凝分离压力、干气压力以及能 耗等，进行综合比较后确定；原料气压缩一般都与冷却脱水结合进行。 （三） 冷凝分离 1.多级冷凝与分离 采用多级冷凝与分离的原因是： 可以合理利用制冷系统不同温位的冷量，从而降低能耗。 可以使原料气获得初步分离。 组织工艺流程的需要。 2.适宜的冷凝分离压力与温度 膨胀机制冷法无法达到所需温度应采用冷剂预冷。 压力、温度远离临界点值，以免分离困难，难以控制。 3.低温换热设备 换热器类型：管壳式、螺旋板式、绕管式及板翅式换热器 低温换热流程的组织原则：经济合理 冷流与热流的换热温差比
14、较接近 对数平均温差宜低于15 C 换热过程屮冷流与热流的温差应避免出现小于3 C的窄点 当蒸发器的对数平均温差较大时，用分级制冷 低温设备温度低，极易散冷，常低温设备置于冷箱中 （四）凝液分惚 凝液分成乙烷、丙烷、丁烷，天然汽油 分离方法：精谓 相关设备：分憾塔，冷 凝器、重沸器、换热器 和其他 1.凝液分镉流程 2.塔侧换热器 3.分镭塔运行压力 4.回流比及进料状态 5.分僧塔选型工艺方法选择： （一）主要考虑因素 原料气组成、NGL冋收率或桂类产品收率以及产品质量指标等 1 ?原料气组成 C3+怪类及水蒸气、CO2、H2S等含量对工艺方法的选择均有影响。 天然气中的Hg须脱除。 氧影响
15、分子筛干燥剂脱水性能。低温再生是有效措施。 2. 商品乙烷及丙烷的收率 桂类产品的收率对工艺方法的选择也有很大影响。 工艺方法冷冻油吸收丙烷制冷乙烷/ 丙烷阶式制冷混合冷剂制冷透平膨胀机制冷 丙烷收率 /% 9090989898 乙烷收率 /% 605()859292 3.商品气质量指标 满足最小总热值（HHV ）要求。必要时保留部分发热量较高组分、惰性组分多时须脱除。 C3+回收工艺的应用 （一） 采用冷剂制冷法的浅冷分离工艺流程（原料气富，制冷温度高，收率低） （二） 改进的低温油吸收法提高丙烷收率 （三） 透平膨胀机制冷法（原料贫，压力髙，制冷温度低，收率高） （四） 冷剂与透平膨胀机联
16、合制冷法 （收率高、原料气较富，制冷温度低，收率高。多级冋 收）。 顺序分离 节能 多股进料 R倾向取最小值 填料塔 C2+凝液回收工艺的应用 （一）采用两级透平膨胀机制冷法的NGL回收工艺 节能措施：塔侧换热器，尾气冷量回收，二级膨胀剂，多级回收 特点：二级膨胀剂冋收压力能，塔侧换热器，尾气冷量冋收，三级凝液冋收 （二） 常规透平膨胀机制冷法的改进工艺 1.气体过冷工艺（GSP）及液体过冷工艺（LSP） 2.低温干气循环工艺 3.侧线冋流工艺 （三） 混合冷剂制冷工艺 工艺流程简单，投资小，单位冷量能耗低 （四） 采用阶式制冷法的NGL回收工艺 工艺成熟，工艺复杂，单位冷量能耗低 （五） 采用丙烷冷剂与透平膨胀机联合制冷法的工艺流程 节能措施：对出装置气体副热，冋收热量，塔侧换热器提高冷量冋收效率； 特点：低压操作，操作温度低，对原料净化要求高 总之，当天然气组成较富、处理气量较小、装置建设目的是回收C3且产品回收率要求不高时， 宜采用浅冷分离工艺，一般设定50%-80%的C3回收率；当气体组成较贫、处理量较大、希望 回收较多乙烷吋，宜采用深冷分离工艺，一般设定60%-85%的C2冋收率。 常见的混合制冷深冷分离工艺是：原料气增压、分子筛脱水、蒸发器预冷，然后再进入膨胀机 进一步制冷，外冷器一般位于装置的主冷箱之前。