日产100万方天然气三甘醇脱水装置工艺设计毕业设计(编辑修改稿)

日产100万方天然气三甘醇脱水装置工艺设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

②公式法 计算公式如式（ ）： 图 天然气含水量 W = A B（ +32） （ ） 式中： W ——水含量， gH2O/m3； 100 万方 /天天然气三甘醇脱水工艺 7 t——系统温度， ℃ ； A 、 B——与压力（ P）有关的系数 . (2) 酸性天然气含水量的估算 酸性天然气的含水量有三种校正算图估算法，校正算图 1 的实质是基于纯酸气 （即纯的 H2S 气体或纯的 CO2 气体）与水相的平衡，它是配合坎贝尔公式使用的。 校正算图 2（韦切尔特算图）是新提出来的一种算图，是配合 MekettaWehe 算图使用的。 校正算图 3 中气体所含 CO2 的量也要折算成 H2S 的当量浓度，折算方法与校正算图 2 的方法一样，然后直接由温度、压力和 H2S 的浓度查图。 天然气水合物 天然气水合物也称天然气水化物，是一种天然气中的小分子与水分子形成的类冰状固态化合物，是气体分子与水分子非化学计量的包藏络合物，即是水分子与气体分子以物理结合体 所形成的一种固体，它在结构上与冰不同。 天然气水合物的结构 以往研究结果表明，天然气水合物的结构主要有两种：相对分子质量较小的气体（如 CH C2H H2S、 CO2）水合物是稳定性较好的体心立方晶体结构；相对分子质量较大的气体（如 C3H iC4H10）水合物是稳定性较差的金刚石型结构。 当天然气中含有形成两种水合物结构的气体组分时，通常只生成一种结构较为稳定的水合物，具体结构主要取决于天然气的组成。 水合物的生成条件 引起水合物形成的主要条件是：①天然气的温度等于或低于露点温度，有 液态水存在；②在 —定压力和气体组成下，天然气温度低于水合物形成温度；③压力增加，形成水合物的温度相应增加。 当具备上述主要条件时，有时仍不能形成水合物，还必须具备下述一些引起水合物形成的次要条件：①气流速度很快，或者通过设备或管道中诸如弯头、孔板、阀门、测温元件套管处等时，使气流出现剧烈扰动；②压力发生波动；③存在小的水合物晶种；④存在 CO2 或 H2S 等组分，它们比烃类更易溶于水并易形成水合物。 天然气水合物的防止措施 防止天然气水合物生成有三种方法，采用任何一种方法都能有效防止水合物的生西南石油大学毕业设计 (论文 ) 8 成：① 给天然气加热，并且使天然气温度维持在天然气水合物形成温度以上；②向气流中加入化学处理剂（水合物抑制剂），使水合物形成温度降至天然气在管线或设备中可能达到的最低温度；100 万方 /天天然气三甘醇脱水工艺 2 天然气脱水的工艺 天然气脱水方法 目前溶剂吸附法在我国被广泛应用，这种方法的原理是利用吸水性较强的化学溶剂与天然气接触后，选择性地吸收所含的水分。 甘醇是一种亲水性很好的液体，能与水完全互溶，当含水天然气与浓甘醇 (称贫液 )充分接触时，天然气中水与甘醇互溶成甘醇 —水溶液 (称富液 )，天然气被净化脱水后进入输气干线，将甘醇 —水溶液进行再生处理 ，使水汽化排出以达到再生的目的，甘醇提浓后可重复使用。 三甘醇和二甘醇特别适宜于长输管线大，气量的深度脱水，但由于三甘醇对水份有极强的亲合力，具有较高的脱水深度，而对天然气有较低的溶解度 (选择性吸收好 )，蒸汽压相对较低，溶剂损失小，热力学稳定，其沸点比二甘醇高，可在较高的温度下再生，所需设备也简单，脱水后的天然气露点下降值较大，因此，国内使用的化学溶剂较多的是三甘醇溶液。 天然气脱水在原理上讲有四种方式：直接冷却、压缩以后冷却、吸收和吸附，在工艺上主要有：液体脱水剂 (甘醇 )法、固体脱水剂 (分子剂、铅土、硅胶 )及氯化钙法。 表 21 给出了常用的脱水方法比较。 （ 1） IFPEX—1 脱水工艺 法国石油科学院开发的 IFPEXOL 工艺是气体加工领域的一项新工艺，其突出的优点是其经济性及对环境的安全性。 IF—PEXOL 的基础是在低温下使用单一的甲醇溶剂，其技术原理则是利用天然气凝液回收中的气体冷却来同时完成脱水和酸气脱除中的溶剂处理。 IFPIEXOL 工艺分两部分，其中 IFPEX—l 用于脱水，其工艺过程是：气体进料向上通过一座接触塔，在塔内与来自冷却分离器并向下流动的含水溶剂逆流接触，甲醇溶剂上升的原料气从水中完全提出。 由于该 工艺不蒸发气体，因而可减少芳烃的排放。 IFPEX—1 工艺的操作费用低。 能量费用占操作费用的大部分。 常用的三甘醇法需要一台大的输送高热物料泵和再生装置，耗能较多。 而IFPIEX—1 工艺不需要耗热只要用一定的电量驱动一台小低压泵。 若以每千瓦小时的电费为 美元及每百万大卡需要耗燃料费 12 美元计算，与三甘醇法相比较，IFPIEX—l 每年可节约 10 万美元的操作费用。 （ 2）最常用的脱水工艺 ——三甘醇工艺 目前天然气脱水中应用最多的是三甘醇工艺。 在新概念的指导下，这项脱水工西南石油大学毕业设计 (论文 ) 10 艺又有所发展。 研究表明，结构填料在压力为 或更大时进行天然气脱水表现出极佳的效果。 ARCO 油气公司证实，在采用三甘醇脱水相同的工艺条件下，结构填料能够将塔的规模减小，容器重量减少，内部零件减少，费用降低。 目前已进行了两种类型的结构填料测试。 结构填料提供了更大的吸收率、更高的处理量及较低的压降。 甘醇脱水工艺的另一项改进技术是使用异辛烷、甲苯等作为共沸剂的的 Drizo法，其三甘醇贫液浓度可达 ％，干气露点可达 73℃ ，无气体排放。 美国 Proses公司拥有的这项 Proses 技术，气体处理越大，成本越低，世界上许多国家正在推广这项 技术。 意大利一家公司设计并建造了一套不用有毒的芳烃溶剂，也无汽提气损耗的Drigas 装置。 采用这种装置，三甘醇贫液浓度可达到 ％以上，湿气温度可达60℃ ，压力可达 15MPa。 如果需要的三甘醇浓度较高，只要并入一个二级吸收塔，输入少量的三甘醇贫液，三甘醇纯度就可达到 ％。 （ 3）其他工艺 ——分子筛工艺，膜分离工艺 分子筛能脱除天然气中的水、硫化物和其他杂质，也可用于酸性天然气的干燥。 目前许多天然气田都使用分子筛干燥气体。 分子筛能将水脱除很低的水平。 在分子筛干燥气体时，同时吸附了硫化氢，但需注 意，在有 CO2存在时， H2S 可能被催化反应为碳基硫。 特殊的抗酸性分子筛的使用寿命长，能保持其脱水能力。 分子筛用于气体干燥不需要甘醇脱水那样的预冷却。 随着天然气价格的上涨，许多酸性气田要投入开发，已考虑选择用抗酸性分子筛干燥天然气。 20 世纪 90 年代美国天然气研究院提出的膜分离工艺，是根据含有水蒸汽、溶解气的流动气体通过聚合物薄膜发生的扩散或渗透，由于不同气体有不同的溶解度和扩散系数，气体通过膜具有不同的移动速度，从而达到分离的目的。 工业上早期使用的气体分离膜，成本高、分离能力低，大规模使用受到限制，随着 膜分离系统分离能力的改进和费用的降低， 1987 年 Permea 公司工业上首先使用膜装置干燥器来干燥压缩空气，能使压缩空气的含水量低于 lppm。 美国天然气研究院及一些大型石油公司已研究开发出了用于天然气干燥的气体分离膜和膜系统。 100 万方 /天天然气三甘醇脱水工艺 11 脱水装置设计 此次设计所选用的脱水装置有：卧式过滤分离器、脱水吸收塔（塔顶捕雾器 和塔板之间设冷却盘管代替气体 甘醇换热器）、立式闪蒸罐、三甘醇再生塔（富液精馏柱顶设换热盘管、塔顶设回流冷凝器、塔底设重沸器）、贫液汽提柱、缓冲罐（内设三甘醇贫 富液换热盘管）、三甘醇循环泵、三甘醇过滤器、三甘醇冷却器、废气分液罐和灼烧炉。 图 21 AutoCAD 绘制的工艺流程设计图 （ 1湿天然气； 2出塔干气； 3TEG 富液； 4闪蒸后的 TEG 富液； 5TEG 富液再生； 6再生的 TEG贫液； 7TEG 贫液进塔； 8闪蒸气； 9含水气； 10汽提气； 11燃料气； 12原料气； 13污水至污水池； 14干天然气至输气干线； 15补充 TEG； 16循环冷水； 17循环回水； A卧式过滤分离器； B脱水吸收塔； C闪蒸罐； D富液精馏柱； E重沸器； F贫液汽提柱； G缓冲罐； HTEG 循环泵； ITEG 冷却器； JTEG 过滤器； K废气分液罐； L灼烧炉） 工艺过程的中心设备是吸收塔，用泵将 TEG泵人到吸收塔的顶部， TEG经过吸收塔时与气流逆流接触后向下沉动，富 TEG水溶液从塔底排出，再经过冷凝器的盘管升温并过滤后，进入闪蒸罐闪蒸出富 TEG中溶解的烃类组分，然后液相流人贫富甘醇换热 升温并过滤后，进入脱水单元的再生器部分，在再生培内通过加热使 TEG吸收的水分在常压下脱除从而提浓，再生后的 TEG经贫富甘醇换热器冷却后，泵人吸收塔循环使用。 而湿天然气由吸收塔底进入，经人口洗涤器后自下而上与 TEG接触传质，然后经塔顶分离器后外输。 西南石油大学毕业设计 (论文 ) 12 (1) 入口分离器 一半以上的脱水装置的问题都是由于入口气体不够充分洗涤气而引发的 的常见五种污染物是； 游离水：水会增加甘醇的循环量、重沸器的热负荷和燃料费用。 油或烃类：可溶解的烃会减弱甘醇的脱水能力．有游离水存在时不可溶的油会在换热器的热交换表面结焦，同时会增加甘醇的浓度。 带入的盐水：盐溶解于甘醇中会腐蚀钢材，特别是不锈钢，容易引起重沸器火管穿孔 . 添加剂：如腐蚀防护剂、酸化和压裂液，这些物质易引 起发袍、腐蚀和对火管造成热腐蚀 . 团体杂质：如砂、腐蚀产物 (FeS、铁锈等 )，这些固体易引起发泡，侵蚀阀门和泵，堵塞塔板和填料。 进口湿气的完全洗涤是保证装置安全生产的必要前提。 许多大的三甘醇脱水装置都在吸收塔前设有分离器或洗涤器，可能的话．还设有过滤器。 洗涤器的负荷要能处理最大气体流量的 125％。 （ 2）吸收塔 如图 2—2所示，吸收塔由底部的洗气段、中部的传质或干燥段、顶部的甘碎冷却和捕雾器组成。 100 万方 /天天然气三甘醇脱水工艺 13 图 2— 2 甘醇吸收塔 湿天然气切向进入塔底部一体化的气体洗涤器，然后穿过丝网捕雾器以去 除随气体带入的残余液体颗粒，通过这样的两级处理使可能进入甘醇体系的污染物最西南石油大学毕业设计 (论文 ) 14 小化。 一体化的气体洗涤器是对入口分离器的补充，它不能代替入口分离器。 在干燥段，气体由下而上与由上而下三甘醇进行逆流接触，一般需 4～ 12 层泡罩塔板或浮阎塔板，尽管浮阀塔比泡罩塔有较高的效率，但由于泡罩在低气速下不致漏液，且适合粘性液体。 因此，实际过程中，往往采用泡罩塔板。 甘醇趋向于发袍，因此塔板间距至少应保持 204mm，比较合适的值是 6l0～760mm。 安装时，应保持塔体垂直，否则由于塔板上液位不一致将影响到气液接触效果。 塔顶的捕 雾器保证气相中尽可能少地夹带甘醇，捕集垫由 l00～ 200mm 的不锈钢和涤纶组成。 液体的分离空间是十分重要的，从捕雾器到第一块塔板的距离至少应为板间距的 1． 5 倍。 （ 3）闪蒸罐 在甘醇吸收水分的过程中，较重的烃类包括芳香烃会不可避免地部分溶解于甘醇溶液。 可应用两相分离器进行分离，此时溶液的停留时间为 5—10min。 如果甘醇吸收有大量的重质烃，气体的相对密度大，这时可选用三相分离器，其停留时间应为20—30min。 气体 —凝液 —甘醇分离的最佳条件是 350—500kpa(表 )， 38—65℃ ，该条件下闪蒸出的闪蒸气 可不经压缩而直接作燃料气或汽提气使用。 当油被除去后，富甘醇在闪蒸前经过甘醇 /甘醇换热器进行预热，加热减小了溶液的粘度并加速了甘醇与液烃的分离。 要注意的是：闪蒸时的压力一定要能保证甘醇能流过下游的设备如换热器和过滤器等。 使用卧式闪蒸罐一般能获得较好的凝液 —甘醇分离效果，而立式闪蒸罐却占有更少的平台面积，这要进行具体的分析选用。 （ 4）过虑器 在甘醇中固体颗粒应少于 0． 01％ (质量 )以避免泵的损坏、换热器阻塞、溶液发泡、吸收塔板和再生精馏柱填料的污染、火管的热腐蚀等。 常用固体过滤器和活性炭过滤器来保证溶液的 纯度。 前者以纤维制品、纸张或玻璃纤维为滤料，除去 5181。 m以上的粒子。 固体过滤器置于闪蒸罐后，此时溶液温度较高，粘度较低，便于过滤。 固体过滤器的容量应满足处理全部循环溶液的需要。 活性炭过滤器主要是除去溶液中的溶解性杂质，加高沸点的烃类、表面活性剂、压缩机润滑油以及 TEG 降解产物等。 循环溶液可以全部进入活性炭过滤器处理，也可以部分处理，视溶液中杂质含量而定。 溶液在过滤器内的停留时间应为 15—20min 以保证处理效果。 100 万方 /天天然气三甘醇脱水工艺 15 (5) 甘醉泵 甘醇循环泵是脱水装置的唯一一个转动部件，它将贫甘醇从低压升为高压后入塔。 常用的泵 有三种驱动方式： 高压气体驱动 高压液体驱动 电动 没有甘醇的循环，就不能继续脱水。 因此，应选配两台泵，每台泵的能力都要能满足全 部甘醇循环的需要，一台工作，另一台备用：对大型装置选择电动、水平或正位移泵都是有利的。 对小型的边远装置，经常选用高压液体或气体驱动的甘醇泵。 从吸收塔底出来的高压甘醇可给双动泵提供部分动力，从吸收塔出来的高压气体也能提供部分动力，当然这就要求吸。