天然氣集輸3天然氣加工-精簡(jiǎn)版概要課件

1、2022/10/111天然氣凈化與加工中國(guó)石油大學(xué)（華東）儲(chǔ)建學(xué)院李琦瑰2022/10/101天然氣凈化與加工中國(guó)石油大學(xué)（華東）儲(chǔ)氣體加工 氣體加工包括兩方面內(nèi)容： 從天然氣內(nèi)回收較重的、高熱值組分，把氣體燃燒熱值控制在商品氣要求的范圍內(nèi)； 把從氣體中回收的重組分，即天然氣凝液（natural gas liquids，NGL）或稱“輕烴或輕油”，分餾成各種附加值高的產(chǎn)品，增加油氣田利潤(rùn)。2022/10/112氣體加工 氣體加工包括兩方面內(nèi)容：2022/10第一節(jié) 凝液回收的目的和方法第二節(jié) 冷凝分離輕烴回收工藝第三節(jié) 凝液的穩(wěn)定切割2022/10/113第一節(jié) 凝液回收的目的和方法2022/

2、10/103第一節(jié) 凝液回收的目的和方法一、凝液回收的目的二、凝液回收的方法2022/10/114第一節(jié) 凝液回收的目的和方法一、凝液回收的目的2022/1一、凝液回收的目的 從天然氣中回收凝液的目的有三種： 1、滿足管輸要求 氣井氣或油田伴生氣在管輸過程中，隨壓力和溫度條件的變化將產(chǎn)生凝液，使管內(nèi)產(chǎn)生兩相流動(dòng)，從而降低輸量，增大壓降。為使輸氣管道內(nèi)不產(chǎn)生兩相流動(dòng)，氣體進(jìn)入干線輸氣管前，一般需脫除較重組分，使氣體在管輸壓力下的烴露點(diǎn)低于最低管輸溫度。這就需要對(duì)天然氣進(jìn)行輕烴回收。 為安全起見，有些國(guó)家和輸氣公司要求臨界凝析溫度低于最低管輸溫度。2022/10/115一、凝液回收的目的 從天然氣

3、中回收凝液的目的有三 2、滿足商品天然氣的質(zhì)量要求 各國(guó)或氣體銷售合同對(duì)商品天然氣的熱值和重組分含量都有規(guī)定。對(duì)較富的天然氣，特別是油田伴生氣和凝析氣，一般都需要回收輕油，否則將不能達(dá)到商品天然氣的質(zhì)量要求?？梢杂脽N露點(diǎn)控制氣體內(nèi)重組分含量和熱值。 3、追求最大經(jīng)濟(jì)效益 從天然氣內(nèi)回收的天然氣凝液（NGL），經(jīng)穩(wěn)定后可作為產(chǎn)品直接外銷，或?qū)⒎稚⒃诟魈幍腘GL集中至中心氣體加工廠分割成各種產(chǎn)品，以追求規(guī)模效益。以NGL為原料可分餾出各種產(chǎn)品，如：C2、C3、C4和C5+。C2主要用作化工原料生產(chǎn)乙烯，乙烯是有機(jī)合成產(chǎn)品的基礎(chǔ)原料，可生產(chǎn)數(shù)百種合成材料；C3主要用做燃料，其次為化工原料；C4主要用

4、于生產(chǎn)乙烯和作為車用汽油的添加劑；C3+C4是液化石油氣的主要成分：少量C5用于化工原料，多數(shù)用于生產(chǎn)汽油；C5+稱為天然汽油。2022/10/116 2、滿足商品天然氣的質(zhì)量要求2022/10/106二、凝液回收的方法 凝液回收首先要把需要凝析的組分液化，然后與以C1或C1 +C2為主體的氣體分離。其方法主要有油吸收法、固定床吸附法和冷凝分離法。 1、油吸收法 油吸收法是利用烴類互溶的特點(diǎn)制定的。 烴類互溶的特點(diǎn)：分子量和沸點(diǎn)愈接近的烴類互溶性愈大；壓力愈高、溫度愈低，溶解度愈大。 利用烴類的互溶特性，在高壓、低溫下用吸收油吸收天然氣內(nèi)的天然氣凝液（NGL）組分。吸收了天然氣凝液組分的富吸收

5、油在低壓、高溫下與吸收質(zhì)蒸餾分離，使吸收油得到再生，循環(huán)使用。 油吸收法系統(tǒng)壓降小，對(duì)原料氣預(yù)處理沒有嚴(yán)格要求，單套裝置處理量較大，但是投資和操作費(fèi)用較高，逐步被更加經(jīng)濟(jì)有效的冷凝分離法所取代。2022/10/117二、凝液回收的方法 凝液回收首先要把需要凝析的 1一氣氣換熱器；2一冷劑蒸發(fā)換熱器；3一吸收塔；4一富油脫乙烷塔；5一貧油泵；6一分餾塔： 7一貧富油換熱器；8一空冷器；9一回流罐；10一回流泵；11一重沸器貧油貧油富油C3+冷劑蒸發(fā)換熱器2：用制冷劑為介質(zhì)提供冷量的換熱器。吸收塔3：通常為板式塔，貧油與富氣逆流在各層塔板上接觸，氣體內(nèi)的較重?zé)N類溶入吸收油。富油脫乙烷塔4：兩股進(jìn)料

6、，中部富油進(jìn)料在熱烴蒸氣的汽提作用下釋放出C1、C2和部分C3+ ，頂部貧油進(jìn)料的作用是再次吸收解吸組分C3+。貧富油換熱器7：起重沸器的作用，提供塔底熱量產(chǎn)生烴蒸氣。分餾塔6：塔底溫度略低于吸收油的沸點(diǎn)，蒸出C3+。貧氣可作為燃料或進(jìn)入氣體干線 1一氣氣換熱器；2一冷劑蒸發(fā)換熱器；3一吸收塔；4一富油 2、固定床吸附法 固定床吸附法是利用固體吸收劑對(duì)各種烴類的吸附量不同而制定的。 常用的固體吸附劑有硅土、分子篩、活性炭。固定床回收輕烴時(shí)，吸附周期常為23小時(shí)，稱為“快循環(huán)”。 吸附床笨重而且昂貴，固體吸附劑的再生能耗大，因而應(yīng)用很少。2022/10/119 2、固定床吸附法2022/10/1

7、09第二節(jié) 冷凝分離輕烴回收工藝一、冷凝分離法分類二、凝液回收率三、淺冷法四、中冷和深冷法2022/10/1110第二節(jié) 冷凝分離輕烴回收工藝一、冷凝分離法分類2022/10 根據(jù)凝液回收目的的不同，冷凝溫度不同，所采用的冷凝分離方法分為淺冷法（-45以上）、中冷法（-45-100）和深冷法（-100以下）。 淺冷法主要用于控制天然氣烴露點(diǎn)，防止輸送管線內(nèi)產(chǎn)生氣液兩相；或以回收天然氣內(nèi)的C3+為目的，降低天然氣熱值，增加油氣田利潤(rùn)。 淺冷法只能使天然氣內(nèi)C3的回收率達(dá)到中等至較大比例。欲進(jìn)一步提高C3收率并回收C2，必須進(jìn)一步降低天然氣溫度，采用中冷或深冷法。 2022/10/1111一、冷凝

8、分離法分類 根據(jù)凝液回收目的的不同，冷凝溫度不同，所采 用于描述回收裝置從天然氣中脫出凝液能力大小的指標(biāo)凝液回收率，指回收裝置單位時(shí)間內(nèi)凝液的摩爾量與原料氣摩爾量之比。有時(shí)也常說某烷烴的回收率，如丙烷回收率，指得到的液體丙烷摩爾數(shù)與原料氣中丙烷摩爾數(shù)之比。 2022/10/1112二、凝液回收率 用于描述回收裝置從天然氣中脫出凝液 影響凝液回收率的因素：氣體組成、壓力和制冷溫度。 可見，壓力愈高、溫度愈低、氣體內(nèi)含可液化組分愈多，凝液回收率愈高。 壓力為4.1 MPa 溫度為-23 氣體組成、溫度與 氣體組成和壓力 凝液回收率的關(guān)系 對(duì)凝液收率的影響2022/10/1113 影響凝液回收率的因

9、素：氣體組成、壓力 1、節(jié)流低溫分離工藝 井口壓力高、氣流有富余壓力可利用時(shí)，常用節(jié)流膨脹制冷，使天然氣獲得冷量，分出液態(tài)水和凝析烴，控制氣體的水露點(diǎn)和烴露點(diǎn)，使之符合管輸要求。 2、冷劑制冷分離工藝 常用的制冷劑為氨（常壓沸點(diǎn)為-33.3）和丙烷（常壓沸點(diǎn)為-42.1） 。 冷劑制冷流程有多種設(shè)計(jì)，有四種典型流程。其不同點(diǎn)：換熱方式不同；塔頂氣排出方式不同（或摻入原料氣或摻入殘余氣）；穩(wěn)定塔類型不同（分餾塔或提餾塔）。共同點(diǎn)：塔頂產(chǎn)品為C1+C2，塔底產(chǎn)品為C3+。三、淺冷法2022/10/1114 1、節(jié)流低溫分離工藝三、淺冷法2022/10/101一氣氣換熱器；2一氣液換熱器；3一冷劑蒸

10、發(fā)器；4一低溫分離器；5一穩(wěn)定塔；6一重沸器； 7一壓縮機(jī)；8一冷卻器； C3+C1+C21）冷劑制冷典型流程一 原料氣與低溫分離器來的氣、液進(jìn)行兩級(jí)換熱降溫，使冷劑蒸發(fā)器的冷凝負(fù)荷降低。分離器分出的低溫液體為原料氣提供冷量后進(jìn)入穩(wěn)定塔上部。由于塔頂溫度較高，塔頂氣內(nèi)仍含有一定量應(yīng)回收的凝液組分，經(jīng)壓縮冷卻后摻入原料氣。殘余氣的露點(diǎn)由低溫分離器的溫度控制。2022/10/11151一氣氣換熱器；2一氣液換熱器；3一冷劑蒸發(fā)器；4一低溫1一氣氣換熱器；3一冷劑蒸發(fā)器；4一低溫分離器；5一穩(wěn)定塔；6一重沸器； 7一壓縮機(jī)；8一冷卻器； 9一氣制冷劑換熱器 C3+C1+C22）冷劑制冷典型流程二 分

11、離器分出的低溫液直接進(jìn)入穩(wěn)定塔上部，塔頂溫度低于流程一，塔頂氣內(nèi)凝液組分較少，故利用塔頂氣的冷量使制冷劑降溫、再壓縮冷卻后摻入殘余氣。穩(wěn)定塔頂?shù)臏囟瓤偢哂诜蛛x器溫度，因而塔頂氣摻入殘余氣后會(huì)使殘余氣露點(diǎn)升高。為保證殘余氣露點(diǎn)，流程二的分離器溫度應(yīng)低于流程一。 2022/10/11161一氣氣換熱器；3一冷劑蒸發(fā)器；4一低溫分離器；5一穩(wěn)定塔1一氣氣換熱器；2一氣液換熱器；3一冷劑蒸發(fā)器；4一低溫分離器；5一穩(wěn)定塔；6一重沸器； 7一壓縮機(jī)；8一冷卻器； 9一氣制冷劑換熱器 ；10一塔頂冷凝器；11一回流罐 C3+C1+C23）冷劑制冷典型流程三 用分餾塔對(duì)凝液進(jìn)行穩(wěn)定，塔頂有外部液相回流，組分

12、分割效果好，凝液回收率高，且塔頂氣質(zhì)量好，可直接摻入殘余氣，但建設(shè)和操作成本相應(yīng)提高。 2022/10/11171一氣氣換熱器；2一氣液換熱器；3一冷劑蒸發(fā)器；4一低溫1一氣氣換熱器；2一氣液換熱器；3一冷劑蒸發(fā)器；4一低溫分離器；5一穩(wěn)定塔；6一重沸器；12一進(jìn)料泵。 C3+C1+C24）冷劑制冷典型流程四 將低溫分離器液相增壓后進(jìn)入穩(wěn)定塔上部，由于塔壓高于原料氣壓力，塔頂氣無需壓縮可直接摻入原料氣內(nèi)。 2022/10/11181一氣氣換熱器；2一氣液換熱器；3一冷劑蒸發(fā)器；4一低溫四、中冷和深冷法 節(jié)流膨脹制冷、冷劑制冷和透平膨脹機(jī)制冷均可達(dá)到中冷和深冷溫度。冷劑制冷屬外部制冷，制冷劑與天

13、然氣有各自的系統(tǒng)，相互間只存在熱量或冷量的交換。而節(jié)流膨脹制冷和膨脹機(jī)制冷是利用天然氣本身具有的壓能使天然氣降溫制冷，膨脹機(jī)的制冷溫度和制冷量都優(yōu)于節(jié)流膨脹。膨脹機(jī)制冷在天然氣凝液回收領(lǐng)域的使用占有主導(dǎo)地位。 膨脹機(jī)在為天然氣制冷的同時(shí)，對(duì)外界輸出機(jī)械能或熱能，根據(jù)輸出能量形式的不同，膨脹機(jī)分為兩大類，即輸出外功型透平膨脹機(jī)和輸出外熱型熱分離機(jī)。在天然氣制冷中，透平膨脹機(jī)的使用更為廣泛。 利用天然氣能量推動(dòng)膨脹機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)，氣體等熵膨脹，在降壓、降溫的同時(shí)，在葉輪軸上輸出外功，這種機(jī)械稱透平膨脹機(jī)（膨脹機(jī)-壓縮機(jī)機(jī)組）。 2022/10/1119四、中冷和深冷法 節(jié)流膨脹制冷、冷劑制冷和透平 1

14、一冷箱；2一低溫分離器；3一膨脹機(jī)；4一脫甲烷塔 介紹兩種流程：常規(guī)流程和雙膨脹機(jī)流程。1、常規(guī)流程 脫甲烷塔，沒有外部塔頂冷凝器和回流，膨脹機(jī)出口的低溫液體起塔頂內(nèi)回流作用。從塔底附近的塔側(cè)引出液體為原料氣提供冷量，返回的氣液混合物同時(shí)為塔底提供熱量并產(chǎn)生塔底氣相回流，這種在塔側(cè)對(duì)塔內(nèi)物流進(jìn)行加熱或冷卻的分餾塔稱為非常規(guī)或復(fù)雜分餾塔。 將多個(gè)換熱器及其匯管、冷劑蒸發(fā)器等集中于一個(gè)長(zhǎng)方形或筒形外殼內(nèi)，實(shí)現(xiàn)多股流體間換熱和換冷的設(shè)備稱為冷箱。如圖，在冷箱內(nèi)對(duì)原料氣降溫的冷源有多股：脫乙烷塔塔頂?shù)蜏貧怏w、塔底低溫液體（2股），還有冷劑。 常規(guī)流程的乙烷收率一般低于80。 2022/10/1120

15、1一冷箱；2一低溫分離器；3一膨脹機(jī)；4一脫甲烷塔 1一原料氣壓縮機(jī)；2、6-冷卻器；3一分水器；4、5-膨脹機(jī)制動(dòng)壓縮機(jī)；7一凝液分離器a； 8一分子篩脫水器；9一粉塵過濾器；10一冷箱a；11一凝液分離器b；12一冷箱b；13一凝液分離器c；14一膨脹機(jī)a；15一脫甲烷塔；16一膨脹機(jī)b；17一凝液泵雙膨脹機(jī)流程乙烷收率約85。 2、雙膨脹機(jī)流程 2022/10/11211一原料氣壓縮機(jī)；2、6-冷卻器；3一分水器；4、5-膨第三節(jié) 凝液的穩(wěn)定切割一、凝液穩(wěn)定二、凝液切割 2022/10/1122第三節(jié) 凝液的穩(wěn)定切割一、凝液穩(wěn)定2022/10/1022一、凝液穩(wěn)定 減少天然氣凝液（NGL

16、）中輕組分含量，增加中間組分和重組分含量的工藝，稱凝液穩(wěn)定。穩(wěn)定處理后天然氣凝液（NGL）的蒸氣壓降低。 根據(jù)凝液回收目的的不同，分離的輕組分不同。 工業(yè)上，常用提餾塔或分餾塔對(duì)天然氣凝液進(jìn)行穩(wěn)定處理。 2022/10/1123一、凝液穩(wěn)定 減少天然氣凝液（NGL 1、提餾穩(wěn)定 天然氣凝液（NGL）常用的穩(wěn)定塔是冷進(jìn)料提餾塔，可以是泡罩塔、篩板塔或填料塔，使用規(guī)整填料塔的較多。 天然氣凝液經(jīng)冷卻后，由塔上部進(jìn)入塔，穩(wěn)定后的NGL由塔底排出，部分塔底NGL經(jīng)重沸器加熱后產(chǎn)生塔底氣相回流。1一凝液冷卻器；2一捕霧器；3一降液管；4一重沸器；5一泡罩 2022/10/1124 1、提餾穩(wěn)定1一凝液冷

17、卻器；2一捕霧器；2022/ 2、分餾穩(wěn)定 凝液穩(wěn)定也常用分餾塔進(jìn)行。凝液與塔底產(chǎn)品換熱后由塔的中部進(jìn)塔；塔頂氣經(jīng)冷凝器冷卻后進(jìn)入回流罐，冷凝液用泵送回塔內(nèi)作為塔頂液相回流；部分塔底NGL經(jīng)重沸器加熱后產(chǎn)生塔底氣相回流。1一換熱器；2一穩(wěn)定塔；3一冷凝器；4一回流罐；5一回流泵；6一重沸器 與提餾穩(wěn)定塔相比，分餾穩(wěn)定塔能夠回收較多的中間組分，所得穩(wěn)定凝析油數(shù)量和質(zhì)量都優(yōu)于提餾穩(wěn)定塔，但其相應(yīng)的設(shè)備投資、操作費(fèi)用和能耗也大。 2022/10/1125 2、分餾穩(wěn)定1一換熱器；2一穩(wěn)定塔；3一冷凝器； 二、凝液切割 凝液切割是氣體加工的最后工序。 所謂凝液切割，是指對(duì)穩(wěn)定后的天然氣凝液（NGL）用分餾的方法得到純