天然氣集輸 第七章

天然氣集輸?shù)谄哒碌谝豁摚菜氖?，編輯?023年，星期二2項(xiàng)目一類二類三類高位發(fā)熱量，MJ/m3＞31.4總硫（以硫計(jì)），mg/m3≤100≤200≤460硫化氫，mg/m3≤6≤20≤460二氧化碳，

y，%≤3.0—水露點(diǎn)，℃在天然氣交接點(diǎn)的壓力和溫度條件下，天然氣的水露點(diǎn)應(yīng)比最低環(huán)境溫度低。注：1、天然氣體積的標(biāo)準(zhǔn)參比條件是101.325kPa，20℃。2、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施之前建立的天然氣輸送管道，在天然氣交接點(diǎn)的壓力和溫度條件下，天然氣中應(yīng)無游離水。無游離水是指天然氣經(jīng)機(jī)械分離設(shè)備分不出游離水。表6-1天然氣的質(zhì)量指標(biāo)第二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二3第一節(jié)

天然氣脫除酸性組分的方法天然氣脫水就是脫除天然氣中的水蒸氣，使其露點(diǎn)或含水量達(dá)到一定的要求。第一節(jié)

概

述1、低溫冷凝法2、溶劑吸收脫水法3、固體吸附脫水法第三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二4第二節(jié)

溶劑吸收法脫水一、甘醇脫水的基本原理和物理性質(zhì)第四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二5每個(gè)甘醇分子中都有兩個(gè)羥基（ＯＨ）。羥基在結(jié)構(gòu)上與水相似，可以形成氫鍵，氫鍵的特點(diǎn)是能和電負(fù)性較大的原子相連，包括同一分子或另一分子中電負(fù)性較大的原子。這是甘醇與水能夠完全互溶的根本原因。第五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二6性

質(zhì)二

甘

醇三

甘

醇分子式O(CH2CH2OH)2HO(C2H4O)2H4OH分子量106.1150.2冰點(diǎn)，℃-8.3-7.2閃點(diǎn)(開口)，℃143.3165.6沸點(diǎn)(760毫米汞柱)，℃245.0287.4相對(duì)密度，

1.11841.1254折光指數(shù)

1.44721.4559與水的溶解度()完全互溶完全互溶絕對(duì)粘度()，mPa.S35.747.8汽化熱，J/g(760毫米汞柱)347.5416.2比熱，kJ/(kg.K)2.30652.198理論熱分解溫度，℃164.4206.7實(shí)際使用再生溫度，℃148.9～162.8176.7～204.4表7-1甘醇的物理性質(zhì)第六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二7二、TEG吸收脫水的工藝流程第七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二8提高三甘醇貧液濃度的方法主要采用氣體汽提法。第八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二9三、含硫天然氣脫水第九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二102、含硫天然氣TEG脫水存在的主要問題（1）系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，可能泄漏的點(diǎn)增多，運(yùn)行管理要求高，運(yùn)行成本較高；（2）各集氣站均需要設(shè)置尾氣焚燒爐對(duì)TEG閃蒸過程中的含硫氣進(jìn)行焚燒后排放，環(huán)境污染較大；（3）TEG存在一定的降解，TEG更換較頻繁，運(yùn)行成本高；（4）濕氣及富液對(duì)設(shè)備的腐蝕嚴(yán)重；（5）需從天然氣凈化廠建一條高壓凈化氣管道至各集氣站，且汽提氣還需增壓后才能返回原料氣中，流程復(fù)雜；（6）廢棄的TEG處理困難。第十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二11四、工藝操作條件影響三甘醇脫水裝置操作的主要因素是吸收塔的操作條件、三甘醇貧液濃度和三甘醇循環(huán)量。而三甘醇貧液濃度又是最關(guān)鍵的因素。1、吸收溫度甘醇溶液的吸收溫度一般為10~54℃，但最好在27~38℃。吸收溫度低于21℃時(shí)，甘醇溶液粘度過大，起泡增多，因而使塔板效率降低，甘醇損失增加，如低于10℃，脫水效果就明顯下降。吸收溫度高于43℃，進(jìn)料氣中含水量太高，而且甘醇溶液的脫水能力也會(huì)下降。第十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二122、塔內(nèi)壓力通常認(rèn)為3.45~8.27MPa的脫水壓力是最經(jīng)濟(jì)3、吸收塔的塔板數(shù)25%的塔板效率相鄰塔板的間隔一般為610mm4、貧甘醇的溫度貧甘醇溫度較吸收塔的出口氣體溫度高3~8℃。

第十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二135、甘醇的濃度圖7.7吸收塔溫度、進(jìn)塔TEG貧液質(zhì)量分?jǐn)?shù)和出塔干氣平衡露點(diǎn)關(guān)系離開吸收塔的氣體的實(shí)際露點(diǎn)，一般較平衡露點(diǎn)高5~8℃。

第十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二146、甘醇重（再）沸器溫度把重沸器的溫度限制在177~199℃之間，

7、重沸器的壓力重沸器的壓力一般接近于常壓。8、汽提氣使用被水蒸氣飽和的濕氣作為汽提氣。圖7.8氣提氣量對(duì)TEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響第十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二159、甘醇比循環(huán)量三甘醇的比循環(huán)量一般為12.5~33L/kg水

10、精餾柱溫度精餾柱頂?shù)臏囟瓤赏ㄟ^調(diào)節(jié)柱頂回流量使其保持在99℃左右，柱頂溫度低于93℃時(shí)，由于水蒸氣冷凝量過多，會(huì)在柱內(nèi)產(chǎn)生液泛，甚至將液體從塔頂吹出；柱頂溫度超過104℃時(shí)，甘醇就可能顯著地被蒸發(fā)而損失。

第十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二16部位溫度或溫度范圍，℃進(jìn)料氣27~38甘醇溶液進(jìn)吸收塔高于氣體3~8甘醇溶液進(jìn)閃蒸分離器38~93（宜選65）甘醇溶液進(jìn)過濾器38~93（宜選65）甘醇溶液進(jìn)精餾柱93~149（宜選149）精餾柱頂部99（有氣提時(shí)為88）重沸器177~204（宜選193）三甘醇溶液進(jìn)泵＜93（宜選82）表7-2甘醇脫水裝置操作溫度推薦值第十六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二循環(huán)量和塔板數(shù)固定時(shí)，三甘醇濃度愈高則露點(diǎn)降愈大；循環(huán)量和三甘醇濃度固定時(shí)，塔板數(shù)愈多則露點(diǎn)降愈大，但一般都不超過10塊實(shí)際塔板；循環(huán)量、濃度與塔板數(shù)的相互關(guān)系塔板數(shù)和三甘醇濃度固定時(shí)，循環(huán)量愈大則露點(diǎn)降愈大，但循環(huán)量升到一定程度后，露點(diǎn)降的增加值明顯減少，而且循環(huán)量過大會(huì)導(dǎo)致重沸器超負(fù)荷，動(dòng)力消耗過大，故最高不應(yīng)超過33L/kg水。第十七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二18五、TEG吸收脫水主要設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算1、吸收塔直徑計(jì)算2、吸收塔塔板數(shù)的確定第十八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二193、閃蒸分離器停留時(shí)間，min。兩相分離器為5~10min；三相分離器為20~30min；4、再生塔精餾柱的直徑：第十九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二205、重沸器（1）重沸器熱負(fù)荷（2）重沸器的尺寸重沸器火管表面平均熱通量的正常范圍是18kW/m2~25kW/m2，最高不超過31kW/m2。第二十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二21第三節(jié)

固體吸附法脫水一、吸附操作原理第二十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二tB—吸附過程的轉(zhuǎn)效點(diǎn)單一可吸附物質(zhì)（水汽）的氣體混合物在固定床上的基本吸附過程C0—進(jìn)料氣的濃度CB—轉(zhuǎn)效點(diǎn)濃度。圖1吸附轉(zhuǎn)效曲線圖1（b）中陰影部分為吸附傳質(zhì)段，其長(zhǎng)度用hz表示；在吸附傳質(zhì)段上部的吸附劑床層已被吸附物所飽和，稱為飽和吸附段，其長(zhǎng)度用hs表示；在吸附傳質(zhì)下部的吸附劑則尚未吸附物質(zhì)，稱為未吸附段，其長(zhǎng)度用hb表示；當(dāng)AA線到達(dá)床層出口端時(shí)，達(dá)到了吸附的轉(zhuǎn)效點(diǎn)，出口氣流中吸附物濃度迅速上升，床層必須進(jìn)行再生。第二十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二23二、吸附劑主要有活性氧化鋁、硅膠、分子篩等

類

型

物理性質(zhì)硅

膠活性氧化鋁分子篩青島細(xì)孔0.3型R型H型H-151型F-1型～表面積，m2/g700750～830550～650740～770350210700～900孔體積，cm3/g0.43～0.450.31～0.340.50～0.540.27孔直徑，

20～3021～2321～2327～284～5平均孔隙度，%50～65655155～60真密度，g/L2.1～2.23.1～3.33.3/堆積密度，g/L>670720780720830～880800～880660～690假密度，g/L1.01.21.61.1比熱，J/(g，℃)0.9211.0471.0471.0050.837～1.047導(dǎo)熱系數(shù)，kJ/(m2.h.℃)0.5190.510()0.754()2.135(已脫水)再生溫度，℃120～230150～230180～450180～310150～310水含量(再生后)，%4.5～76.06.5變化靜態(tài)吸附容量（相對(duì)濕度60%），%重量3533.322～2514～1622顆粒形狀粒

狀粒

狀球

狀球

狀球

狀顆

粒圓柱狀第二十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二241、活性氧化鋁

組成%商品牌號(hào)Al2O3Na2OSiO2Fe2O3灼燒損失F-1H-151KA-201929093.60.901.400.30<0.101.10.020.080.10.026.56.06.02、硅膠

組成含量SiO2Fe2O3Al2O3TiO2Na2OCaOZrO2其它%99.710.030.100.090.020.010.010.03SiO2.nH-2O第二十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二253、分子篩Me—某些堿金屬或堿土金屬離子，如Na+、K+、Ca2+等；分子直徑為2.7～3.1

分子篩作為吸附劑的顯著優(yōu)點(diǎn)是：（1）具有很好的選擇吸附性（2）具有高效吸附特性(3)在較高溫下只有分子篩才是有效的脫水劑。第二十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二26

型號(hào)孔直徑?吸附質(zhì)分子排除的分子應(yīng)用范圍4A4直徑4?的分子，包括3?分子篩能吸附的分子及乙醇、H2S、CO2、SO2、C2H4、C2H6及C3H6直徑4?的分子，如丙烷等飽和烴脫水，泠凍系統(tǒng)干燥劑5A5直徑5?的分子，包括以上各分子及n-C4H9OH、n-C4H10、C3H8至C22H46直徑5?的分子，如異構(gòu)化合物及4碳環(huán)化合物從支鏈烴及環(huán)烷烴中分離正構(gòu)烴、脫水10X8直徑8?的分子包括以上各分子及異構(gòu)烷烴，烯烴及笨二正丁基胺及更大分子芳烴分離13X10直徑10?的分子包括以上各分子及二正丙基胺(C4H9)-3N及更大分子同時(shí)脫水、CO2、H2S及硫醇表7-6各種分子篩性能表第二十六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二27三、吸附法脫水1、吸附法脫水工藝流程第二十七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二282、酸性天然氣分子篩脫水圖7.12酸性天然氣分子篩脫水工藝流程示意圖第二十八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二294、分子篩吸附器設(shè)計(jì)計(jì)算（1）吸附周期確定短周期8小時(shí)24小時(shí)周期應(yīng)作全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析來確定吸附周期。第二十九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二3、分子篩吸附器設(shè)計(jì)計(jì)算2）吸附器直徑（2）吸附器直徑計(jì)算（3）吸附劑用量計(jì)算式中：m—吸附劑用量，m3；wH—每小時(shí)脫出的水量，kg/h；τ—吸附周期，h；xS—吸附劑動(dòng)態(tài)飽和吸附量，kg（水）/kg（吸附劑）；g—分子篩的堆密度，kg/m3。第三十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二3、分子篩吸附器設(shè)計(jì)計(jì)算（4）吸附傳質(zhì)區(qū)長(zhǎng)度式中：hZ—吸附傳質(zhì)區(qū)長(zhǎng)度，m；

A—系數(shù)，分子篩=0.6；

q—床層截面積的水負(fù)荷，kg/m2.h；

vg—空塔線速，m/min；

—進(jìn)吸附器氣體相對(duì)濕度，以%表示。第三十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二3、分子篩吸附器設(shè)計(jì)計(jì)算（5）轉(zhuǎn)效點(diǎn)計(jì)算式中：B—到達(dá)轉(zhuǎn)效點(diǎn)時(shí)間，h；

x—選用的分子篩有效吸附容量，%；

hT—整個(gè)床層長(zhǎng)度，m；第三十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二3、分子篩吸附器設(shè)計(jì)計(jì)算（6）氣體通過床層的壓力降式中：P—壓降，kPa；

L—床層高度，m；

—?dú)怏w粘度，mPa.s；

vg—?dú)怏w流速，m/min；g—?dú)怏w操作狀態(tài)密度，kg/m3。分

子

篩BC球形4.1550.00135圓柱條形5.3570.00188球形11.2780.00207圓柱條形17.6600.00319第三十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二3、分子篩吸附器設(shè)計(jì)計(jì)算（7）再生氣用量計(jì)算再生氣進(jìn)吸附器溫度一般為260℃左右。當(dāng)再生氣出吸附器溫度升到180～200℃，并恒溫約2小時(shí)后，可認(rèn)為再生完畢。

1）再生加熱所需的熱量式中：Q1—加熱分子篩的熱量，kJ；

Q2—加熱吸附器本身(鋼材)的熱量，kJ；

Q3—脫附吸附水的熱量，kJ；

Q4—加熱鋪墊的瓷球的熱量，kJ；第三十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二35圖8再生過程的溫度變化曲線1.再生氣進(jìn)床層的溫度變化曲線2.再生氣出床層的溫度變化曲線3.原料濕氣溫度（環(huán)境溫度）吸附劑的再生過程可劃分為A、B、C、D四個(gè)階段:在A階段，烴類全部被脫附，水的脫附集中在階段B，階段C主要清除重?zé)N等不易脫附的物質(zhì)，增加再生后吸附劑的濕容量，階段D則冷卻床層至吸附溫度。T2≈110℃，T3≈127℃，TB≈116℃，T4≈175～260℃。再生氣體溫度和流量控制了每一階段的時(shí)間。第三十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二3、分子篩吸附器設(shè)計(jì)計(jì)算式中：G—再生氣用量，kg；Q—再生加熱所需的熱量，kJ；cp—再生氣用定壓比熱，kJ/(kg.℃)；—再生氣平均溫降，℃；t2—再生加熱結(jié)束時(shí)氣體出口溫度，℃；t3—再生氣進(jìn)吸附器時(shí)的溫度，℃。吸附后床層溫度是t1，熱再生氣進(jìn)出口平均溫度為t22）再生加熱所需的氣量計(jì)算第三十六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二3