天然氣的預處理

天然氣過濾和深度干燥目錄本章思考題05過濾分離深度干燥概述旋風分離概述1概述天然氣的形成

天然氣系古生物遺骸長期沉積地下，經(jīng)慢慢轉(zhuǎn)化及變質(zhì)裂解而產(chǎn)生之氣態(tài)碳氫化合物，具可燃性，多在油田開采原油時伴隨而出或純天然氣氣田（天然氣──從自然界中開采出來的、以碳氫化合物為主的可燃氣體叫天然氣）。天然氣技術(shù)指標（GB17820-2012，2012年5月發(fā)布，9月1日實施

）1概述1概述高位熱值規(guī)定量的氣體完全燃燒，所生成的水蒸汽完全冷凝成水而釋放出的熱量。A低位熱值規(guī)定量的氣體完全燃燒，燃燒產(chǎn)物的溫度與天然氣初始溫度相同，所生成的水蒸汽保持氣相，而釋放出的熱量。B熱值在燃料化學中，表示燃料質(zhì)量的一種重要指標。單位質(zhì)量(或體積)的燃料完全燃燒時所放出的熱量。1公斤液化氣燃燒熱值為:10800-11000大卡1立方米天然氣熱值:8000-9000大卡1度電的熱值是:860大卡1立方米的煤氣熱值:7110-7350大卡天然氣的組分天然氣是由碳氫化合物和其他成分組成的混合物，主要由甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）等組成，其次還含有微量的重碳氫化合物和少量的其它氣體，如氫氣（H2）、氮氣（N2）、硫化氫（H2S）、一氧化碳（CO）、水氣等。同時還含有固體物質(zhì)（泥沙、巖屑、腐蝕物以及酸化殘留物）、液體雜質(zhì)（游離水或地層水，凝析油）和氣態(tài)雜質(zhì)（水蒸氣）等組分。1概述過濾和深度干燥目的不脫除雜質(zhì)因此需要對天然氣進行預處理(過濾和深度干燥)會增加輸氣阻力,使管線輸送能力下降；水分會腐蝕管線和設備；天然氣的固態(tài)雜質(zhì)在高速流動時會沖蝕管壁；使天然氣流量測量不準；影響商品天然氣質(zhì)量；阻塞下游用戶的燃氣設備；對后續(xù)處理系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運行構(gòu)成威脅。脫除天然氣中攜帶的固體物質(zhì)（泥沙、巖屑、腐蝕物以及酸化殘留物）、液體雜質(zhì)（游離水或地層水，凝析油）脫出天然氣中的水蒸氣等組分1概述我公司天然氣預處理常用方法旋風

分

離

過

濾

分

離

1概述深度干燥

天然氣預處理最常見的方式：旋風分離、過濾分離和深度干燥相結(jié)合的方法。吸附原料氣中的水蒸氣干燥段分離段去除原料氣帶來的固體雜質(zhì)分離下來的凝析油、游離水和固體雜質(zhì)排放至污水池（罐）。1概述去除原料氣帶來的凝析油、游離水過濾段旋風分離什么叫“離心力”？1是一種慣性力。當物體在做非直線運動時(非牛頓環(huán)境，例如:圓周運動或轉(zhuǎn)彎運動)，因物體一定有本身的質(zhì)量存在，質(zhì)量造成的慣性會強迫物體繼續(xù)朝著運動軌跡的切線方向(原來那一瞬間前進的直線方向)前進，而非順著接下來轉(zhuǎn)彎過去的方向走。若這個在做非直線運動的物體(例如:車)上有乘客的話，乘客由于同樣隨著車子做轉(zhuǎn)彎運動，會受到車子向乘客提供的向心力，但是若以乘客為參照系，由于該參照系為非慣性系，他會受到與他相對靜止的車子給他的一個指向圓心的向心力作用，但同時他也會給車子一個反向等大，由圓心指向外的力，就好像沒有車子他就要被甩出去一樣，這個力就是所謂的離心力。由于處于非慣性系中，此狀況下物體所感受的力并非真實，所以有些說法會稱這種現(xiàn)象為"離心力"。)2旋風分離離心分離法2原理：當流體改變流向時，密度大的液滴具有較大的慣性，就會與器壁相撞，使液滴從氣體中分離出來。它主要用于分離大量液體和大直徑液滴，宜用于固體微粒大于50μm的氣固分離。（凈化大于1-3微米的非粘性、非纖維的干燥粉塵等雜物）2旋風分離旋風分離器是利用慣性離心力的作用，顆粒被拋向器壁而與氣流分離，沿壁面落至錐底的排灰口，凈化后的氣體在中心軸附近由下而上做螺旋運動，最后由頂部排氣管排出。通常，把下行的螺旋形氣流稱為外旋流，上行的螺旋形氣流稱為內(nèi)旋流，內(nèi)、外旋流氣體的旋轉(zhuǎn)方向相同，外旋流的上部是主要除塵區(qū)。旋風分離器工作原理

天然氣通過設備入口進入設備內(nèi)旋風分離區(qū)，當含雜質(zhì)氣體沿軸向進入旋風分離管后，氣流受導向葉片的導流作用而產(chǎn)生強烈旋轉(zhuǎn)，氣流沿筒體呈螺旋形向被甩向器壁，并在重力作用下，沿筒壁下落流出旋風管排塵口至設備底部儲液區(qū)，從設備底部的出液口流出。旋轉(zhuǎn)的氣流在筒內(nèi)收縮向中心流動，向上形成二次渦流經(jīng)導氣管流至凈化天然氣室，再經(jīng)設備頂部出口流出。旋風分離器結(jié)構(gòu)

旋風分離器采用立式圓筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)部沿軸向分為集液區(qū)、旋風分離區(qū)、凈化室區(qū)等。內(nèi)裝旋風子構(gòu)件，按圓周方向均勻排布亦通過上下管板固定；設備采用裙座支撐，封頭采用耐高壓橢圓型封頭。旋風分離設備及工作原理32旋風分離旋風分離器結(jié)構(gòu)示意圖（1）42旋風分離旋風分離器結(jié)構(gòu)示意圖（2）42旋風分離旋風子結(jié)構(gòu)示意圖分輸站配置和負荷5序號單位旋風分離器臺數(shù)(運行+備用)單臺最大處理量(Nm3/h)1安陽首站//2鶴壁分輸站//3新鄉(xiāng)分輸清管站2140004修武分輸站//5博愛分輸站（通豫）21150006孟州分輸站//7洛陽末站2500008吉利支線末站//2旋風分離過濾分離過濾分離法1原理：利用氣體與固體和液體微粒直徑大小不同，氣體可通過過濾介質(zhì)，微粒被截留在過濾介質(zhì)上，氣體中懸浮的微粒就被分離出來。本方法適用于分離直徑0.2μm至40μm的微粒。3過濾分離過濾分離器通常分為兩部分：第一部分設有過濾一聚結(jié)作用的元件，當氣流通過這些元件時，液體微粒就被聚結(jié)成較大的液滴。第二部分是當這些液滴達到足夠大的尺寸時，在氣流的作用下，它們被帶出過濾部分而進人中心區(qū)，葉片型或金屬絲網(wǎng)型捕霧器將較大的液滴除去。過濾分離器工作原理在一定的壓力作用下，氣體進入過濾器，較大固體的顆粒一般呈直線運動，較小的顆粒則會做自由運動，濾芯采用篩、擋、阻三種方式去捕捉這些微粒，由于濾芯材料分子吸引作用吸引液體，并聚結(jié)成較大的液滴，通過將液滴吸引到纖維上，濾芯逐漸變濕，濾芯纖維間越來越多的空格被液體和固體顆粒塞滿，進入分離腔的液滴，由捕霧器捕捉而脫離氣體。過濾分離器結(jié)構(gòu)過濾分離器主要由濾芯、殼體、快開盲板以及內(nèi)外部件組成，采用臥式、快開盲板結(jié)構(gòu)。3過濾分離過濾分離設備及工作原理23過濾分離過濾分離器結(jié)構(gòu)示意圖（1）33過濾分離過濾分離器結(jié)構(gòu)示意圖（1）33過濾分離過濾分離器結(jié)構(gòu)示意圖（1）33過濾分離過濾分離器結(jié)構(gòu)示意圖（2）3玻璃纖維濾芯如圖所示：3過濾分離過濾分離器結(jié)構(gòu)示意圖（3）3分輸站配置和負荷4序號單位過濾分離器臺數(shù)(運行+備用)單臺最大處理量(Nm3/h)1安陽首站22500002鶴壁分輸站255003新鄉(xiāng)分輸清管站312500/450004修武分輸站2450005博愛分輸站625000/70000/1150006孟州分輸站2470007洛陽末站2500008吉利支線末站2380003過濾分離深度干燥天然氣水合物又稱氣體水合物，是天然氣與水分子在高壓（＞10MPa）和低溫（0-10℃）條件下合成的一種固體結(jié)晶物質(zhì)。其中80%-90%的成分為甲烷，故天然氣水合物又被稱為甲烷水合物。物理特性：呈白色或淺灰色晶體，也有呈紅、桔黃、藍色等。密度接近并稍低于冰的密度。剪切系數(shù)、電介常數(shù)和熱傳導率均低于冰。聲波傳播速度高于含氣沉積物和飽和水沉積物。4深度干燥天然氣水合物114深度干燥天然氣水合物1由46個水分子將8個甲烷分子緊緊包裹而形成的有孔球形物質(zhì)。外貌類似冰雪，可以像酒精塊一樣被點燃，故有人叫它“可燃冰”。4深度干燥天然氣水合物1天然氣水合物形成的條件：氣體處于水汽的過飽和狀態(tài)或有液態(tài)水存在；有足夠高的壓力和足夠低的溫度；在上述條件下，氣體壓力波動或流向突變產(chǎn)生攪動或有晶體（固體腐蝕物、水垢等）存在就促進產(chǎn)生水合物。臨界形成溫度是水合物可能存在的最高溫度。高于臨界溫度，不管壓力多大，也不會形成水合物。防治水合物從分離器分出的天然氣一般都含水(蒸汽)。含水的天然氣當其溫度降低至某一值（水露點）后，就會形成固體水合物，堵塞管道與設備。天然氣脫水是防止水合物形成的最好的方法，但需建脫水裝置（一般情況下，壓降1.0MPa，溫降2~3℃

），在氣體處理規(guī)模較大且過程溫度較低時才比較經(jīng)濟。防止固體水合物形成的方法：脫水干燥法4深度干燥天然氣水合物14深度干燥天然氣水露點的含義2天然氣水露點是一個溫度值，是在一定壓力下天然氣中水分凝結(jié)的溫度值，即壓力一定的情況下，開始從氣相中分離出第一批液滴的溫度；在一定壓力下，天然氣飽和水含量對應的溫度。（工業(yè)上常用天然氣水露點表示天然氣飽和水含量）主要影響因素：天然氣中水蒸氣的含量管道壓力溫度《天然氣管道運行規(guī)范》SY/T5922---2003天然氣露點在最大輸送壓力下，低于管線周圍介質(zhì)最低溫度5-15℃，以保證管線不產(chǎn)生凝析水。4深度干燥天然氣水露點的含義2處于露點狀態(tài)時，天然氣內(nèi)水蒸氣開始凝析結(jié)露、出現(xiàn)微量液態(tài)水，溫度繼續(xù)降低后將形成水化物阻塞管道、閥門、儀表等。在某一壓力下，氣體露點越低，氣體水含量越少。氣體的實際溫度高于露點溫度，氣體處于未飽和狀態(tài)，無液態(tài)水析出；低于露點，氣體過飽和，有液態(tài)水析出。深度干燥的原理3吸附脫水的原理：可逆過程吸附是用多孔性的固體吸附處理氣體混合物，使其中一種或多種組分吸附（停留）于固體表面上，其他的不吸附，從而達到分離操作。采用內(nèi)部孔隙很多、內(nèi)部表面積很大的固體物質(zhì)與含水天然氣接觸，天然氣中水被吸附于固體物質(zhì)的空隙。被水飽和了的固體物質(zhì)經(jīng)加熱或減壓（分子加速運動）再生后使固體物質(zhì)恢復吸附能力。4深度干燥吸附劑天然氣脫水裝置示意圖（一塔吸附一塔再生）干燥塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)天然氣脫水裝置44深度干燥吸附劑床層內(nèi)的吸附過程天然氣脫水裝置44深度干燥在天然氣脫水中常用的吸附劑：分子篩、硅膠、活性氧化鋁。物理性質(zhì)分子篩4A~5A硅膠R型活性氧化鋁F-1型表面積（m2/g）700~900550~650210孔體積（cm3/g）0.270.31~0.34/孔直徑（A）4.221~23/平均孔隙度（%）55~60/51堆積密度（g/L）660~690780800~880比熱【J/(g?℃)】0.837~1.0471.0471.005再生溫度（℃）150~310150~230180~310靜態(tài)吸附容量(相對濕度60%)【%重量】2233.314~16顆粒形狀圓柱體球形顆粒4深度干燥分子篩54深度干燥分子篩5現(xiàn)代天然氣公司采用的吸附脫水方法大都是分子篩吸附，常用4A分子篩。盡管分子篩價格較高，但卻是一種極好的脫水吸附劑。在天然氣壓縮或液化之前，要現(xiàn)將天然氣的露點將至很低值，此時使用分子篩脫水比較合適。在我公司實際使用中，分輸站的旋風分離器和過濾分離器已脫去大部分飽和水，再通過加氣母站脫水裝置分子篩床層深度脫除殘余的微量水分，以獲得很低的露點，防止形成水合物。4深度干燥分子篩5分子篩是具有骨架結(jié)構(gòu)（許多孔徑均勻的孔道與排列整齊的孔穴）的堿金屬的硅鋁酸鹽晶體，是一種高效、高選擇性的固體吸附劑。其分子式如下：M2/NO?AI2O3?xSiO2?YH2OM—某些堿金屬或堿土金屬離子，如Li、Na、Mg、Ca等；n—M的價數(shù)；x—SiO2的分子數(shù)；y—水的分子數(shù)。分子篩54深度干燥水是一種強極性分子，相對分子量為18，分子直徑很小(2.76-3.20A)。不同固體的孔徑是不同的，孔徑大于3.2A的，都可以吸附水分子。4深度干燥水分子的物理性質(zhì)1234分子篩5

吸附選擇性強：能按照物質(zhì)的分子大小進行選擇只吸附臨界直徑比