天然气处理原理与工艺.pdf
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天然气脱水流程与原理详解演示文稿
天然气脱水流程与原理详解演示 文稿
优选天然气脱水流程与原理
第一节 概 述 一、直接冷却法：
• 原理：通过降低天然气的温度， 利用水与轻烃凝结为液体的温 差，使水得以冷凝，从而达到 脱水的目的。
• 缺点：需要制冷设施对天然气 进行制冷。
天然气脱硫、脱水器
第一节 概 述
二、溶剂吸收脱水法
•原理：天然气与某种吸水能力强的化学溶剂相接触，利用化 学溶剂对水的吸收能力，吸收天然气中的水分，同时不与水 发生化学反应，最终达到脱水的目的。 •优点：吸收剂能通过一定的方法进行再生，使其能重复使用。
三、甘醇脱水工艺流程
湿天然气自吸收塔底部 进入，自下而上与从顶部进 入的三甘醇贫液相接触后， 干气从顶部流出；贫三甘醇 自塔顶进入，与吸收塔内湿 天然气充分接触后成为富液。 富液从塔底部流出，经过滤 器、换热器与贫三甘醇换热 后进入再生塔，富液再生后 成为贫液经与富液换冷后加 压循环注入吸收塔中。
194.2 -5.6 <1.33 314 1.092 1.128 全溶 237.8 2.4.4-233.9
10.2×10-3 2.18 4.5 1.457
第三节 吸收法脱水 三甘醇质量的最佳值
参数
pH值① 氯化物 烃类② 铁粒子② 水③
固体悬浮物 ③/(mg/L)
起泡倾向
颜色及 外观
富甘醇 7.0-8.5 <600 <0.3 <15 贫甘醇 7.0-8.5 <600 <0.3 <15
3.57.5
<1.5
<200 <200
泡沫高度， 高度1020mL;破裂 时间，5s
洁净， 浅色到 黄色
①富甘醇由于有酸性气体溶解，其pH值较低。
优选天然气脱水流程与原理
第一节 概 述 一、直接冷却法：
• 原理：通过降低天然气的温度， 利用水与轻烃凝结为液体的温 差，使水得以冷凝，从而达到 脱水的目的。
• 缺点：需要制冷设施对天然气 进行制冷。
天然气脱硫、脱水器
第一节 概 述
二、溶剂吸收脱水法
•原理：天然气与某种吸水能力强的化学溶剂相接触，利用化 学溶剂对水的吸收能力，吸收天然气中的水分，同时不与水 发生化学反应，最终达到脱水的目的。 •优点：吸收剂能通过一定的方法进行再生，使其能重复使用。
三、甘醇脱水工艺流程
湿天然气自吸收塔底部 进入，自下而上与从顶部进 入的三甘醇贫液相接触后， 干气从顶部流出；贫三甘醇 自塔顶进入，与吸收塔内湿 天然气充分接触后成为富液。 富液从塔底部流出，经过滤 器、换热器与贫三甘醇换热 后进入再生塔，富液再生后 成为贫液经与富液换冷后加 压循环注入吸收塔中。
194.2 -5.6 <1.33 314 1.092 1.128 全溶 237.8 2.4.4-233.9
10.2×10-3 2.18 4.5 1.457
第三节 吸收法脱水 三甘醇质量的最佳值
参数
pH值① 氯化物 烃类② 铁粒子② 水③
固体悬浮物 ③/(mg/L)
起泡倾向
颜色及 外观
富甘醇 7.0-8.5 <600 <0.3 <15 贫甘醇 7.0-8.5 <600 <0.3 <15
3.57.5
<1.5
<200 <200
泡沫高度， 高度1020mL;破裂 时间，5s
洁净， 浅色到 黄色
①富甘醇由于有酸性气体溶解，其pH值较低。
天然气处理厂工艺及自控
天然气处理厂工艺及自控天然气处理厂工艺及自控近年来，随着全球能源需求的不断增长，天然气作为一种清洁、高效的能源资源，得到了广泛应用和重视。
天然气处理厂作为天然气生产过程中的关键环节，起着将原始天然气转化为可用能源的重要作用。
本文将从深度和广度两个方面，对天然气处理厂工艺及自控问题进行全面评估，并尝试从简到繁、由浅入深的方式来探讨主题。
一、天然气处理厂工艺1.原始天然气处理原始天然气是指最初从地下开采出来的未经处理的气体。
在天然气处理厂中，原始天然气经过一系列工艺流程，将其中的杂质、硫化物等成分去除，以提高气质量和可用程度。
常见的原始天然气处理工艺包括脱硫、脱水、除液体和除固体等步骤。
2.脱硫工艺天然气中的硫化物是一种常见的污染物，对环境和设备都会造成不良影响。
在天然气处理厂中，脱硫工艺是非常重要的一步。
目前常用的脱硫工艺包括物理吸收法、化学吸收法和催化剂法。
物理吸收法利用吸收剂吸附硫化物，化学吸收法则通过与硫化物发生化学反应而去除之。
3.脱水工艺天然气中的水分含量会对气体的物理性质产生一定影响，同时还可能导致设备腐蚀等问题。
在天然气处理厂中进行脱水处理也是必不可少的一步。
常见的脱水工艺包括吸湿剂吸附法、膜分离法和冷凝法等。
其中，吸湿剂吸附法是最常用的方法，通过将湿气吸附在吸湿剂上，使天然气达到所需的干燥程度。
二、天然气处理厂的自控问题1.自动化控制系统天然气处理厂涉及的工艺过程繁杂，需要对各个环节进行精确控制，以确保安全、高效地运行。
自动化控制系统在其中扮演着重要的角色。
通过传感器、执行器和控制器等设备的配合，自动化控制系统可以实现对压力、温度、流量等参数的实时监测和调整。
这不仅提高了生产效率，还降低了人为操作失误的风险。
2.故障诊断与维护天然气处理厂中的设备往往处于高负荷运行状态，存在故障的风险。
及时发现、诊断和处理故障是保证生产运行连续性的关键。
建立健全的故障诊断与维护机制至关重要。
通过对设备状态进行实时监测，可以及时发现异常情况并采取相应措施。
《天然气处理工艺》
H2O>NH3>CH3OH>CH3SH>H2S>COS>CO2>N2>CH4 可见，水最易为分子筛所吸附，而CH4则不易被吸附。
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三、分子筛脱水
2、分子筛的吸附性能 （高效吸附性）
多数氯化物：NaCl、KCl、MgCl2、CaCl2和AlCl3等由于①有腐蚀性 并易在金属表面沉积；②只适用于处理小流量、露点要求不高的场合。 因此，在实践中很少采用。
醇类抑制剂
用作水合物抑制剂的醇类主要有：甲醇(MeOH)、乙二醇(EG)或二 甘醇(DEG)，三者对比：乙二醇和甲醇是最常用的水合物抑制剂。
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二、甘醇法脱水
3、甘醇法脱水法主要设备
（7）甘醇泵
甘醇泵的作用是为甘醇贫液提供压能产生甘醇循环。 甘醇泵可采用用气体驱动、富甘醇驱动、或电机驱动的多缸往 复泵。 小型装置常用塔底流出的富甘醇为动力，将贫甘醇增压后送人 吸收塔。 每套脱水装置需要设置两台甘醇泵，一台运行、一台备用。条 件容许时，两台甘醇泵可采用不同的动力源，以保证装置的连续 运行。
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二、甘醇法脱水
1、甘醇法脱水概述
压缩和冷却是常用降低气体中水含量的方法，在有些井场，可利用天然 气的压能获取低温以达到所要求的水露点及烃露点；在另一些情况下，它们 虽然不是天然气脱水的主要方法，但也可作为辅助手段采用。气田集输与净 化厂使用的天然气脱水方法主要是甘醇法，特别是三甘醇（TEG）法；在 需要深度脱水的工况（如生产CNG及LNG、NGL回收等）则使用分子筛脱 水。除这两类主要的脱水方法外，时期还曾采用CaCl2脱水和硅胶、氧化铝 等固体吸附剂脱水；甘醇—胺法则用于同时脱硫脱水；此外，物理溶剂法也 可以同时脱硫脱水之功效。国内外正在研发的膜分离脱水。
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三、分子筛脱水
2、分子筛的吸附性能 （高效吸附性）
多数氯化物：NaCl、KCl、MgCl2、CaCl2和AlCl3等由于①有腐蚀性 并易在金属表面沉积；②只适用于处理小流量、露点要求不高的场合。 因此，在实践中很少采用。
醇类抑制剂
用作水合物抑制剂的醇类主要有：甲醇(MeOH)、乙二醇(EG)或二 甘醇(DEG)，三者对比：乙二醇和甲醇是最常用的水合物抑制剂。
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二、甘醇法脱水
3、甘醇法脱水法主要设备
（7）甘醇泵
甘醇泵的作用是为甘醇贫液提供压能产生甘醇循环。 甘醇泵可采用用气体驱动、富甘醇驱动、或电机驱动的多缸往 复泵。 小型装置常用塔底流出的富甘醇为动力，将贫甘醇增压后送人 吸收塔。 每套脱水装置需要设置两台甘醇泵，一台运行、一台备用。条 件容许时，两台甘醇泵可采用不同的动力源，以保证装置的连续 运行。
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二、甘醇法脱水
1、甘醇法脱水概述
压缩和冷却是常用降低气体中水含量的方法，在有些井场，可利用天然 气的压能获取低温以达到所要求的水露点及烃露点；在另一些情况下，它们 虽然不是天然气脱水的主要方法，但也可作为辅助手段采用。气田集输与净 化厂使用的天然气脱水方法主要是甘醇法，特别是三甘醇（TEG）法；在 需要深度脱水的工况（如生产CNG及LNG、NGL回收等）则使用分子筛脱 水。除这两类主要的脱水方法外，时期还曾采用CaCl2脱水和硅胶、氧化铝 等固体吸附剂脱水；甘醇—胺法则用于同时脱硫脱水；此外，物理溶剂法也 可以同时脱硫脱水之功效。国内外正在研发的膜分离脱水。
15、天然气处理原理、流程
第二处理厂培训课件
⑷ 机械制冷冷却法
在一些以低压伴生气为原料气的露点控制装置中一般采用 机械制冷[通常为蒸汽压缩制冷]的方法获得低温，使天然气 中更多的烃类气体（同时还有水蒸气）冷凝析出，从而达到 露点控制或既回收液烃又同时脱水的目的。 综述：对于压力比较低的天然气，可采用机械制冷方式进 行冷却脱水。首先对天然气进行压缩，使天然气达到高温高 压、经水冷却器冷却、再经节流，从而使温度降至天然气中 水的露点之下，则水从天然气中析出，实现脱水。若冷却脱 水过程达不到作为液化厂原料气中对水露点的要求，则还应 采用其他方法对天然气进行进一步的脱水。 为防止形成水合物，通常在降温前把甘醇（乙二醇、二甘 醇）、甲醇等防冻剂注入气流中。
天然气处理原理、流程
克拉作业区第二处理厂
中 国 石 油 塔 里 木油 田公 司
Petrochina Tarim OilField Company
第二处理厂培训课件
培训内容
天然气基础知识 天然气脱水工艺
轻烃的回收处理
其余杂质的处理
第二处理厂培训课件
天然气的范畴
广义来说，天然气是指自然界中一切天然生成的各种 气体的混合物。 从能源角度，天然气指自然生成，在一定压力下蕴藏 于地下岩层孔隙或裂缝中的混合气体，其主要成分为甲烷 及少量乙烷、丙烷、丁烷、戊烷及以上烃类气休，并可能 含有氮、氢、二氧化碳、硫化氢及水汽等非烃类气体及少 量氦、氩等惰性气体。我们所讲的天然气通常指从气田采 出的天然气及油田采油过程中同时采出的伴生天然气。
第二处理厂培训课件
天然气基础知识 天然气脱水工艺 轻烃的回收处理
其余杂质的处理
第二处理厂培训课件
天然气脱水工艺一般包括：低温冷却法、溶
剂吸收法脱水、固体吸附法脱水和化学反应脱水。
天然气处理工艺全解
2018年10月10日7时14分
23
化学溶剂法
工业应用：
我国第一套采用MDEA配方溶液的脱硫脱碳装置已于 2003年底在长庆气田第三净化厂(以下简称三厂)建成投产 ，实际运行情况良好，达到了设计预期效果。该装置处理 量为300×104m3/d，原料气为含硫含碳的天然气。原料气 进装置压力为5.5～5.8 MPa，温度为3～18℃。三厂原料气 来自长庆气田靖边气区的酸性天然气，原料气中CO2含量 为5.286%，H2S含量为0.028%，CO2/H2S高达188.8 (均为设 计值)。
2018年10月10日7时14分 17
化学溶剂法
选择性胺法的工艺特点：
1. 溶液有较高的H2S负荷。 2. H2S净化度的变化较为灵敏。
3. 选择性胺法的能耗低。选择性胺法不仅由于溶液H2S负 荷高而循环量低从而可降低能耗，而且单位体积溶液再生所 需蒸汽量也显著低于常规胺法。
4. 装置处理能力增大。选择性胺法因操作的气液比（气液 比是指单位体积溶液处理的气体体积数，单位m3/m3）较高, 从而可提高装置处理能力。 5. 选择性胺法抗污染的能力较弱。由于MDEA的碱性较常 规醇胺为弱，一些杂质、特别是强酸性杂质进入溶液后对其 净化能力的影响也就大于其它醇胺。所以选择性胺法装置的 溶液更需精心维护，防止外来杂质污染溶液。
2018年10月10日7时14分 19
化学溶剂法
MDEA配方溶液
MDEA 配方溶液系以MDEA为主剂、在溶液中加有改善 其某些性能的化学剂。当天然气中含少量H2S且CO2/ H2S比 值较高，但CO2含量不是很高且不需深度脱除CO2 时，就可 考虑采用合适的MDEA配方溶液。 MDEA配方溶液是一种高效气体脱硫脱碳溶液,它通过在 MDEA溶液中复配不同的化学剂来增加或抑制MDEA 吸收 CO2的动力学性能。 因此，有的配方溶液可比MDEA具有更高的脱硫选择性 ，有的配方溶液也可比其他醇胺溶液具有更好的脱除CO2 效果。
天然气净化(处理)工艺原理及流程
图2.3 脱硫单元内天然气流程示意图
2）甲基二乙醇胺溶液流程
贫甲基二乙醇胺溶液从吸收塔顶自上而下与原料天然气进行逆向接触，吸收H2S和CO2后变成富液从塔底流出，进入闪蒸塔内降压闪蒸，闪蒸出溶液中的烃类气体和少量的H2S和CO2后，经过滤布过滤器和活性炭过滤器二级过滤后，经过贫富液换热器换热至85℃左右后进入再生塔顶，经加热、降压再生，解析出其中的酸性气体后变成贫液。经贫富液换热器、水冷器换热后，经循环泵加压后循环使用。
2）管道中有液体存在，会降低管线的输送能力。
3）水和其它液体在管道中和天然气中的硫化氢、二氧化碳形成腐蚀液，造成管道内腐蚀，缩短管道的使用寿命，同时增大了爆管的频率。
CH2CH2OH
NH
CH2CH2OH
主反应：
2R2NH+H2S===（R2NH）2S(瞬间反应)
2R2NH+H2O+CO2===（R2NH2）2CO3
副反应：
(R2NH2)2CO3+H2O+CO2===2R2NH2HCO3
2R2NH +CO2===R2NCOONH2R2
（R2NH）2S+H2S===2R2NHHS
MDEA和CO2的反应速率较慢，对H2S有较好的选择吸收性，单一的MDEA溶液较难深度脱除天然气中的CO2,加入DEA可加快溶液与CO2的反应速率，达到深度脱除CO2的目的，使净化气中满足CO2含量＜3%的要求。二乙醇胺（DEA）为仲胺，碱性较强，经过试验筛选，靖边气田净化厂的复合溶液中甲基二乙醇胺溶液一般浓度为40%,二乙醇胺溶液的浓度控制在5%左右
4.2脱硫单元的主要工艺流程
1）天然气流程
从集气区来的原料天然气经过重力分离器和过滤分离器分离出液体和固体杂质后进入脱硫塔底，天然气从下向上与从上而下的MDEA贫液逆流接触，其中的H2S和部分CO2被脱除，从塔底出来的湿净化气在湿净化气分离器中分离出携带的MDEA液滴后进入脱水单元。详细的流程示意图见图2.3。
2）甲基二乙醇胺溶液流程
贫甲基二乙醇胺溶液从吸收塔顶自上而下与原料天然气进行逆向接触，吸收H2S和CO2后变成富液从塔底流出，进入闪蒸塔内降压闪蒸，闪蒸出溶液中的烃类气体和少量的H2S和CO2后，经过滤布过滤器和活性炭过滤器二级过滤后，经过贫富液换热器换热至85℃左右后进入再生塔顶，经加热、降压再生，解析出其中的酸性气体后变成贫液。经贫富液换热器、水冷器换热后，经循环泵加压后循环使用。
2）管道中有液体存在，会降低管线的输送能力。
3）水和其它液体在管道中和天然气中的硫化氢、二氧化碳形成腐蚀液，造成管道内腐蚀，缩短管道的使用寿命，同时增大了爆管的频率。
CH2CH2OH
NH
CH2CH2OH
主反应：
2R2NH+H2S===（R2NH）2S(瞬间反应)
2R2NH+H2O+CO2===（R2NH2）2CO3
副反应：
(R2NH2)2CO3+H2O+CO2===2R2NH2HCO3
2R2NH +CO2===R2NCOONH2R2
（R2NH）2S+H2S===2R2NHHS
MDEA和CO2的反应速率较慢，对H2S有较好的选择吸收性，单一的MDEA溶液较难深度脱除天然气中的CO2,加入DEA可加快溶液与CO2的反应速率，达到深度脱除CO2的目的，使净化气中满足CO2含量＜3%的要求。二乙醇胺（DEA）为仲胺，碱性较强，经过试验筛选，靖边气田净化厂的复合溶液中甲基二乙醇胺溶液一般浓度为40%,二乙醇胺溶液的浓度控制在5%左右
4.2脱硫单元的主要工艺流程
1）天然气流程
从集气区来的原料天然气经过重力分离器和过滤分离器分离出液体和固体杂质后进入脱硫塔底，天然气从下向上与从上而下的MDEA贫液逆流接触，其中的H2S和部分CO2被脱除，从塔底出来的湿净化气在湿净化气分离器中分离出携带的MDEA液滴后进入脱水单元。详细的流程示意图见图2.3。
天然气处理工艺,设备及原理
主体工艺 Main Process
公用工程及辅助设施 Utilities & Auxiliary Facilities
3
Gas Plant overview
Dehydration 三甘醇脱水 Commercial Metering Station 商业计量站 Incinerator 灼烧炉 Tail Gas Treatment & Sour H2O Stripping 尾气 处理&酸H2O汽提(1) Sulfur Forming 硫 成型
Feed Gas From Gas Terminal Station 来自末站的原 料气
Product Sulfur to Storage 硫磺产品储存
Sulfur Removal Unit 脱硫 装置 (2)
Acid Gas 酸气
Sulfur Recovery Unit 硫磺回 收装置(2)
Acid Gas 酸气
空氮站 Air & N2 Station 锅炉给水框架 Boiler Feedwater 自控机柜间 Central Control Room
燃料气系统 Fuel Gas Sys.
火炬及放空系统 Flare & Vent Sys.
35kV变电站 35kV Substation
硫磺成型及储存 Sulfur Storage & Forming
Sales Gas to Grid 商品气至管网
Wet Treated Gas 处理湿气
Acid Gas 酸气
Vent to Atm.
Sulfur Removal Unit 脱硫 装置( 1)
Acid Gas 酸气
Sulfur Recovery Unit硫磺回收 装置 (1) Liquid Sulfur Storage Tanks 液硫储罐
天然气净化技术及工艺
¾ 物理溶剂法适用于脱除大量酸气的工况，其能耗 低，并可同时脱除有机硫以及选择脱除H2S并可同 时脱水，但要保证高的H2S净化度则需要采取特别 的溶液再生措施，此外存在烃的溶剂损失问题。
26
天然气净化技术及工艺
3. 天然气加工方式—净化工艺选择
各种脱硫脱碳工艺的特点及适应性 ¾ 膜分离法适用于脱除大量酸气、特别是脱除CO2的
3
天然气净化技术及工艺
1. 概述
我国国民经济正处于高速发展阶段，能源需求也相 应大幅增长。为了适应这一形势，并调整能源结构 以减轻污染，我国已决定大力发展天然气工业。 在整个天然气工业中，为了将合格的商品气供应至 用户，天然气净化是重要的环节。 天然气净化通常是指脱硫脱碳、脱水、硫磺回收及 尾气处理。 脱硫脱碳与脱水是使天然气达到商品或管输天然气 的质量指标；硫磺回收与尾气处理是为了综合利用 及满足环保要求。
工况，能耗很低，但处理H2S无法达到通常的管输 质量要求，还存在烃的损失问题，可以将膜法和胺 法组合。
¾ 分子筛法适用于达到严格的有机硫（特别是硫醇） 含量标准并可同时脱水，宜在胺法脱除H2S及CO2 后安排分子筛脱硫醇，但其再生气的处理是工艺难 点。
27
天然气净化技术及工艺
3. 天然气加工方式—净化工艺选择 选择脱硫脱碳工艺的特点及适应性
3. 天然气加工方式—工艺分类
天然气脱硫脱碳 ¾ 化学-物理溶剂法：将化学溶剂与物理溶剂组合的方
法。典型代表为砜胺法； ¾ 直接转化法：以液相氧载体将H2S氧化为元素硫而
用空气使之再生的方法，氧化还原法或湿式氧化法。 钒法、铁法等； ¾ 其他类型的方法：分子筛、膜分离、低温分离及生 物化学等方法。
15
¾ 低温分馏工艺是专为CO2驱油后的伴生气的处理而 开发的。
26
天然气净化技术及工艺
3. 天然气加工方式—净化工艺选择
各种脱硫脱碳工艺的特点及适应性 ¾ 膜分离法适用于脱除大量酸气、特别是脱除CO2的
3
天然气净化技术及工艺
1. 概述
我国国民经济正处于高速发展阶段，能源需求也相 应大幅增长。为了适应这一形势，并调整能源结构 以减轻污染，我国已决定大力发展天然气工业。 在整个天然气工业中，为了将合格的商品气供应至 用户，天然气净化是重要的环节。 天然气净化通常是指脱硫脱碳、脱水、硫磺回收及 尾气处理。 脱硫脱碳与脱水是使天然气达到商品或管输天然气 的质量指标；硫磺回收与尾气处理是为了综合利用 及满足环保要求。
工况，能耗很低，但处理H2S无法达到通常的管输 质量要求，还存在烃的损失问题，可以将膜法和胺 法组合。
¾ 分子筛法适用于达到严格的有机硫（特别是硫醇） 含量标准并可同时脱水，宜在胺法脱除H2S及CO2 后安排分子筛脱硫醇，但其再生气的处理是工艺难 点。
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天然气净化技术及工艺
3. 天然气加工方式—净化工艺选择 选择脱硫脱碳工艺的特点及适应性
3. 天然气加工方式—工艺分类
天然气脱硫脱碳 ¾ 化学-物理溶剂法：将化学溶剂与物理溶剂组合的方
法。典型代表为砜胺法； ¾ 直接转化法：以液相氧载体将H2S氧化为元素硫而
用空气使之再生的方法，氧化还原法或湿式氧化法。 钒法、铁法等； ¾ 其他类型的方法：分子筛、膜分离、低温分离及生 物化学等方法。
15
¾ 低温分馏工艺是专为CO2驱油后的伴生气的处理而 开发的。