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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
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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
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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。
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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
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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。
一、低温冷却法
低温冷却脱水是利用当压力不变时，天然气的含水量随 温度降低而减少的原理实现天然气脱水。此法只适用于大量 水分的粗分离。 对于气体，增加压力和降低温度，都会促使气体的液化 。对于天然气这种多组分的混合物，各组成部分的液化温度
又称为低温分离（LTS）法。该法是利用高压天然气节流 膨胀降温而使部分水冷凝脱除。 根据克－克方程：dlnPs/dT=△Hvap/RT2 △Hvap＞0，液体饱和蒸气压Ps随温度升高而增加，当温 度降低时，Ps减小。而总压减小时，原来水汽分压相应减小， 多余水汽就冷凝下来。用到的设备是节流阀。 适用范围：高压天然气。 如果气体露点要求较低，或膨胀后气体温度较低，则需 要注入乙二醇等抑制剂的方法，以抑制水合物的形成。
⑵ 加压冷却法
根据在较高压力下天然气水含量减少的原理，将气体 加压使部分水冷凝，并由压缩机出口气液分离器排出（冷 却后）。通常加压冷却脱水往往达不到气体露点的要求， 故常与其它脱水方法结合使用。这种脱水“预处理”方式， 能够大大减轻其后脱水设备（如分子筛）的负荷。
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⑶ 膨胀制冷冷却法
2.3MPa 0.6MPa
液烃
低冷三相分离器
乙二醇
液
低温分离器 气
6.6MPa
40℃
预冷换热器回收冷量
7.2MPa
0.1MPa
一级闪蒸
二级闪蒸
三级闪蒸
稳定塔稳定
外输
第二处理厂培训课件12.1MPa 27.8℃
计量分离器 生产分离器
气
预冷换热器
J-T阀
8.3MPa -18.3℃
循环水
塔顶回流罐 贫液缓冲罐
再 生 塔
注醇泵 富MEG
富液缓冲罐
导热油
MEG重沸器
MEG换热器
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牙哈凝析气处理工艺流程
乙二醇 凝析气
12MPa 56℃
计量分离器 气 生产分离器
水冷
40℃
预冷换热器
-5℃
J-T阀节流
7MPa -22℃
液 凝析油
分馏系统 乙二醇再生系统 外输压缩机 注气压缩机
集中处理站内大流 量、露点降要求较 大的天然气脱水
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三甘醇（TEG）的主要物性
三甘醇分子式
HOCH2CH2OCH2CH2OCH2CH2OH 无色或微黄粘稠液体，相对密度1.1254，沸 点285.5℃，蒸汽压（25℃）小于1.33Pa，理论 热分解温度206.7℃
从结构上看，甘醇有两个羟基，存在氢键作 用。当天然气与甘醇充分接触时，甘醇靠氢键作 用会与天然气中的水汽分子结合成缔合物而脱除 水份，吸水后的溶剂经加热可实现再生。
• TEG入口温度升高，含水量亦升高,吸收塔径增加当温度超
过48℃，TEG损失增大; • 温度低于10℃也不太好，TEG太粘稠,15℃－20℃之间易发 泡，适宜入口温度26℃-43℃。 • 塔内压力 只要塔压小于20.68MPa(表压),则压力对吸收过程无 影响;在恒定温度下，入口气含水量随压力增而减小,因此 高压脱水时,脱的水量不多，故一般吸收塔操作压力3.45 －8.27MPa
冷温分离器
外输
回收冷量
干气聚结器
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低温分离（LTS）法在中央处理厂的运用
低温分离脱水主工艺
干气聚结器 至燃料气系统
原料气自集 气装置来
三相分离器
原料气预冷器
节流阀
低 温 分 离 器
凝析油聚结器
干气去增压站
醇烃液加热器
至乙二醇再生 及注醇装置
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贫MEG
45℃
乙二醇再生系统
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2、常用吸附剂比较
名称 内容 成份 天然矿石， Al2O3，经磁铁 分离加热经活化 制得 成本低、机械强 度高 偏铝酸钠溶液结 晶，过滤焙烧而 得 硅酸钠与硫酸反 应得硅酸 天然或人工合成 的泡沸石型水合 铝硅酸盐晶体 活性铝土矿 活性氧化铝 硅胶 分子筛
优点
露点降大
脱水性强，易再 生
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天然气的分类
按照组分划分：干气（贫气），湿气（富气）； 按照来源划分：有机来源，无机来源； 按照相态划分：游离气，溶解气，吸附气，固体气 （气水化合物） 天然气的组成因油、气田层系不同而有所不同。工 业上习称的“酸性天然气”是指含有CO2、H2S、有机硫等 的天然气。反之称之为“甜气”。
脱水深度高
缺点
湿容量小
再生能耗高，吸 附重烃，与酸反 应
寿命短，易裂， 常用于实验室
气体压降大，能 耗高
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几种吸附剂性能特点见下表
硅胶 活性铝土矿 表面积，m2/g 孔直径，10-10 堆积密度， kg/m3 再生温度，℃
静态吸附容量 ,60%
分子筛 R型 活性氧化铝 350 / 630~880 180~450 22~25 球状 4A~5A 700~900 4.2 660~690 150~310 22 圆柱状
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TEG脱水法在克拉第二处理厂的运用
第二处理厂TEG工艺流程
外输气
原料气
脱 水 吸 收 塔
原料气聚
结过滤器
产品气 分离器
TEG富液去再生
TEG贫液
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TEG再生工艺流程
TEG富液 汽提气
重沸器
燃料气
TEG后冷器
闪蒸气
TEG闪蒸罐
TEG贫液
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TEG脱水装置操作注意事项
二甘醇 （DEG）
1、天然气中含有H2S、CO2、O2时，在一 般温度下是稳定的 2、吸水容量大
1、蒸汽压较TEG高，蒸发损失大 （22mg/m3） 2、理论热分解温度较TEG小 （164.4℃），再生后的DEG浓度较小 3、露点降较TEG小 4、投资及操作费用较TEG高
集中处理站内大流 量、露点降要求较 大的天然气脱水
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天然气的质量要求
天然气的国家标准GB 17820-1999： 项 目 一类 二类 三类 ≤ ≤ 460 460 ─
高位发热量，MJ/m3
总硫(以硫计)，mg/m3 硫化氢，mg/m3 二氧化碳，%（V/V） 水露点，℃ ≤ ≤ 100 6 ≤
＞
≤ ≤ 3.0
31.4
200 20
在天然气交接点的压力和温度条件下，天然 气的水露点应比最低环境低5℃
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常用脱水剂优、缺点对比
脱水吸收 剂 优点 缺点 1、吸水容量小且不能重复使用 2、露点降小且不稳定 3、更换CaCl2时劳动强度大，且有废 CaCl2溶液处理问题 适用范围
CaCl2水 溶液
1、投资与操作费用低，不燃烧 2、在更换新鲜CaCl2前可无人值守
边远地区小流量、 露点降要求较小的 天然气脱水
都不同，其中水和重烃是较易液化的两种物质。所以采用加
压和降温措施，可促使天然气中的水分冷凝析出。
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根据冷却方式不同，又可分为直接冷却法、加压冷却法、
膨胀制冷冷却法和机械制冷冷却法。
⑴ 直接冷却法
当气体温度非常高时，可考虑采用直接冷却法。如自 然冷却、冷却水冷却等。 但直接冷却脱水往往达不到气 体露点的要求，一般与其它脱水方法结合使用。
注： 1 本标准中气体体积的标准参比条件是101.325kPa，20℃。 2、本标准实施之前建立的天然气输送管道，在天然气交接点的压力 和温度条件下，天然气中应无游离水。无游离水是指天然气经机械分 离设备分不出游离水
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天然气处理的必要性：
天然气一般都含有饱和的水蒸气、粉尘颗粒、液态烃以 及酸性气体如H2S、CO2等。在管道输送过程中，随着压力和 温度的变化，可能析出凝结水，甚至结成冰或固体水合物， 堵塞管道，影响天然气输送。凝结水还将与CO2形成碳酸， 对钢材起电化学腐蚀作用，而H2S可导致钢材氢脆。因此， 天然气进入输气系统前须经过处理，使其符合国家标准的要 求。 天然气净化涉及的工艺过程除脱水、脱硫过程外，通常 还附属有将过程中生成的酸气回收制硫的回收过程及其继后 必要的尾气处理过程。