天然气加工工程

天然气脱硫脱碳工艺的选择原则答：(1)通常情况通常情况下，规模较大的装置应首先考虑采用胺法的可能性：在原料气碳硫比较高(CO2/H2S大于6)，为获得适于克劳斯装置加工的酸气而需要选择性脱除H2S时，以及其他可以选择脱除H2S的工况，应采用MDEA选吸工艺；在脱除H2S同时亦需脱除相当数量CO2时，可采用MDEA和其他醇胺(如DEA)组合的混合胺法；天然气压力较低，净化气H2S指标要求严格且需要同时脱除CO2时，可采用MEA法、DEA法或混合胺法；在高寒或沙漠缺水地区，可选用DGA法。(2)原料天然气需脱除有机硫时通常应采用砜胺法：原料气含一定量有机硫需要脱除、且CO2亦需与H2S同时脱除的工况，应选用砜胺Ⅱ型工艺；需要从原料气中选择性脱除H2S和有机硫、可适当保留CO2的工况，应该选择砜胺Ⅲ型工艺；H2S分压比较高的天然气以砜胺法处理时，其能耗显著低于胺法；当砜胺法仍然无法达到所需要的净化气有机硫含量指标时，可继以分子筛法脱硫。(3)原料气H2S含量低的情况：在原料气H2S含量低、潜硫量不大、碳硫比高且不需要脱除CO2时可以考虑如下工艺：潜硫量在0.5～5t/d之间，可考虑选用直接转化法，如络合铁法ADA－NaOH法或PDS法(酞菁钴磺酸盐液相催化法)等；潜硫量小于0.1t/d时可选用非再生类方法，如固体氧化铁法、氧化铁浆液法；(4)高压、高酸气浓度的天然气：主要脱除大量CO2的工况，可考虑选用膜分离法、物理溶剂法或活化MDEA法；需要同时大量脱除H2S和CO2的工况，可分两步处理，第一步以选择性胺法处理原料气以获得富H2S酸气送克劳斯装置，第二步以混合胺法(MiscellaneousProcesses)或常规胺法处理达净化指标；对大量CO2需要脱除的同时亦有少量H2S需要脱除的工况，可先用膜分离法处理继以胺法满足净化要求。第一、二章1.天然气加工：天然气凝液回收(NGL)、天然气液化(LNG)、天然气提氦(helium)2.天然气处理：天然气脱硫处理、天然气脱水处理、硫磺回收、尾气处理。3.天然气组成：⑴烃类：烷烃、环烷烃、芳烃。⑵非烃类：含硫物质：硫醇(RSH)、硫醚(RSR’)、二硫醚(RSSR’)、羰基硫(COS)、二硫化碳(CS2)、噻吩(C4H4S)等；含氧物质：二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、水蒸汽(H2O)。4.天然气按矿藏特点不同可分为纯气田天然气、凝析气田天然气和油田伴生气。前两者合称为非伴生气，后者叫做伴生气5.干气：１基方井口流出物中C5以上重烃液体含量低于＜13.5cm3；湿气：１基方井口流出物中C5以上重烃液体含量高于＞13.5cm3；贫气：１基方井口流出物中C3以上烃类液体含量低于＜94cm3。富气：１基方井口流出物中C3以上烃类液体含量高于＞94cm3。6.H2S含量＞20mg/m3称为酸性气。7.天然气分子量也叫视分子量或平均分子量，指天然气中各组分的摩尔分率与其分子量的乘积再求和所得结果；密度：单位体积天然气所拥有的质量；比热：单位质量天然气升高1℃吸收的热量。8.目前商品天然气主要是管输天然气、车用压缩天然气和液化天然气3种。除了某些特殊情况外，作为工业和民用燃料的天然气一般也采用管输天然气的质量标准。9.表3商品天然气的技术指标(GB17820-1999)10.天然气成因：1、微生物的生态演替过程；2、有机质的热裂解和热降解过程；3、无机成气作用。11.天然气中含硫化合物分析：(1)直接法：色谱分析；(2)氧化库仑法：该法适用于天然气总硫指标测定；(3)碘量法－H2S测定：将硫化物在高温、催化剂存在下加氢还原成H2S，再对H2S进行检测，属还原法，原理是让硫化物高温催化加氢还原成H2S，用Zn(Ac)2溶液吸收H2S，生成ZnS沉淀，加碘液（碘过剩）反应，以淀粉作指示剂用Na2S2O3标准液回滴。0-100％浓度都可测定。12.CO2测定：(1)气相色谱法，(2)Ba(OH)2法，利用沉淀滴定原理测定。13.水份测定：(1)露点法(2)重量法：让天然气通过吸附剂，称量吸附剂在吸附前后的重量差即可直接得出天然气中的含水量。14.天然气中水的来源：1、石油、天然长期与地下水接触2、油田开发注水3、烃类反应产物。15.1、绝对湿度：单位体积（m3）天然气所含水汽重量（g），用E表示；相对湿度：绝对湿度与相同条件下饱和绝对湿度的比值，Es。2、水露点：天然气在一定压力下结出第一个水露珠时的温度。注意：水的饱和蒸气压随温度降低而降低，相对湿度愈大，水露点愈高。16.理想气体是指分子本身无体积，分子间无相互作用力的一种假想气体。第三章1.天然气水合物也叫水化物，它是由非极性或弱极性气体分子与接近冰点的水接触，水分子靠氢键作用将形成有别于冰晶格的笼形晶格并将气体分子包络其中。2.水合物形成条件：1、含过饱和水汽或液体水2、足够低温度，足够高压力3、压力波动，气流突变和晶种存在。3.⑴天然气水合物的防止措施：1、在给定温度、组分的天然气，降压至最低形成压力以下。2、在给定压力、组分的天然气，保持温度在水合物形成温度以上。3、降低天然气湿度、水露点，即脱水。4、加入水合物抑制剂如CaCl2、乙二醇等。⑵加抑制剂防治水合物：ⅰ、热力学抑制剂：①电解质类型，如NaCl，CaCl2等无机盐②醇类，如甲醇，乙二醇。ⅱ、动力学抑制剂：酪氨酸及其衍生物、N－乙烯基吡咯烷酮(NVP)的聚合物ⅲ、防聚剂：烷基芳香族磺酸盐、烷基聚苷。第四章1.净化厂的构成主要由主体工艺装置、辅助工艺装置和公用工程三部分组成。2.主体工艺单元主要由原料气预处理、脱硫脱碳、脱水、硫磺回收及尾气处理等几个单元构成。3.辅助工艺装置通常包括硫磺成型单元、火炬及放空单元等。4.公用工程是指除主要生产装置以外的公用工程装置和辅助生产设施，如变配电所、循环水、空分、仪表空压站、三修（机、电、仪表维修）、原料和成品仓库、消防站等。5.脱硫目的：1、天然气含硫组份有毒，易造成大气、环境污染；一定浓度的酸气会引起人体中毒或死亡故必须脱除。2、酸气溶于水易形成酸液，腐蚀金属。3、硫化氢等的存在可使催化剂中毒。4、充分回收硫磺资源。6.脱硫方法分类①按过程的物态特性分类：⑴干法(Drybedprocesses)如固体吸附法、膜分离法、(2)湿法(Wetprocesses)如化学吸收法、物化吸收法等②按作用机理分类：(1)化学吸收法、⑵物理吸收法、(3)物理－化学吸收法、(4)直接氧化法、固体吸咐及吸收法、(6)膜分离法。7.四种典型的天然气脱硫情况：(1)同时脱硫脱碳工况对天然气中硫化氢和二氧化碳含量要求都很严格时，可采用不具有选择性的MEA、DEA等方法同时脱硫脱碳。(2)选择性脱硫工况当天然气中CO2/H2S比高时，且不需要十分严格脱除气体中CO2时，可采用MDEA法选择性脱硫，该法目前应用较多，节能降耗明显。(3)脱除H2S和有机硫工况有些天然气中有机硫含量较高时(如超过300ppm),醇胺法不易将有机硫脱除干净，易导致总硫超标，可采用砜胺法。(4)天然气脱碳天然气中仅含有CO2酸性组分时，此时天然气净化主要任务是脱碳，可采用活化MDEA法或膜分离法等。8.HO-CH2-CH2-NH2(一乙醇胺MEA)HO-CH2-CH2-NH-CH2-CH2-OH(二乙醇胺DEA)CH3-CH(OH)-CH2-NH-CH2-CH(OH)-CH3(二异丙醇胺DIPA)HO-CH2-CH2-N(CH3)-CH2-CH2-OH(甲基二乙醇胺MDEA)NH2-CH2-CH2-O-CH2-CH2-OH(二甘醇胺DiglycolAmine)9.烷基醇胺类化合物至少有一个羟基与一个氨基，通常认为，羟基能降低化合物蒸汽压，并增加在水中溶解度；氨基则在水溶液中提供所需碱度，促进对酸气的吸收.10.脱硫化学原理:MDEA因为N原子上无氢质子相连，故仅能进行生成碳酸氢盐的慢反应，醇胺吸收二氧化碳的过程属于液膜控制过程。因此，叔胺与H2S\CO2在反应速率上的巨大差异时产生选择性吸收H2S的动力学基础。RNH+-2+H2SRNH3+HS2RNH+CORNH+-223+RNHCOORNH2+CO2+H2RNH+-3+HCO311.常规胺法工艺流程1—原料气2—湿净化气3—闪蒸气体4—酸气5—贫液6—富液A—吸收塔B—闪蒸罐C—贫富液换热器D—再生塔E－重沸器F－贫液冷却器流程叙述：含硫天然气自吸收塔底进入与由上而下的醇胺液逆流接触，脱除酸气后从吸收塔顶部出来，成为湿净化气。吸收了硫化氢的醇胺液叫富液，从吸收塔底出来后进入闪蒸罐降压闪蒸，脱除烃类气，再经贫富液换热器升温后进入再生塔解吸，再生完全的醇胺液叫贫液，经降温后泵送回吸收塔顶部继续循环使用。12.①一乙醇胺法(MEA法)：MEA是最强的有机碱，它与酸气的反应最迅速，高净化度；与COS及CS2发生不可逆降解；腐蚀限制了MEA溶液浓度及酸气负荷;MEA装置通常配置溶液复活设施。②二乙醇胺法(DEA法)：二乙醇胺法的特点如下：⑴用于天然气净化可保证净化度⑵基本不为COS及CS2降解⑶DEA法通常不安排溶液复活设施。③二异丙醇胺(DIPA法)：⑴蒸汽耗量低⑵腐蚀轻⑶降解慢⑷DIPA的缺点是相对分子质量大，此外其熔点较高导致制备溶液较为麻烦④二甘醇胺法(DGA法)：⑴高DGA浓度。溶液浓度高达65％⑵高H2S净化度⑶二甘醇胺溶液凝固点低。溶液的凝固点低于－40℃13.胺法的主要设备：⑴吸收塔：逆流的气液传质设备有填料塔和板式塔两类。⑵再生塔：大型胺法装置的再生塔亦多使用浮阀塔。浮阀塔处理能力大(较泡罩塔高20％～40％)，操作弹性大(即在较宽的气速范围内板效率变化较小)，板效率高(高15％左右)，压降低，结构简单易于安装，其制造成本约为泡罩塔的60％～80％。⑶重沸器：重沸器具有供热、产生蒸汽(以降低酸气分压)和使残余酸气进一步从溶液中解吸等多项功能。目前胺法装置多采用卧式热虹吸型重沸器，与釜式重沸器相比，其优点是传热系数较大，溶液停留时间较短，不易结垢，设备较紧凑而费用低。⑷闪蒸罐：闪蒸罐用于使吸收塔底流出的富液夹带和溶解的烃类逸出，既可回收用作工厂的燃料气，也可降低去后续硫磺回收装置的酸气中的烃含量。目前均使用可提供较大气液界面的卧式结构。⑸过滤器⑹换热器。14.醇胺法脱硫脱碳装置的主要腐蚀形态：①全面腐蚀②局部腐蚀③应力腐蚀开裂(SCC)与氢致开裂(HIC)。在含MEA系统中，重沸器是最易腐蚀的地方；在含DEA\TEA或MDEA系统中,换热器腐蚀最严重。15.腐蚀的影响因素:⑴醇胺的类型,⑵溶液的酸性负荷,⑶溶液中的污染物,⑷装置不同部位的操作条件,⑸溶液流速.16.防护措施：合理的设计条件;严格的操作控制;恰当的材料选用;必要的工艺防护。17.溶液发泡：MDEA发泡将导致溶液净化效率降低、溶液再生不合格，雾漠夹带严重使溶液损耗增加、系统处理能力严重下降、净化气质量不达标等一系列问题18.引起MDEA溶液发泡的因素：①固体颗粒②表面活性剂③胺降解④操作波动大19.MDEA溶液发泡的预防和处理：①原料气净化②加强溶液过滤③避免氧进入系统④溶剂再生⑤防止活性炭粉化20.溶液损失:⑴溶液蒸发⑵醇胺溶液降解:热降解和化学降解和氧化降解⑶夹带⑷醇胺溶液在烃液中的溶解⑸机械损失.21.物理溶剂法是利用H2S及CO2等酸性杂质与烃类在物理溶剂中溶解度的巨大差异完成天然气的脱硫脱碳任务。环丁砜和水对酸性气的吸收属物理吸收，醇胺溶液对酸性气的吸收属化学吸收。通常采用的配比是环丁砜40%MDEA45%水15%22.砜胺法优点:1.酸气负荷高，可达平衡吸收量的85~90%.2.标耗指标低，即水、电、蒸气耗量少.3.净化度高，可达6mg/m3.4.腐蚀轻微.缺点:1.吸收重烃能力强是良好溶剂,2.易溶解设备上油漆,3.价格高.23.直接氧化法:脱硫原理以铁碱氧化法为例溶剂配制：2~3%Na2CO30.5~1.0%Fe(OH)3由绿矾、纯碱配制,Fe2++CO32－+H2O=Fe(OH)2+CO24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)