1、西南石油大學(xué)學(xué)生實習(xí)調(diào)研報告天然氣凈化及加工 實習(xí)調(diào)研報告姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)教師：學(xué)校： 目錄(ml) TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc428947369 摘要(zhiyo) PAGEREF _Toc428947369 h 3 HYPERLINK l _Toc428947370 天然氣脫硫 PAGEREF _Toc428947370 h 3 HYPERLINK l _Toc428947371 一、方法(fngf)及特點 PAGEREF _Toc428947371 h 3 HYPERLINK l _Toc428947372 二、主要設(shè)備(shbi)作用 PAGE

2、REF _Toc428947372 h 4 HYPERLINK l _Toc428947373 硫磺回收 PAGEREF _Toc428947373 h 5 HYPERLINK l _Toc428947374 1.3.1直流法（部分燃燒法） PAGEREF _Toc428947374 h 5 HYPERLINK l _Toc428947375 1.3.2分流法 PAGEREF _Toc428947375 h 5 HYPERLINK l _Toc428947376 天然氣脫水 PAGEREF _Toc428947376 h 5 HYPERLINK l _Toc428947377 一、方法及特點

3、PAGEREF _Toc428947377 h 5 HYPERLINK l _Toc428947378 二、主要工藝設(shè)備 PAGEREF _Toc428947378 h 6 HYPERLINK l _Toc428947379 輕烴回收 PAGEREF _Toc428947379 h 9 HYPERLINK l _Toc428947380 一、方法及特點 PAGEREF _Toc428947380 h 9 HYPERLINK l _Toc428947381 天然氣制甲醇 PAGEREF _Toc428947381 h 11 HYPERLINK l _Toc428947382 一、方法及特點 PA

4、GEREF _Toc428947382 h 11 HYPERLINK l _Toc428947383 參考文獻 PAGEREF _Toc428947383 h 13 HYPERLINK l _Toc428947384 附加 PAGEREF _Toc428947384 h 14 HYPERLINK l _Toc428947385 天然氣凈化工程中的安全隱患及防治措施 PAGEREF _Toc428947385 h 14 HYPERLINK l _Toc428947386 天然氣凈化過程中的廢棄物 PAGEREF _Toc428947386 h 14摘要(zhiyo)天然氣凈化的目的是脫除(tu

5、ch)含硫天然氣中的H2S、CO2、水份及其它雜質(zhì)（如有機硫等），使凈化后的天然氣氣質(zhì)符合GB17820-1999天然氣國家標準，并回收酸氣中的硫，且使排放的尾氣達到GB16297-1996大氣污染物綜合排放標準的要求。天然氣凈化工藝一般包括脫硫、脫水以及硫磺回收和尾氣處理等幾個環(huán)節(jié)。關(guān)鍵詞：天然氣脫硫脫水硫磺(lihung)回收輕烴回收天然氣脫硫一、方法及特點1化學(xué)方法類1.1醇胺法：凈化度高，即可完全脫除H2S和CO2，也可以選擇性脫除H2S；烴溶解少，有機硫脫除效率不高；工業(yè)經(jīng)驗豐富。1.2熱鉀堿法：凈化度不如醇胺法，但能耗比醇胺法低。1.3氧化還原法：H2S凈化度高，將脫硫和硫回收合為

6、一體，一般不脫除CO2；溶液循環(huán)量大，再生能耗低，有廢液處理問題。2物理方法類2.1物理吸收法：達到高凈化度較難，溶液符合與酸氣負荷成正比，能耗低，有烴損失問題，溶劑較貴。2.2 分子篩法：有很高的凈化度，對有機硫特別是硫醇的脫除能力哈，可同時脫水，但再生氣硫含量不均勻較難處理。2.3 膜分離法：難以達到高的凈化度，流程十分簡單，能耗低，有烴損失問題。2.4 低溫分餾法：能耗高，但能將NGL回收和酸氣分離融為一體，從而產(chǎn)生多種產(chǎn)品。3物理化學(xué)吸收法：凈化度高，有機硫脫除效率高，高H2S分壓下能耗顯著低于醇胺法，酸氣中烴含量高于醇胺法，溶液價格較貴。4生化法：與氧化還原相比沒有有機物的化學(xué)降解問

7、題，不脫除CO2，需供給細菌營養(yǎng)料以上介紹的各種脫酸氣方法都有各自的特點、適用(shyng)條件。在選擇脫酸方法時一般應(yīng)考慮以下因素：（1）在天然氣中，酸氣的類型和各種酸性(sun xn)組分的含量；（2）天然氣處理量，壓力(yl)，溫度；（3）是否需要選擇性地脫除某種酸氣組分，從酸氣中回收硫磺的可行性；（4）重?zé)N和芳香烴在氣體中的數(shù)量；（5）管輸要求、下游加工工藝要求，以及銷售合同、環(huán)保等強制性要求等。砜胺法脫硫二、主要設(shè)備作用A、原料氣分離器作用：分離原料氣夾帶的固體或液烴。如砂子、井下作業(yè)用的化學(xué)藥劑等。類型：臥式或立式分離器，內(nèi)裝金屬網(wǎng)除沫器。B、吸收塔作用：氣液傳質(zhì)場所，酸性組分轉(zhuǎn)入

8、醇胺液中。類型：填料塔或板式塔，目前多采用浮閥塔。C、閃蒸罐作用：盡可能地解吸出富液所溶解的烴類。類型：多采用臥式罐以保證足夠的閃蒸面積。D、過濾器作用：去除胺液中固體和降解產(chǎn)物。類型：固體過濾器、活性炭過濾器。E、貧/富溶液換熱器作用：冷卻貧液，回收的熱量，同時提高富液的T。類型：多采用管殼式，富液走管程。F、解吸(jix)塔(再生(zishng)塔) 作用：對富醇胺液進行再生，恢復(fù)溶液的凈化(jnghu)能力。類型：用與吸收塔相同的塔型。硫磺回收硫磺回收普遍采用克勞斯法。改良克勞修斯反應(yīng)的基本原理：H2S + 3/2 O2 = S02 + H2O 2H2S + S02 = 3/X Sx +

9、2H2O CS2 + H2O = COS + H2S COS + H20 = H2S + C02 1.3.1直流法（部分燃燒法） 全部原料氣都進入反應(yīng)爐，而空氣的供給量僅夠供原料氣中13體積的H2S燃燒生成S02，從而保證過程氣中H2S ：S02為2 ：l的化學(xué)計量分子比要求。反應(yīng)爐內(nèi)雖不存在催化劑，但H2S仍能有效地轉(zhuǎn)化為硫蒸汽，其轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)爐的溫度和壓力不同而異，一般在爐內(nèi)H2S的轉(zhuǎn)化率可達到6075，其余的硫化合物將繼續(xù)在催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)器進行如反應(yīng)(2)、(3)、(4)所示的催化反應(yīng)。催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)器的操作溫度大致控制在比過程氣中氣態(tài)硫的露點溫度高2030，二級以后催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)器的H2S轉(zhuǎn)

10、化率約為2030， 因此部分燃燒法其H2S轉(zhuǎn)化率可以達到9098水平。1.3.2分流法 原料氣中H2S含量在2540（V）范圍內(nèi)推薦使用分流法。該法先將原料氣中13體積的H2S送入高溫反應(yīng)爐，配以適量的空氣燃燒而全部生成SO2，其過程如反應(yīng)(1)所示，生成的S02氣體與其余23的H2S混合后在催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)器內(nèi)進行低溫催化反應(yīng)。分流法一般都采用兩級催化轉(zhuǎn)化，其總硫轉(zhuǎn)化率大致為88 92 ，適宜規(guī)模較小的硫磺回收裝置。天然氣脫水一、方法(fngf)及特點方法名稱分離原理示例特點應(yīng)用情況低溫工藝（冷凍分離）高壓天然氣節(jié)流膨脹降溫能同時控制水露點、烴露點適用于高壓天然氣溶劑吸收法 天然氣與水分在脫水溶

11、劑中溶解度的差異氯化鈣水溶液 便宜，露點降較低（1025）適用于邊遠、寒冷氣井氯化鉬水溶液對水有很高的容量，露點降為2236由于價高，一般不使用甘醇-胺溶液同時脫水、，攜帶損失大、再生溫度要求高、露點降低于三甘醇脫水僅限于酸性天然氣脫水二甘醇水溶液（DEG）對水有較高的容量、溶液再生容易、再生度不超過95%。露點降低于三甘醇脫水，攜帶損失大。新裝置多不采用三甘醇水溶液（TEG）對水有高的濕容量、再生容易、濃度可達98.7%，蒸汽壓低、攜帶損失小、露點降高（2858）應(yīng)用最普遍固體吸附法利用多孔介質(zhì)表面對不同組分的吸附作用活性鋁土礦便宜、濕容量低、露點降低活性氧化鋁濕容量較活性鋁土礦高、干氣露點

12、可達-73，但能耗高不宜處理含硫天然氣硅膠濕容量高，易破碎一般不單獨使用分子篩高濕容量、高選擇性、露點降大于120應(yīng)用于深度脫水化學(xué)反應(yīng)法利用與的化學(xué)反應(yīng)可使氣體完全脫水，但再生困難用于水分測定二、主要(zhyo)工藝設(shè)備（1）原料(yunlio)氣分離器進入吸收塔的原料氣一般都含有固體和液體雜質(zhì)。實踐證明，即使吸收塔與原料氣分離器位置非常近，也應(yīng)該在二者之間安裝入口分離器。此分離器可以防止新鮮水或鹽水、液烴、化學(xué)劑或水合物抑制劑以及其他雜質(zhì)等大量和偶然進入吸收塔中。即使這些雜質(zhì)數(shù)量很少，也會給吸收和再生系統(tǒng)帶來很多問題：、溶于甘醇溶液中的液烴可降低溶液的脫水能力，并使吸收塔中甘醇溶液起泡。不

13、溶于甘醇溶液的液烴也會堵塞塔板，并使重沸器表面結(jié)焦；游離水增加了甘醇液循環(huán)流率、重沸器熱負荷和燃料用量；攜帶的鹽水（隨天然氣一起來自地層水）中所含鹽類，可使設(shè)備和管線產(chǎn)生腐蝕，沉積在重沸器火管表面上還可使火管表面局部過熱產(chǎn)生熱斑甚至燒穿；化學(xué)劑（例如緩沖劑、酸化壓裂液）可使甘醇溶液起泡，并具有腐蝕性。如果沉積在重沸器火管表面上，也可使其局部過熱；固體雜質(zhì)（例如泥沙、鐵砂）可使溶液起泡，使閥門、泵受到侵蝕，并可堵塞塔板或填料。（2）吸收塔濕天然氣氣流(qli)中含有較高的CO2，不能使用碳鋼。推薦使用碳鋼內(nèi)襯316L，不銹鋼，依據(jù)工藝提供的計算(j sun)模型依據(jù)，確定內(nèi)襯的最高位置，一般到1

14、/2位置，接觸塔頂不需要內(nèi)襯，那里的干氣腐蝕性較弱。（3）天然氣/甘醇換熱器該換熱器一面(y min)是貧甘醇，另一側(cè)是脫水氣，兩種流體的腐蝕性都很弱。因此，碳鋼加3mm腐蝕性就滿足要求。（4）回流冷凝器和塔頂管線回流冷凝器和塔頂管線有水或甘醇水溶液冷凝，因此腐蝕嚴重。除水蒸氣外，塔頂?shù)臍饬髦羞€含有CO2，以及被蒸出的甘醇輕度降解產(chǎn)物。這些物質(zhì)溶解于冷凝水中，形成腐蝕性溶液。需要耐腐蝕性金屬來控制腐蝕，推薦使用奧氏體不銹鋼316L。而304L和304L有過失敗的事例，不推薦采用304L材質(zhì)。雖然馬氏體材質(zhì)同樣具有良好的抗CO2腐蝕的性能，但由于馬氏體材質(zhì)的焊接性能較弱，不推薦采用馬氏體不銹鋼。

15、（5）TEG精餾柱考慮到精餾柱中的溫度高于100 C，此時有少量的水蒸氣和溶解的氣體，有一定的腐蝕性，推薦不使用不銹鋼316L。（6）TEG再生塔重沸器內(nèi)通常只有輕微的腐蝕性，因為大部分水和溶解的氣體在閃蒸罐中北蒸發(fā)。但是，如果有固體沉積，在重沸器底部和火管上會產(chǎn)生腐蝕，可采用增加過濾設(shè)備的方法解決。推薦使用碳鋼材質(zhì)3mm腐蝕裕量。（7）閃蒸罐預(yù)熱后的富甘醇將被閃蒸以去除溶解于TEG溶液中烴類氣體、CO2和水。由于閃蒸氣中含有游離的水和CO2腐蝕就會發(fā)生，因此，推薦使用碳鋼內(nèi)襯316L不銹鋼。（8）過濾器固體過濾器和活性炭過濾器中的溫度比較高、CO2的摩爾分數(shù)較大及高含水量，腐蝕較嚴重。推薦使

16、用碳鋼加不銹鋼316L襯里或者全部316L。（9）貧/富甘醇換熱器在設(shè)計壽命年限較長時，為降低維護頻率，推薦使用不銹鋼316L，如果建造施工允許的情況下，貧液端可以采用碳鋼材質(zhì)。（10）緩沖罐在該容器中不含有任何濕的腐蝕性介質(zhì)，甘醇緩沖罐內(nèi)為貧甘醇，因此可以認為(rnwi)是無腐蝕性的。因此，推薦使用碳鋼材質(zhì)加3mm腐蝕裕量。但考慮到建造調(diào)試階段存在著大氣腐蝕，因此在投產(chǎn)前應(yīng)采取有效的措施來保證內(nèi)壁不受腐蝕，如添加干燥劑或刷涂防銹油等。（11）輸送(sh sn)管線輸送富甘醇的管線，由于其降解產(chǎn)物如有機酸，會降低甘醇PH值，產(chǎn)生較強腐蝕環(huán)境，但對于從吸收塔到富液精餾柱換熱盤管的富甘醇管線，其溫

17、度相對較低，還沒達到降解溫度，所以(suy)其PH值在安全的范圍-這與實際檢測結(jié)果相吻合，腐蝕性不強，推薦使用碳鋼材質(zhì)加3mm腐蝕裕量；輸送干氣和貧甘醇的管線使用碳鋼加1.5腐蝕裕量即可。分子篩吸附(xf)脫水法脫水(tu shu)法輕烴回收(hushu)一、方法及特點輕烴回收按其工作原理，可以分為以下四大類方法壓縮法：早期壓縮法僅能回收少量重?zé)N(C5+以上)；吸附法：吸附間歇操作，能耗高，應(yīng)用不廣；吸收法：傳統(tǒng)方法以油吸收為主，分常溫和低溫兩類；冷凍法：分外冷和內(nèi)冷法。原理上則有依靠氣體壓能膨脹制冷、外加制冷及混合制冷等類型，膨脹致冷又有節(jié)流、膨脹機及熱分離機等形式。1 輕烴回收方法天然氣液

18、烴的分離回收可在油氣田單井進行，也可在回注廠或天然氣加工廠進行，但主要是在天然氣加工廠中集中進行，回收方法則隨著石油化學(xué)工業(yè)自身的發(fā)展而發(fā)展。我們主要是討論凝析氣田開發(fā)中的地面分離工藝。1）吸附法固定床吸附法是一種從濕天然氣中回收較重?zé)N類的方法。吸附裝置一般只限于加工（360）/d的小量天然氣。吸附塔中填料以粒狀或片狀的活性氧化鋁或活性炭作為吸附劑，吸附過程一直進行到吸附劑被重?zé)N所飽和為止，然后吸附塔不再進入原料氣，而通入少量的260熱氣流，將烴類脫附并冷凝，最后分離成所需的產(chǎn)品。該法由于不能連續(xù)性操作且由于其產(chǎn)品范圍的局限性，因而應(yīng)用不廣泛。2）冷油吸收(xshu)法該法是在較高壓力下，用通

19、過外部冷凍裝置冷卻的吸收油與原料天然氣直接(zhji)接觸，將天然氣中輕烴洗滌吸收下來，然后在較低壓力下將輕烴解吸出來，解吸后的貧油循環(huán)使用。采用這種方法，丙烷收率為8590%，乙烷收率2060%，欲進一步提高丙烷收率，需要用低分子量吸收油，這將使解吸過程中吸收油損失增加。該法廣泛用于20世紀60年代中期，但由于投資和操作費用都高，近年來已被更為先進合理的冷凝分離所取代。3）冷凝(lngnng)分離法該法是利用原料中各組分冷凝溫度不同的特點，在逐步降溫過程中依次將較高沸點烴類冷凝分離出來。該種方法是凝析氣田開發(fā)過程中使用最廣的一種方法。冷凝分離法最根本的特點是需要提供較低溫的冷量，使原料氣降溫

20、。根據(jù)提供冷量的方式不同，可分為以下三種：（1）外加制冷循環(huán)方法外加制冷循環(huán)方法也就是直接冷凝法。由獨立的制冷循環(huán)產(chǎn)生冷量提供，循環(huán)可能是單級的，也可能是逐級串聯(lián)的。冷凍介質(zhì)可能是氨，也可能是丙、乙烷等，具體選擇取決于天然氣壓力、組分和分離要求等。由于產(chǎn)生冷量的大小與被分離氣體無直接關(guān)系，因此設(shè)計時，可以氣源條件和分離要求設(shè)置外加制冷循環(huán)，產(chǎn)品的收率也可以預(yù)先任意給定，對于低壓富氣(例如油田伴生氣)或者是不希望有壓力損失的原料氣以及凝析氣田回注氣，該方法有其優(yōu)越性。但其流程系統(tǒng)復(fù)雜，動力損耗大，而且裝置投產(chǎn)后提供冷量的溫度位也就定了，所以對原料氣氣量、壓力和組成變化的適應(yīng)性較差。華北任丘油田油

21、田伴生氣回收輕烴，采用的是外加制冷循環(huán)工藝。（2）直接膨脹制冷方法直接膨脹制冷方法也就是氣體絕熱膨脹法，這種方法所需冷量是由原料氣或經(jīng)過分離后的干氣通過串入系統(tǒng)中各種型式膨脹制冷元件提供，不單獨設(shè)置冷凍循環(huán)系統(tǒng)。這種方法工藝流程簡單，設(shè)備緊湊，啟動快，建設(shè)投資和運轉(zhuǎn)費用低及制冷過程中最低溫度位可以適當調(diào)節(jié)，因此是當前大力發(fā)展的方法。由于該法制冷量大小取決于原料氣本身的壓力和組成，因此就有一個冷量自身平衡的問題。當原料氣中較重?zé)N類含量較大，要得到乙烷、丙烷和丁烷的較高收率，靠自身冷量就難以實現(xiàn)，所以這種方法較適用于有壓力能的較貧原料氣。（3）混合制冷方法混合制冷方法是前述兩種方法的組合，即冷量來

22、自兩部分：一部分由直接膨脹制冷提供，不足部分由外加制冷源提供，因此適應(yīng)性較大，即使外加制冷循環(huán)(一般為丙烷冷凍循環(huán))發(fā)生故障，整套裝置也能保持在較低收率下繼續(xù)運轉(zhuǎn)。這種方法的外加制冷循環(huán)比第一種方法容量小，流程簡單，混合制冷方法的外加制冷循環(huán)，主要解決原料氣中高沸點的重?zé)N的冷凝，而膨脹制冷可以用到較低溫度位，以提高乙烷和丙烷收率。凝析氣田輕烴回收方法的選擇，取決于很多因素，例如氣體壓力(yl)、氣體組成、氣量及儲量等，甚至還因時而異。同時也取決于下一步綜合下面就凝析氣田開發(fā)過程中輕烴回收工藝過程進行討論。天然氣是混合氣體，組分中有低沸點組分，也有高沸點組分，高沸點組分一旦與較低沸點組分混合，并

23、不是在其純組分沸點溫度下能將它冷凝的，其冷凝溫度與組成有關(guān)。因此應(yīng)對混合氣體的露點特性(txng)有所了解?；旌蠚怏w的露點(溫度)與壓力和組成(z chn)有關(guān)?；厥展に嚵鞒淌疽鈭D節(jié)流膨脹致冷分離流程示意圖天然氣制甲醇一、方法(fngf)及特點1高壓(goy)法高壓工藝流程一般(ybn)指的是使用鋅鉻催化劑,在300400,30MPa高溫高壓下合成甲醇的過程。自從1923年第一次用這種方法合成甲醇成功后,差不多有50年的時間,世界上合成甲醇生產(chǎn)都沿用這種方法,僅在設(shè)計上有某些細節(jié)不同,例如甲醇合成塔內(nèi)移熱的方法有冷管型連續(xù)換熱式和冷激型多段換熱式兩大類,反應(yīng)氣體流動的方式有軸向和徑向或者二者兼

24、有的混合型式,有副產(chǎn)蒸汽和不副產(chǎn)蒸汽的流程等。近幾年來，我國開發(fā)了25-27MPa壓力下在銅基催化劑上合成甲醇的技術(shù),出口氣體中甲醇含量4%左右,反應(yīng)溫度230-290。2中壓法中壓法是在低壓法研究基礎(chǔ)上進一步發(fā)展起來的,由于低壓法操作壓力低,導(dǎo)致設(shè)備體積相當龐大,不利于甲醇生產(chǎn)的大型化。因此發(fā)展了壓力為10MPa左右的甲醇合成中壓法。它能更有效地降低建廠費用和甲醇生產(chǎn)成本。例如ICI公司研究成功了51-2型銅基催化劑,其化學(xué)組成和活性與低壓合成催化劑51-1型差不多,只是催化劑的晶體結(jié)構(gòu)不相同,制造成本比51-1型高貴。由于這種催化劑在較高壓力下也能維持較長的壽命,從而使ICI公司有可能將原

25、有的5MPa的合成壓力提高到l0MPa,所用合成塔與低壓法相同也是四段冷激式,其流程和設(shè)備與低壓法類。3低壓法ICl低壓甲醇法為英國ICl公司在1966年研究成功的甲醇生產(chǎn)方法。從而打破了甲醇合成的高壓法的壟斷,這是甲醇生產(chǎn)工藝上的一次重大變革,它采用51-1型銅基催化劑,合成壓力5MPa.ICl法所用的合成塔為熱壁多段冷激式,結(jié)構(gòu)簡單,每段催化劑層上部裝有菱形冷激氣分配器,使冷激氣均勻地進入催化劑層,用以調(diào)節(jié)塔內(nèi)溫度。低壓法合成塔的型式還有聯(lián)邦德國Lurgi公司的管束型副產(chǎn)蒸汽合成塔及美國電動研究所的三相甲醇合成系統(tǒng)。70年代,我國輕工部四川維尼綸廠從法國Speichim公司引進了一套以乙炔尾氣為原料日產(chǎn)300噸低壓甲醇裝置(英國ICI專利技術(shù))。80年代,齊魯石化公司第二化肥廠引進了聯(lián)邦德國Lurge公司的低壓甲醇合成裝置。參考文獻1 諸林. 天然氣加工