LNG净化技术解析课件.ppt

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1、第二章天然气净化技术,LNG技术,第二章LNG技术,天然气质量指标,项目一类二类三类高位发热量， MJ/m331.4总硫（以硫,第二章 天然气净化技术,LNG净化装置,第二章 天然气净化技术LNG净化装置,第二章 天然气净化技术,天然气中最大允许杂质含量,注：A为在不限制产量的条件下，允许超过溶解极限。B为极限溶解度。C为产品技术要求。,天然气的净化指标,第二章 天然气净化技术杂质含量极限依据H2O0.1mg/,第一节 天然气中脱酸性气体,一、酸性气体脱除方法分类 用于天然气液化过程中脱除酸性组分的方法有化学溶剂法、物理溶剂法、物理化学溶剂法、直接转化法、分子筛法等。,第一节 天然气中脱酸性气

2、体一、酸性气体脱除方法分类类,第一节 天然气中脱酸性气体,1.化学溶剂吸收法（1）基本原理 使用的胺有一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、二异丙醇胺（DIPA）、甲基二乙醇胺（MDEA）、二甘醇胺（DGA）。,第一节 天然气中脱酸性气体1.化学溶剂吸收法,MEA是伯胺，在几种醇胺溶剂中碱性最强，脱除H2S同时，CO2 脱除率超过90%。没有选择性。化学性能稳定。缺点是蒸气压高，溶剂损失量大，腐蚀性强。DEA是仲胺，碱性较MEA弱，同样对H2S和CO2没有选择性。其净化度没有MEA高，优点是溶剂蒸发损失较MEA小，腐蚀性弱，再生时具有较MEA溶剂低的残余酸性组分浓度。DIPA和MDEA两种溶

3、剂均是近年来采用的选择性溶剂。,MEA是伯胺，在几种醇胺溶剂中碱性最强，脱除H2S同时，CO,第一节 天然气中脱酸性气体,（2）工艺流程与设备,醇胺脱出酸性气体流程,第一节 天然气中脱酸性气体（2）工艺流程与设备 醇胺脱出酸,第一节 天然气中脱酸性气体,1）吸收塔：泡罩塔或浮阀塔。泡罩塔降流管的流速取0.080.1m/s。在相同的操作条件下，浮阀塔的塔径一般比泡罩塔小约1020%。吸收塔需要45块理论塔板，塔板效率为25%40%。 2）汽提塔：与吸收塔相同的塔型。汽提塔需要34块理论塔板。通常在汽提塔进料口下面有约20块塔板，用于汽提富液；在进料口上面还有几块水洗塔板，用于降低溶剂的蒸发损失。

4、3）贫/富液换热器和贫液冷却器：应控制换热器中富液温度在8294的范围内。为减少管线和换热器的腐蚀，溶液的流速不宜太高，应控制在0.61.0m/s。4）富液闪蒸罐：通常采用卧式罐以保证足够的闪蒸面积，闪蒸出的烃类气体可作为燃料气用。,第一节 天然气中脱酸性气体 1）吸收塔：泡罩塔或浮阀塔。泡,第一节 天然气中脱酸性气体,2.物理溶剂吸收法（1）基本原理 酸气组分的溶解度是和吸收压力成正比，高压下吸收酸气组分，低压下解吸出酸气组分，溶剂也随之而得到再生。 物理溶剂法：Selexol（多乙二醇二甲醚）及Flour Solvent（碳酸丙烯酯）Sulfinol（环丁砜）SulfinolMAmisol

5、Selefining和Optisol,第一节 天然气中脱酸性气体2.物理溶剂吸收法,第一节 天然气中脱酸性气体,（2）工艺流程,物理溶剂吸收法原理流程,第一节 天然气中脱酸性气体（2）工艺流程物理溶剂吸收法原理流,第一节 天然气中脱酸性气体,3.物理化学吸收法（1）基本原理 由MDEA（或其它叔醇胺）和物理溶剂组成物理化学混合溶剂，尽可能减少其中的水含量，从而进一步减少溶剂对二氧化碳的吸收。 物理化学混合溶剂兼有物理吸收法和化学吸收法的优点，现在已成为天然气脱硫的重要方法之一。,第一节 天然气中脱酸性气体3.物理化学吸收法,第一节 天然气中脱酸性气体,（2）工艺方法 1）萨菲诺-M法：1981

6、年壳牌石油公司在两套原用萨菲诺-D法的装置上，以MDEA取代DIPA进行了工业试验，并取得成功。由于二氧化碳脱除率大幅度下降，溶液循环量和重沸器蒸气耗量也大大下降。 2）赛列芬宁（Selefining）法：此法也是由叔醇胺和有机溶剂组成脱硫溶液，其中水分含量很少，只要求在再生过程中能产生足够蒸气即可。工业试验结果表明，此法能在原料气中CO2/H2S比很高的情况下保持良好的选吸性能。 3）奥泼梯梭（Optisol）法：脱硫溶液也由醇胺、有机溶剂和水组成，水含量为25%30%（体积分数）。据称此法的关键是一种专利的有机溶剂。此法按其对有机硫化合物脱除效率的不同，分为A型、B型和C型3种，C型对有机

7、硫化合物的脱除效率最高。,第一节 天然气中脱酸性气体（2）工艺方法,第一节 天然气中脱酸性气体,4.氧化还原法 也常称为直接转化法。 Lo-Cat法和Lo-Cat法（用EDTA及多醛基醣络合铁溶液吸收并氧化H2S）目前在天然气领域的应用增多， 非再生性法适用于边远且H2S含量很低的小气井。,第一节 天然气中脱酸性气体4.氧化还原法,第一节 天然气中脱酸性气体,5.分子筛脱硫LNG工厂采用以下几种分子筛进行脱硫：5A型。这种分子筛能脱除用Sulfinol法极难脱除的C1SH和C2SH。所以，这种分子筛可与Sulfinol法组合运用。另外，这种分子筛对重烃的吸收量较少，当用再生气作燃气轮机燃料时，

8、这不会引起较大的鄂伯指数变化。13X型。这种分子筛可脱除C1SH、C2SH、C3SH和C4SH，可吸收重烃，所以可与Benfield法组合运用。,小处理量的LNG装置的净化和处理,第一节 天然气中脱酸性气体5.分子筛脱硫小处理量的LNG装置,需要考虑的主要因素有：原料气中酸性组分的类型和含量；原料气的温度、压力及处理量；对脱除酸气后的净化气及对所获得的酸气的要求；脱硫装置的总成本和操作费用等。,第一节 天然气中脱酸性气体,当酸气中H2S和CO2含量不高，CO2/H2S(CO2与H2S含量之比)6，并且同时脱除H2S及CO2时，应考虑采用MEA法或混合胺法；当酸气中CO2/H2S5，且需选择性脱

9、除H2S时，应采用MDEA法或其配方溶液法；当酸气中酸性组分分压高、有机硫化物含量高，并且同时脱除H2S和CO2时，应采用Sulfinol-D法，如需选择性脱除H2S时，则应采用Sulfinol-M法；当原料气中的硫含量大于45kg/d时，应优先考虑醇胺法脱硫，且若酸气中重烃含量较高时，一般也宜用醇胺法。对于酸性气体分压高原料气，Benfield Hipure法具有费用低、性能好的优点。,酸性气体脱除方法的选择原则,第一节 天然气中脱酸性气体当酸气中H2S和CO2含量不高，C,第二节 天然气脱水,天然气脱水的方法主要有以下三种：（1）冷却法：此法只用于大量水分的粗分离。举例：（1）注乙二醇的节

10、流制冷露点控制 （2）深冷前的预冷（2）溶剂吸收法脱水：采用二甘醇和三甘醇作为天然气脱水的吸收剂。（3）固体吸附法：采用4A型分子筛进行天然气脱水。,第二节 天然气脱水天然气脱水的方法主要有以下三种：,一、溶剂吸收法脱水 1、基本原理 甘醇是直链的二元醇，通用化学式是CnH2n(OH)2。 每个甘醇分子中都有两个羟基（）。羟基在结构上与水相似，可以形成氢键，氢键的特点是能和电负性较大的原子相连，包括同一分子或另一分子中电负性较大的原子。所以，甘醇与水能够完全互溶。,第二节 天然气脱水,一、溶剂吸收法脱水 第二节 天然气脱水,第二节 天然气脱水,三甘醇的优点是：(1)沸点较高(287.4)，比二

11、甘醇约高30，可在较高的温度下再生，贫液浓度可达9899%以上，因而露点降比二甘醇多822左右。(2)蒸气压较低。27时，仅为二甘醇的20%，因而携带损失小。(3)热力学性质稳定。理论热分解温度(207)约比二甘醇高40。(4)脱水操作费用比二甘醇法低。,第二节 天然气脱水 三甘醇的优点是：,第二节 天然气脱水,甘醇法脱水装置的典型工艺流程,第二节 天然气脱水甘醇法脱水装置的典型工艺流程,第二节 天然气脱水,2、吸收法脱水设备（1）原料气分离器 卧式或立式的重力分离器，内装金属网除沫器。（2）吸收塔 塔顶应设置除沫器。泡罩塔的效率略低于浮阀塔（大致为25%对于33%），TEG溶液比较粘稠，而且

12、塔内的液/气比较低，故采用泡罩塔盘更为适宜。塔径小于300mm时应采用填料塔。（3）闪蒸罐 闪蒸罐的功能是闪蒸出溶解在TEG溶液中的烃类，以防止溶液发泡。闪蒸罐的操作压力为0.350.53MPa，溶液在罐内的停留时间为520min。,第二节 天然气脱水2、吸收法脱水设备,第二节 天然气脱水,（4）过滤器 固体过滤器和活性炭过滤器两种。（5）贫/富液换热器 富液升温至148左右进再生塔，最常用的是管壳式换热器。（6）再生塔重沸器 t204,甘醇吸收法适用情况 甘醇法适用于大型天然气液化装置中脱除原料气所含大部分水分。一般脱水露点达不到天然气进入低温液化设备的要求（-162）。,第二节 天然气脱水

13、（4）过滤器甘醇吸收法适用情况,第二节 天然气脱水,LNG工厂一般采用4A、5A型沸石类微粒分子筛进行天然气脱水。,二、固体吸附法脱水,脱水,脱水、S、CO2,第二节 天然气脱水 LNG工厂一般采用4A、,（）吸附选择性强，只吸附临界直径比分子筛孔径小的分子；另外，对极性分子也具有高度选择性，能牢牢地吸附住这些分子。（）分子筛不吸附重烃，从而避免了因吸附重烃而使吸附剂失效。（）具有高效吸附性能，在相对湿度或分压很低时仍保持相当高的吸附容量，特别适用于深度干燥。（）吸附水的同时可以进一步脱除残余酸性气体。（）不易受液态水的损害。,分子筛优点:,第二节 天然气脱水,（）吸附选择性强，只吸附临界直径

14、比分子筛孔径小的分子；另外,第二节 天然气脱水,典型的天然气吸附法脱水（双塔流程）,吸附 再生 冷却,第二节 天然气脱水典型的天然气吸附法脱水（双塔流程） 吸附,第二节 天然气脱水,表2-1 脱水工艺方案比较表,第二节 天然气脱水表2-1 脱水工艺方案比较表项目冷却分离,第二节 天然气脱水,分子筛吸附器设计计算 （1）吸附周期确定 短周期8小时，两个吸附器(塔)。优点是装填分子筛量少，投资省，塔减少。24小时周期的两塔操作，比采用8小时周期操作的三塔（一个吸附，一个加热，一个冷却）分子筛装填量多一倍，但每天只再生一次，能耗要比8小时周期的少。再生次数少，对分子筛寿命有利，并且减少了切换操作次数

15、。,第二节 天然气脱水分子筛吸附器设计计算,第二节 天然气脱水,（2）吸附器直径计算1）空塔流速采用雷督克斯的半经验公式计算空塔流速。式中 G允许的气体质量流速，kg/(m2.s)； C系数，C=0.250.32； b分子筛的堆密度，kg/m3； g气体在操作条件下的密度，kg/m3； Dp分子筛的平均直径(球形)，或当量直径(条形)，m； v气体空塔流速，m/s。2）吸附器直径式中 D吸附器直径，m； Q 天然气处理量，m3/s； v气体空塔流速，m/s。,第二节 天然气脱水（2）吸附器直径计算,第二节 天然气脱水,（3）吸附剂用量计算式中m吸附剂用量，m3； wH每小时脱出的水量，kg/h

16、； 吸附周期，h； xS吸附剂动态饱和吸附量，kg（水）/ kg（吸附剂）； b分子筛的堆密度，kg/m3。（4）吸附传质区长度式中 hZ吸附传质区长度，m； A系数，分子筛=0.6； q床层截面积的水负荷，kg/m2.h； vg空塔线速，m/min； 进吸附器气体相对湿度，以%表示。,第二节 天然气脱水（3）吸附剂用量计算,第二节 天然气脱水,（5）转效点计算式中 B到达转效点时间，h； x选用的分子筛有效吸附容量，%； hT整个床层长度，m；（6）气体通过床层的压力降式中 P压降，kPa； L床层高度，m； 气体粘度，mPa.s； vg气体流速，m/min； g气体操作状态密度，kg/m3

17、。,左侧公式中的B、C系数,第二节 天然气脱水（5）转效点计算左侧公式中的B、C系数,第二节 天然气脱水,（7）再生气用量计算 再生气进吸附器温度一般为260左右。当再生气出吸附器温度升到180200，并恒温约2小时后，可认为再生完毕。1）再生加热所需的热量式中 Q1加热分子筛的热量，kJ； Q2加热吸附器本身(钢材)的热量，kJ； Q3脱附吸附水的热量，kJ； Q4加热铺垫的瓷球的热量，kJ； 1.1为考虑10%的热损失。,第二节 天然气脱水,第二节 天然气脱水,设吸附后床层温度是t1，热再生气进出口平均温度为t2，则式中m1分子筛的重量 m2吸附器筒体及附体等钢材的重量 m3吸附水的重量

18、m4铺垫的瓷球的重量。 cp1分子筛的定压比热，kJ/(kg.)； cp2吸附器筒体及附体等钢材的定压比热，kJ/(kg.)； cp4瓷球的定压比热，kJ/(kg.)； 4186.8kJ/kg是水的脱附热。,第二节 天然气脱水设吸附后床层温度是t1，热再生气进出口平均,第二节 天然气脱水,2）再生气用量 式中G再生气用量， kg； Q再生加热所需的热量，kJ； cp再生气用定压比热，kJ/(kg.)； t再生气平均温降，；式中t2再生加热结束时气体出口温度，； t3再生气进吸附器时的温度，。,第二节 天然气脱水2）再生气用量,第二节 天然气脱水,4）加热炉热负荷： 取再生气出加热炉的温度比t3

19、高1015，加热炉热负荷Q。式中 G再生加热气量，kg/h； cpm平均比热，kJ/(kg.)； ta再生气进加热炉温度，。,3）冷却吸附器计算冷却吸附塔需移去的热量Q：吸附器由加热的平均温度t2 冷却到t1，平均温度：总共需冷却气量（G）：,第二节 天然气脱水3）冷却吸附器计算,第三节 其它杂质的脱除,一、汞的脱除原因：造成铝合金材料的腐蚀。脱出指标：在液化前必须将原料气中的Hg含量限制到0.01g/m3以下。脱出方法：采用固定床吸附。 目前采用一种可再生的HgSIV吸附材料，它可同时对气体进行干燥和除去Hg，且除Hg性能特别好。,第三节 其它杂质的脱除一、汞的脱除,第三节 其它杂质的脱除,

20、脱汞、干燥及再生的工艺流程图,第三节 其它杂质的脱除脱汞、干燥及再生的工艺流程图,第三节 其它杂质的脱除,二、重质烃组分的脱除重烃指C+5以上的烃类。原因：冷却过程中结“冰”，脱出指标：液化前使苯含量小于1ppm（mol），C5含量小于0.2mol%。脱除方法：部分冷凝法。分离出来的C5可送入燃料系统或运出。三、氮气、氧气的脱除 原因：原料气中N2、O2含量较高时天然气不易液化且影响产品的热值。氧气的液化温度与氮气（常压下为77k）相近。方法：一般采用闪蒸的方法将LNG中的N2、O2选择性地脱除。,第三节 其它杂质的脱除二、重质烃组分的脱除,第三节 其它杂质的脱除,四、COS的脱除 原因：在极

21、少量的水存在时，COS与水形成H2S和CO2对设备产生腐蚀；COS的沸点为-48接近于丙烷的沸点（-42），在LNG生产过程中当分离回收丙烷时，约有90%的COS出现液化石油气中，如果在运输和储存中出现潮湿，会产生腐蚀故障。所以COS必须在净化时脱除。,方法：脱除H2S和CO2时一起脱除COS，不采用专门的净化措施脱除COS。,第三节 其它杂质的脱除四、COS的脱除方法：脱除H2S和CO,第二章 天然气净化技术,习 题1.对于天然气液化来讲，天然气中有哪些杂质？危害有哪些？2.液化天然气对天然气质量有什么要求？3.液化天然气时，如何脱出天然气中的水分？4.液化天然气时，如何脱出天然气中的H2S？5.液化天然气时，如何脱出天然气中的汞？6.液化天然气时，如何脱出天然气中的重烃？7.如何计算分子筛的用量？,第二章 天然气净化技术习 题,