三甘醇吸收法脱水工艺设计.doc
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1、 目录绪 论31.天然气脱水的几种主要方法3第一篇 设计说明书51.1概述51.1.1任务要求51.1.2设计原则51.1.3 遵循的规范51.2工艺流程51.2.1工艺流程选择总则51.2.2工艺流程选择51.2.3三甘醇脱水工艺流程简述6(1)原料气脱水6(2)TEG富液再生61.2.4主要工艺设备6(1)原料气分离器6(2)吸收塔7(3)天然气/甘醇换热器7(4)回流冷凝器和塔顶管线7(5)TEG精馏柱7(6)TEG再生塔7(7)闪蒸罐8(8)过滤器8(9)贫/富甘醇换热器8(10)缓冲罐8(11)输送管线81.2.5三甘醇脱水工艺流程图81.3设备选型81.3.1 原料气过滤分离器81
2、.3.2 干气出口分离器91.3.3 吸收塔101.3.4 闪蒸罐111.3.5 三甘醇循环泵12第二篇 计算说明书122.1参数的确定132.1.1三甘醇循环量的确定132.1.1.1进塔的贫三甘醇浓度的确定:132.1.1.2三甘醇循环量的确定:132.1.2物料衡算172.1.2.1脱水量172.1.2.2甘醇循环量172.1.2.3贫甘醇流量172.1.2.4富甘醇流量182.1.3.1吸收塔直径182.1.3.2吸收塔高度192.1.4重沸器192.2.设备计算及选型202.2.1精馏柱202.2.1.1直径202.2.1.2填料高度202.2.2甘醇泵202.2.3闪蒸分离器20谢
3、 辞22参考文献23 绪 论1.天然气脱水的几种主要方法 (1) 低温冷凝脱水该方法采用各种方法把高压天然气节流降压致冷, 用低温分离法从天然气中回收凝析液。这种方法是国内气田中除三甘醇法外应用较多的天然气脱水工艺。长庆采气二厂、塔里木克拉2等均采用该方法, 它具有工艺简单、设备较少等优点, 但也有耗能高、水露点高等缺点。(2) J2T阀和透平膨胀机J2T阀和透平膨胀机脱水属于低温冷凝方法脱水。对于高压天然气,冷却脱水是非常经济的。例如大庆油田目前采用很多透平膨胀机脱水, 四川的卧龙河和中坝气田则使用了J2T阀脱水。这些方法的缺点是: 脱水循环的一部分处于水合物生成范围内, 容易生成水合物,
4、因此需要采取添加抑制剂等防止水合物生成的措施, 以及相应配套的抑制剂回收系统; 需要深度脱水时需配备制冷设备, 会引起工程投资和使用成本的提高; 透平膨胀机有高速运动部件, 制造难度大、可靠性差。(3) 三甘醇脱水三甘醇脱水属于溶剂吸收法脱水, 在天然气工业中得到了广泛的应用。这种脱水系统包括分离器、吸收塔和三甘醇再生系统。存在的主要问题是: 系统比较复杂; 三甘醇溶液再生过程的能耗比较大; 三甘醇溶液会损失和被污染, 因此需要补充和净化; 三甘醇与空气接触会发生氧化反应, 生成有腐蚀性的有机酸。所以, 三甘醇脱水的投资和运行成本比较高。目前国内的橇装三甘醇脱水系统多从国外引进。虽然性能很好,
5、 但是也存在很多问题。如一次性投资比较大; 各种零配件和消耗品不易购买, 而且价格昂贵; 计量标准与我国现行标准不同; 测量系统不适合我国的天然气性质等。例如四川大天池天然气输送干线引进的橇装三甘醇脱水系统, 1999年3月25日至7月27日试运行过程中, 日平均三甘醇消耗量为1119 kg, 而且随着装置运行时间延长, 三甘醇消耗逐渐增加。由于使用的三甘醇需要进口, 价格为36元/kg, 因此三甘醇消耗量成为影响生产成本的重要因素。(4) 分子筛脱水分子筛脱水属于固体吸附法脱水, 脱水系统主要包括2个或3个处于脱水、再生和冷吹状态的干燥器, 以及再生气加热系统。分子筛脱水法更适合于深度脱水,
6、 露点可以降低到-73 以下。但是, 对于大装置, 设备投资和操作费用都比较高, 如果脱水要求的露点相同, 建设1座处理量为28万m3 /d的处理站, 分子筛脱水的投资比三甘醇多53%。另外, 分子筛脱水的再生过程能耗比较大, 干燥器下层的吸附剂需要经常更换。(5) 超音速脱水作为新型脱水技术的超音速脱水, 国外主要是在壳牌石油公司支持下开展研究, 包括计算机数值模拟、实验室研究和现场试验研究。基础的实验研究和数值模拟研究主要在荷兰的埃因霍恩科技大学等几所大学中进行; 现场的试验研究正在荷兰(1998年) 、尼日利亚(2000年)和挪威(2002年) 的天然气气田和海上平台进行,主要验证系统长
7、期稳定工作的能力, 并在实际应用中进行不断的改进。所有的研究都取得了满意的结果。目前, 这项技术已经进入商业应用状态。 第一篇 设计说明书1.1概述1.1.1任务要求某天然气处理量为100104m3/d,采用三甘醇吸收法脱水,含饱和水的原料气在5.8MPa和35下进入吸收塔,要求吸收后干气露点温度达到-5,已知气体分子量为21,工况条件下的压缩因子为0.85。(1)制天然气脱水工艺流程图;(2)试确定工艺流程的主要工艺参数;(3)试对吸收和再生系统中主要设备进行工艺计算,并确定主要设备的结构尺寸和型号。1.1.2设计原则(1) 贯彻国家建设基本方针政策,遵循国家和行业的各项技术标准、规范。(2
8、) 贯彻“安全、可靠”的指导思想,以保证设备安全、稳定地运行。(3) 遵循“高效节能、安全生产”的设计原则。(4) 充分考虑环境保护,节约能源。1.1.3 遵循的规范 1 SY/T 0602-2005.甘醇型天然气脱水装置规范 2 SYT_0003-2012 石油天然气工程制图标准 3 SYT0077-2008 天然气凝液回收设计规范 4 GB17820-2012 天然气 5 GB50350-2005 油气集输设计规范 6 SYT0076-2008 天然气脱水设计规范1.2工艺流程1.2.1工艺流程选择总则 三甘醇溶液具有热稳定性好、易于再生、吸湿性很高、蒸汽压低、携带损失量小、可靠等优点。三
9、甘醇脱水装置主要分为吸收和再生两部分, 应用了吸收、分离、气液接触、传质、传热和抽提等原理, 露点降通常可达到3060,最高可达85 。1.2.2工艺流程选择 本装置所采用的TEG脱水工艺具有以下特点: (1)TEG脱水工艺流程简单、技术成熟,与其它脱水法相比具有可获得较大露点降、热稳定性好、易于再生、损失小、投资和操作费用省等优点; (2)采用高效过滤分离器分离原料气中固、液颗粒,减少甘醇污染; (3)在富液管道上设置过滤器,以除去溶液系统中携带的机械杂质和降解产物, 保证溶液清洁,防止溶液起泡,有利于装置长周期平稳运行; (4)TEG再生所采用的直接火管加热方法成熟、可靠、操作方便; (5
10、)为了增强天然气脱水装置的适应性,在贫液精馏柱上设有气提气注入,气提气起源使用干气。1.2.3三甘醇脱水工艺流程简述 三甘醇脱水工艺流程主要由天然气吸收脱水、三甘醇富液再生两部分组成。其工艺设备主要有进口分离器、甘醇-气体吸收塔、气体-贫甘醇换热器、三甘醇再生塔及重沸器、三甘醇循环泵、过滤器、贫/富液换热器和三甘醇闪蒸分离器等。 (1)原料气脱水 湿天然气进入原料气过滤分离器,分离固体杂质、游离水等后进入TEG吸收塔底部,与吸收塔上部注入的贫TEG溶液逆流接触而脱除水分,吸收塔顶部出来的天然气经干气/贫甘醇换热器换热后进入产品气分离器,分离出少量三甘醇溶液后,从干气分离器中分离出的气相小部分做
11、为燃料气补充气,大部分为产品气外输。 (2)TEG富液再生 TEG吸收塔底部排出的三甘醇富液与TEG再生塔顶部换热后进入TEG闪蒸罐,尽可能闪蒸出其中所溶的烃类,闪蒸后的三甘醇富液经过TEG过滤器除去固体、液体杂质,进入TEG换热罐提高三甘醇进TEG再生塔的温度,从再生塔中部进料,经TEG重沸器加热再生,再生后的三甘醇贫液经TEG换热罐和TEG后冷器冷却,冷却后的三甘醇贫液由TEG循环泵输送到干气/贫甘醇换热器与吸收塔顶部出来的天然气换热后进入吸收塔,实现三甘醇贫液的循环利用。1.2.4主要工艺设备(1)原料气分离器进入吸收塔的原料气一般都含有固体和液体杂质。实践证明,即使吸收塔与原料气分离器
12、位置非常近,也应该在二者之间安装入口分离器。此分离器可以防止新鲜水或盐水、液烃、化学剂或水合物抑制剂以及其他杂质等大量和偶然进入吸收塔中。即使这些杂质数量很少,也会给吸收和再生系统带来很多问题:、溶于甘醇溶液中的液烃可降低溶液的脱水能力,并使吸收塔中甘醇溶液起泡。不溶于甘醇溶液的液烃也会堵塞塔板,并使重沸器表面结焦;游离水增加了甘醇液循环流率、重沸器热负荷和燃料用量;携带的盐水(随天然气一起来自地层水)中所含盐类,可使设备和管线产生腐蚀,沉积在重沸器火管表面上还可使火管表面局部过热产生热斑甚至烧穿;化学剂(例如缓冲剂、酸化压裂液)可使甘醇溶液起泡,并具有腐蚀性。如果沉积在重沸器火管表面上,也可
13、使其局部过热;固体杂质(例如泥沙、铁砂)可使溶液起泡,使阀门、泵受到侵蚀,并可堵塞塔板或填料。(2)吸收塔湿天然气气流中含有较高的CO2,不能使用碳钢。推荐使用碳钢内衬316L,不锈钢,依据工艺提供的计算模型依据,确定内衬的最高位置,一般到1/2位置,接触塔顶不需要内衬,那里的干气腐蚀性较弱。(3)天然气/甘醇换热器该换热器一面是贫甘醇,另一侧是脱水气,两种流体的腐蚀性都很弱。因此,碳钢加3mm腐蚀性就满足要求。(4)回流冷凝器和塔顶管线回流冷凝器和塔顶管线有水或甘醇水溶液冷凝,因此腐蚀严重。除水蒸气外,塔顶的气流中还含有CO2,以及被蒸出的甘醇轻度降解产物。这些物质溶解于冷凝水中,形成腐蚀性
14、溶液。需要耐腐蚀性金属来控制腐蚀,推荐使用奥氏体不锈钢316L。而304L和304L有过失败的事例,不推荐采用304L材质。虽然马氏体材质同样具有良好的抗CO2腐蚀的性能,但由于马氏体材质的焊接性能较弱,不推荐采用马氏体不锈钢。(5)TEG精馏柱考虑到精馏柱中的温度高于100 C,此时有少量的水蒸气和溶解的气体,有一定的腐蚀性,推荐不使用不锈钢316L。(6)TEG再生塔重沸器内通常只有轻微的腐蚀性,因为大部分水和溶解的气体在闪蒸罐中北蒸发。但是,如果有固体沉积,在重沸器底部和火管上会产生腐蚀,可采用增加过滤设备的方法解决。推荐使用碳钢材质3mm腐蚀裕量。(7)闪蒸罐预热后的富甘醇将被闪蒸以去
15、除溶解于TEG溶液中烃类气体、CO2和水。由于闪蒸气中含有游离的水和CO2腐蚀就会发生,因此,推荐使用碳钢内衬316L不锈钢。(8)过滤器固体过滤器和活性炭过滤器中的温度比较高、CO2的摩尔分数较大及高含水量,腐蚀较严重。推荐使用碳钢加不锈钢316L衬里或者全部316L。(9)贫/富甘醇换热器在设计寿命年限较长时,为降低维护频率,推荐使用不锈钢316L,如果建造施工允许的情况下,贫液端可以采用碳钢材质。(10)缓冲罐在该容器中不含有任何湿的腐蚀性介质,甘醇缓冲罐内为贫甘醇,因此可以认为是无腐蚀性的。因此,推荐使用碳钢材质加3mm腐蚀裕量。但考虑到建造调试阶段存在着大气腐蚀,因此在投产前应采取有
16、效的措施来保证内壁不受腐蚀,如添加干燥剂或刷涂防锈油等。(11)输送管线输送富甘醇的管线,由于其降解产物如有机酸,会降低甘醇PH值,产生较强腐蚀环境,但对于从吸收塔到富液精馏柱换热盘管的富甘醇管线,其温度相对较低,还没达到降解温度,所以其PH值在安全的范围-这与实际检测结果相吻合,腐蚀性不强,推荐使用碳钢材质加3mm腐蚀裕量;输送干气和贫甘醇的管线使用碳钢加1.5腐蚀裕量即可。1.2.5三甘醇脱水工艺流程图 三甘醇脱水工艺流程图见附图。1.3设备选型1.3.1 原料气过滤分离器原料气过滤分离器是湿天然气所接触的第一个设备,只要湿天然气中含有液态水、烃及固体杂质(石蜡、沙子、钻井泥浆)等物质中的
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