天然气工艺简介

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1、编号：培训班名称：深冷初级操作工 授课题目： 工艺专业 授课日期：天然气分公司培训中心授课题目深冷装置初级操作工理论培训课时教学目地1、了解原油、天然气的概念、组成及物理性质；2、了解天然气的分类方法；3、了解油田气集输系统的情况；4、了解天然气处理的基本过程；5、了解原油稳定的基本过程；6、了解天然气深冷加工的目的及意义、工艺流程。重点1、天然气处理的基本过程；2、天然气深冷加工的目的及意义。难点1、天然气深冷装置的工艺流程2、天然气深冷装置的工艺特点教学方式1、多媒体Powerpoint教学；2、现场图片介绍；3、学生一一教师课堂教学互动。第一章 概 述原油和天然气统称为石油。原油只是以液

2、态形式天然形成的比较重的 烃类组分，而天然气指的是以气态形式存在的比较轻的烃类组分。来自气 井的天然气叫气井气，来自油井从原油中分离出来的天然气叫伴生气。第一节 天然气的组成分类和性质1.1.1 天然气的组成天然气是一种烃类气体的混合物，其中也含有水和其他杂质，主要是 由碳、氢、硫、氮、氧及微量元素组成的，以碳、氢为主，碳约占65% 80%，氢约占12%20%，各种地区生产的天然气组成是不同的，甚至同一 储层中不同的两口井产出的天然气组成也是不同的，而且，随着油田开采 的程度不同，同一口井产出的天然气组成也会发生变化。天然气中含有的烃主要是甲烷，同时含有乙烷、丙烷、丁烷、戊烷以 及少量的己烷、

3、庚烷等更重的气体。1.1.2 天然气的分类天然气有三种分类方法：（1）按照矿藏特点分：主要分为气井气和伴生气。 伴生气：指的是来自油井从原油中分离出来的天然气。气井气：指来自气井的天然气。（2）按照天然气的烃类组成（即按天然气中液烃含量）的多少来分类， 可分为干气、湿气或贫气、富气。c5界定法一一干、湿气的划分干气：指在1标准立方米天然气中，c5 （戊烷）以上重烃液体含量 低于 13.5 立方厘米的天然气。湿气：指在1标准立方米天然气中，c5以上烃液含量高于13.5立方厘米的天然气。C3界定法贫、富气的划分贫气：指在1标准立方米天然气中，c3以上烃液含量低于94立方厘米的天然气。富气：指在1标

4、准立方米天然气中，C3以上烃液含量高于94立方厘 米的天然气。（3）按照酸气含量多少，天然气可分为酸性天然气和洁气。 酸性天然气：指含有显著量的硫化物和二氧化碳等酸气，这类物质 必须经处理后才能达到管输标准或商品气气质指标的天然气。洁气：指硫化物含量甚微或根本不含的气体，它不须净化就可外输 和利用。1.1.3 天然气的物理性质由于天然气是烃类混合物，而且这种混合物的组成经常变化，所以其 物理性质也将发生变化，天然气加工中最常用的物理性质是：分子量、冰 点、沸点、密度、浓度、粘度、临界温度、临界压力、汽化热、比热、热 值、蒸汽压。天然气的相关概念：1、天然气的爆炸极限：天然气与空气形成的混合物中

5、，当天然气在空 气中的含量达到一定的比例范围，这种混合气体具有爆炸的可能，这种比 例范围的高低限制即天然气的爆炸极限，当天然气的体积分数为5%15%时，遇明火就会爆炸。2、天然气的湿度：天然气含水的多少用湿度来表示，单位体积或单位 质量的天然气所含水蒸汽的质量称为天然气的绝对湿度（即含水量），单位 为克立方米或克千克。3、水露点：指在一定压力条件下，天然气与液态水平衡时（此时天然 气的含水量为最大含水量，即饱和含水量）所对应的温度。4、烃露点：即一定压力下，从天然气中开始凝结出第一滴液烃时的温 度。它与天然气的压力和组成有关。5、天然气的热值：单位体积或质量的天然气燃烧所发出的热能称为天 然气

6、的燃烧值，又称热值。第二节 油田气的集输油田气（即原油伴生气）的集输系统工程，一般包括：集气、气体处 理加工； 干气、轻烃的输送；原油密闭输送，原油稳定，轻烃的储存等。1.2.1 油田气的收集原油从油井出来，经过计量分离器计量其油气量以后，油气混输进转 油站的油气分离器。油田气从原油中分离出来进集气管网，一般在采油厂 的联合站建自压或增压集气站，增压压缩机多为多机组单级往复式压缩机， 入口压力可以浮动，出口压力随系统回压而定，出口压力最高 0.4MPa。1.2.2 原油密闭集输原油密闭集输是从原油中通过原油稳定方法，提取轻烃的首要条件， 也是降低原油损耗的重要措施之一。在转油站，经过油气分离器

7、的原油进入游离水脱除器，再经过含水缓 冲罐、外输加热炉送至原油脱水站。在这里原油经过游离水脱除器后进脱 水加热炉加热，并进复合电脱水器，脱水后原油进缓冲罐（原油含水量低 于 0.5% ），再由泵输进原油稳定装置，稳定后原油进储罐外输。转油站、脱水站密闭流程中，采用了提前排放游离水，就地回掺到油 田注水中，以减少生产能耗。1.2.3 油田气的加工处理 从自压站来的油田气进入浅冷（或深冷）装置，在这里与从原油稳定 装置来的不凝气一起进行增压、冷冻、分离,回收c3 （或c2）以上的组分, 其干气外输。1.2.4 轻烃集输储运系统 轻烃集输采用管输方式,系统由生产装置附属的储库、中转站、储存 总库、外

8、输计量站以及相应的管网组成。轻烃回收装置设置储罐,储罐的作用是沉降脱水、产品调和、外输泵 缓冲以及外输管线一旦发生事故保证装置正常生产或有计划停产。储罐储 存容量一般为装置12天的轻烃生产量。轻烃中转库主要作用是利用储库协调一天内轻烃生产和外输之间的不 平衡量,以及管线发生事故时储存清扫管线积液。轻烃总库的主要作用是利用储罐协调轻烃生产和外输之间的不平衡 量,包括生产装置产量波动,装置不同检修期造成的产量波动,以及乙烯 厂检修而合成氨不检修,油田需继续提供原料气所回收的轻烃的储存等。轻烃总库和总外输计量站是油田为乙烯厂提供液态烃原料的总出口, 是各轻烃回收装置所产轻烃总汇集地,是轻烃储运系统的

9、枢纽。1.2.5 干气的外输和返输系统油田气回收后进行处理和加工，回收轻烃后的大部分干气输给（大化 和甲醇厂等）作为化工原料，部分干气返输给油田上的转油站作为加热炉 和锅炉的燃料，干气返输是集气的逆过程，同时在夏季还有部分干气注入 储气库储存起来，在冬季采出以缓解天然气供需紧张。还有部分干气用来发电和给居民用气。第二章 天然气净化天然气的净化主要是指天然气体的脱水、脱酸性气体和脱除机械杂质。天然气中常含有硫化氢、二氧化碳和水以及其它各种硫化物，硫化氢 和二氧化碳都称为酸性气体。酸性气体在水的存在下，能生成酸或酸性溶 液，腐蚀设备和管道，同时也污染环境。一般规范要求硫化氢的含量为 4ppm。二氧

10、化碳含量过高会降低天然气的热值和管输能力。天然气中水在一定的温度和压力下与烃类会形成水化物，造成堵塞管 道、阀门，影响生产的正常运行，在深冷中，会堵塞冷箱、膨胀机出口， 因此在脱甲烷塔等低温部位要脱水，使其露点达到-100C以下，二氧化碳 含量达到 2%以下。第一节 天然气中的水化物天然气水化物是由碳氢化合物和水组成的一种复杂而又不稳定的化合 物，是白色结晶固体，外观类似松散的冰或压实的雪。天然气水化物形成的主要条件：（1）天然气中要有足够的水蒸汽，这是形成天然气水化物的最基本条件。因此，如果降低天然气中水的含量，使水蒸汽的分压小于水化物的蒸 汽压，就不可能生成水化物。我公司的100#、150

11、#三甘醇脱水装置，其目 的就是降低天然气中的水蒸汽量，使气体露点达到-2or以下，以便于天然 气的输送。（2）适宜的压力和温度，即高压低温。 次要条件：（1）很高的流速；（2）压力脉冲；（3）任何形式的搅动；（4）水化物结晶体的存在。 因此，水化物容易在节流阀处、压缩机出口、阀门关闭不严处及管线弯头的地方生成。第二节 天然气脱水方法 天然气脱水就是把天然气中的水份除掉，天然气从井口出来时，一般 含有游离水和水蒸汽两种不同形态的水，分离器只能脱出天然气中的游离 水，无法脱除水蒸汽。通常所说的脱水，严格的讲是从天然气中除去水蒸汽，所以我们把用 吸收或吸附的方法脱除天然气中水蒸汽的过程称为天然气脱水

12、。天然气脱水的目的是为了降低天然气的露点。 天然气脱水的方法：（1）液体吸收法（液体干燥剂脱水，如甘醇）（2）固体吸附法（采用硅胶、分子筛脱水）（3）低温分离法第三节 脱除天然气中的酸性气体广化学吸收法干法Y物理吸收法直接氧化法脱酸性气体的方法w分子筛法J湿法Yj海绵铁法第三章 天然气的浅冷分离油田伴生气经过集气站的初步分离、脱水，还不能满足作为化工原料 和管线长距离输送的质量要求。作为化工原料用的天然气要求它的组分单 一或纯净，燃烧产物对设备无害；作为燃料要有足够的热值，减少环境污 染。在长距离管输工艺中，要求其露点在任何时候都低于管线的任一点温 度，使其在输送中，不会产生凝析液而积聚在管线

13、内，最大限度地减少对 设备、管线、仪表的堵塞或腐蚀。通常称以回收c3以上烃类为目的的天然气处理装置为浅冷装置，浅冷 装置的负温一般在-20C-25C。目前分公司天然气浅冷装置分为氨压缩制冷和丙烷压缩制冷两种。压缩制冷是一种相变制冷，也就是利用液体变为气体时吸热效应进行制冷。压缩制冷回路中主要设备有蒸发器、节流阀、冷凝器、压缩机。压缩制冷原理图工作时，系统内的制冷剂在蒸发器内吸收被冷却物体（油田气）的热 量而汽化，使被冷却物体（油田气）得到冷却。而后制冷剂蒸汽进入压缩 机，由压缩机将其压力升高到冷凝器的温度下可以使制冷剂变成饱和液体 时的压力。从冷凝器出来的制冷剂的饱和液体经节流阀降压后进入蒸发

14、器 这样制冷剂在这个封闭系统中经过汽化、压缩、冷凝、节流四个过程，完 成一个循环。其中蒸发器完成了使被冷却物体温度降低的作用，压缩机起 着压缩和输送制冷剂蒸汽的作用，制冷剂经压缩在冷凝器中变为饱和液体 后，节流阀起到使制冷剂降压、降温的作用。制冷剂：在制冷装置中不断循环以实现制冷的工作物质称制冷剂，作 为制冷剂，应具备以下特点：1、在常压下蒸发温度要低，这是一个必要条件，因为只有蒸发温度 低，才能达到使被冷却的物质降低到特定温度的要求，常见制冷剂的沸点 如下：常见制冷剂的沸点名称正常蒸发温度CNH3CH2 6CH3 8F-12F-11-33.35-88.6-42.12-29.823.72、蒸发

15、压力不要太低，最好不要低于常压，这样可以避免空气渗漏进 入系统的可能，因为空气进入系统，将要降低制冷装置的制冷能力，使制 冷装置工作不正常。3、冷凝压力不要太高，冷凝压力高，使得系统密封要求高，渗漏可能性大，高压部分设备造价高。4、单位容积制冷量大。单位容积制冷量是指压缩机吸入1 立方米制冷 剂蒸汽所能产生的冷量，单位容积制冷量大，在制冷量一定时，可以减少 制冷剂循环量，可以缩小压缩机和整个制冷装置的尺寸。5、临界温度高，这样可以用普通的冷却介质如冷却水或空气进行冷却6、制冷剂对系统无腐蚀作用，与润滑油一起无化学变化，价格低廉， 易于获得，对人体健康无损害，无毒。浅冷装置的工艺流程包括天然气系统、制冷系统和乙二醇系统。工艺流程简述：浅冷装置工艺流程简图天然气系统：原料气经除油器脱出凝析水和油滴后，经增压机增压后依次进入空冷 器和水冷器冷却，在一级三相分离器底部分离出水和重烃，分离器顶部的 气体经贫富气换热器、蒸发器后进入二级三相分离器，分离器底部分离出 轻烃进入轻烃储罐，顶部分离出的干气经贫富气换热器回收冷量后进入外 输气管网外输。制冷系统