【正文】 化工工藝學(xué) Chemical engineering technics 化學(xué)工程與工藝專業(yè) 第 6章 天然氣化工 Chemical engineering of natural gas ? 天然氣的組成與加工利用 ? 天然氣的分離與凈化 ? 天然氣提氦 ? 天然氣制炭黑 ? 天然氣轉(zhuǎn)化合成甲醇 ? 天然氣氧化加工 ? 天然氣的氯化加工 ? 天然氣的其它直接化學(xué)加工 天然氣的組成與加工利用 The ponents of natural gas and its application ? 天然氣的組成與分類 ? . 組成 ? 主要成份：烷烴 CH4, C2H6 ? 次要成份：非烴氣體 CO2， H2S， H2， He ? 微量成份：烯烴、環(huán)烷烴、芳香烴 ? 有害成份：硫化氫等。 ? . 分類 ? 原油伴生氣 根據(jù)礦藏特點，是否含 ? 非伴生氣 原油伴氣來劃分。 ? 干氣 按含 C5以上重?zé)N液體多少來 ? 濕氣 劃分 ? 貧氣 按含 C3以上烴類液體多少來 ? 富氣 劃分 ? 酸性氣 按是否顯著含有 H2S, CO2 ? 潔氣 等酸性氣體來劃分 按組成分類 ? 天然氣的物理化學(xué)性質(zhì) ? 略講。 ? 略講。 ? 突出天然氣作為化工原料比直接作為燃料的經(jīng)濟(jì)價值高得多。 ? 插入天然氣加工利用圖 . 天然氣的加工利用途徑 圖 天然氣的分離與凈化 Separation and purification of natural gas ? 采出氣的分離 ? 分離目的：分離采出氣中的液體、固體雜質(zhì)。 ? 重力分離法 ? 分離方法： 旋風(fēng)分離法 ? 其它分離法 ? . 重力分離 ? 重力分離器工作 3個主要步驟： ? 沿切線進(jìn)入分離器時有部分液、 ? 固體由于離心力作用可進(jìn)行初步離心分離。 ? 由于重力作用進(jìn)行沉降分離 (主要分離階段 )。 ? 除霧 (上部設(shè)除霧器除去霧滴 )。 ? 除霧器主要形式：折流式和網(wǎng)狀式 ? 折流式除霧器工作原理 ? 改變流體流動方向，由于慣性作用使液滴被折流板吸附，再沿板面流入搜集器中。 ? 網(wǎng)狀式除霧器工作原理 ? 主要使液滴在流動中與網(wǎng)碰撞接觸后凝結(jié)。 重力分離器的工藝計算 ? (1) 重力沉降速度 ? 化工原理課程已得出重力沉降速度公式： ? () ? 注意：使用時需注意單位。 GGLt)(gdu????34 ??? 滯流區(qū)： ? 過渡區(qū)： ? 湍流區(qū)： ? (2) 允許氣速 ? 允許氣速由實驗得出的經(jīng)驗關(guān)系計算 ： ? u=(?)ut GGLtgdu???18)(2 ??)(GGLtgdu??? ????? gdu GLt)( ??? (3)重力分離器的直徑 ? 由流量關(guān)系加經(jīng)驗系數(shù)得出 ? 立式： ? 注意：經(jīng)驗公式的物理量的單位！ ? 臥式： ? 式中的 Q1與前式中的 Q不同！這里是工作條件下的氣體流量，前式是標(biāo)準(zhǔn)體積流量。 Pu s4104772 ???LuQDt?1?(4) 頂部絲網(wǎng)除霧器 ? 水平絲網(wǎng)的最大允許氣速 ? 注意： u表示氣速。 ? 實際氣速約為最大氣速的 3/4. ? u= ? ? 絲網(wǎng)橫截面直徑可由氣速求 GGLKu??? ???uQD7 12 ?(5)分離器的高度和長度 ? 高度： H= (4?6)D ? 長度： L= (4?6)D ? (6) 進(jìn)出口管徑 ? 常用重力分離器的結(jié)構(gòu)： 插入 ? 立式和臥式重力分離器 . 11 uQd ?圖 圖 圖 . 旋風(fēng)分離 ? 離心分離原理和旋風(fēng)分離器的操作在化工原理都講過。簡要復(fù)習(xí)。 ? 旋風(fēng)分離器直徑可由流量及阻力損失計算。 ? (標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器 ? =) ? 注意式中系數(shù)是按公式中所用單位換算來的。 ? 實際計算過程：由 D及經(jīng)驗值分別計算最小流速、最小流量、壓力損失及最大流速、最大流量、壓力損失 (max)，再比較范圍。 22uP ????4/12130 ?????????? PgQD G??設(shè) ?P/?g=70m(55180m)，計算出直徑 D。 計算氣速 u=4Q1/(?D2) 計算壓力降 計算旋風(fēng)分離器的工作范圍 根據(jù) D再取 ?P/?g=55m，計算最小流速 umin, Qmin, ?Pmin。 取壓降大值計算 umax, Qmax, ?Pmax . 計算進(jìn)出氣管徑 正常范圍：進(jìn)口流速 1525 m/s 出口流速 515 m/s 22uP ????3. 其它類型的分離 ? 擴(kuò)散式分離器、螺道式分離器、串級離心式分離器。（略） 4. 井場分離工藝流程 原則：一般多用常溫分離。 當(dāng)含凝析油多時，采用低溫分離流程。 單井集氣常溫分離流程如圖。 圖 圖 天然氣的脫水 ? 由汽液平衡原理知，開采出的天然氣經(jīng)分離后仍然含有水分 (操作溫度下的飽和蒸汽壓決定 )。當(dāng)后續(xù)操作降溫時，水汽就可凝結(jié)產(chǎn)生不利影響。所以，要進(jìn)行脫水操作。 ? 天然氣含水量的表示 ? 絕對含水量：單位體積氣中所含水分質(zhì)量。 ? 露點溫度：壓力一定時，天然氣中水蒸氣開始凝結(jié)的溫度。 (間接表示 ) ? 天然氣脫水主要方法： ? 溶劑吸收法、固體吸附法 . 溶劑吸收法 ? 該法使用較普遍，關(guān)鍵是選擇脫水劑。 ? 天然氣脫水深度 (程度 )一般用 露點降 表示。露點降即脫水裝置操作溫度與脫水后干氣露點溫度之差。一般用它來評價脫水劑的脫水效率。 ? 常用的溶劑有：甘醇溶液和金屬氯化物溶液。 ? 不同脫水劑的效果和適用性不同，具體情況見表. T x 表 (1) 甘醇脫水工藝流程 ? 三甘醇溶液使用更廣泛，其露點降較大，但粘度大，吸收塔的操作溫度不宜低于 10?C. ? 流程由吸收和再生兩部分構(gòu)成。 ? 再生方法主要有蒸餾和汽提。汽提原理在前面化學(xué)肥料一章中已講。 (化學(xué)平衡移動原理 ) ? 插入圖 ， 說明工藝過程及關(guān)鍵。 圖 (2) 吸收塔工藝計算 進(jìn)塔貧液甘醇濃度的確定 ? 壓力影響一般可忽略。 ? 由于氣體流量遠(yuǎn)大于甘醇流量，所以取氣相操作溫度為有效吸收溫度。 ? 同時由于出塔氣體不可能達(dá)到平衡，所以根據(jù)經(jīng)驗選取它與平衡溫度的差值為 8?11?C,由此算出平衡溫度，再查圖 。 ? te = t?t ? 平衡溫度 氣體真實溫度 平衡溫距 ? 插入圖 . 圖 理論塔板數(shù)和貧液循環(huán)量的確定 ? 增加塔板數(shù)和加大循環(huán)量都有利于吸收，使吸收過程露點降增大。 ? 理論塔板數(shù)的計算方法在化工原理中已講。對三甘醇溶液吸收天然氣中的水可用 KremserBrown公式求： ? 式中下標(biāo) 0,1分別表示進(jìn)、出塔天然氣物料； ye表示與出塔天然氣與進(jìn)塔貧液呈平衡的氣相水濃度。 ? 吸收因子 A=L/(KV) ? 溶液循環(huán)量 進(jìn)塔天然氣流量 mol/s 1110