【文章內(nèi)容簡介】 可同時脫除 H2S、 CO2。 對含有大量 CO2的原料氣尤為適合 。 600多座天然氣預(yù)處理裝置采用。 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 ? 砜胺法 近年來發(fā)展最快的聯(lián)合吸收法。吸收溶液由物理溶劑環(huán)丁砜、化學(xué)吸收劑二異丙醇胺加少量的水組成。 砜胺法對中、高酸氣分壓的天然氣有廣泛的適應(yīng)性，而且有良好的脫有機硫能力，能耗較低。 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 三種基本脫酸氣方法比較方法 脫酸劑 脫酸情況及應(yīng)用一乙醇胺法（ M E A ）一乙醇胺水溶液主要是化學(xué)吸收過程，操作壓力影響較小，當(dāng)酸氣分壓較低時用此法較為經(jīng)濟。此法工藝成熟，同時吸收 CO2和 H2S 能力較強，尤其 CO2含量比 H2S 含量高時應(yīng)用，可部分脫除有機硫。缺點是需較高再生熱，溶液易起泡，與有機硫作用易變質(zhì)等。改良熱鉀堿法（ B e nf i e d 或P ot C a r b ）碳酸鉀溶液中加入烷基醇胺和硼酸鹽等活化劑主要是化學(xué)吸收過程，在酸氣分壓較高時用此法較為經(jīng)濟。壓力對操作影響較大，在 CO2含量比 H2S含量高時適用。所需再生熱較低砜胺法（ S ul f i no l ）環(huán)丁砜和二異丙醇胺或甲基二醇胺水溶液兼有化學(xué)吸收和物理吸收作用，天然氣中酸氣分壓較高， H2S 含量比 CO2含量高時較經(jīng)濟。凈化能力強，能脫除有機硫化合物，對設(shè)備腐蝕小，缺點是價格較高，能吸收重?zé)N 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 脫除其它雜質(zhì) ? 汞： 嚴(yán)重腐蝕鋁制設(shè)備，污染環(huán)境，危害人員 ? 重?zé)N： 凍結(jié)堵塞管道 ? COS： 易與水形成 H2S和 CO2 ? 氦氣 :液化溫度較低，貴重氣體 ? 氮氣： 液化溫度較低 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 第三章 天然氣液化技術(shù) （二） 氣體液化原理與系統(tǒng) 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 1. 基本概念 mw /?fmw /?mmy f /?ymwmw f )/()/( ???() 系統(tǒng)的性能參數(shù) 單位質(zhì)量氣體的壓縮功 單位質(zhì)量氣體液化功 液化率 三者之間的關(guān)系是 : 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 循環(huán)效率 FOM(熱力完善度 ): 通常以理想循環(huán)所需的最小功與實際循環(huán)液化功比值作為評定的標(biāo)準(zhǔn)。 壓縮機和膨脹機的絕熱效率 壓縮機和膨脹機的機械效率 換熱器的效率 換熱器和管道的壓降 系統(tǒng)與環(huán)境的熱交換 ffiimwmwwwF OM//????實際性能參數(shù) 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 ? 節(jié)流效應(yīng) 焦耳湯姆遜效應(yīng)（焦湯效應(yīng) JT效應(yīng)） ?工質(zhì)流過閥門時流動截面突然收縮，壓力下降，這種流動稱為節(jié)流。 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 (1) 節(jié)流過程的熱力學(xué)特征 因閥中存在摩擦阻力損耗，所以它是個不可逆過程，節(jié)流后熵必定增加 設(shè)流動絕熱，前后兩截面間的動能差和位能差忽略，因過程無對外做功，故節(jié)流前后的焓相等 21 hh ? 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 理想氣體的焓值僅是溫度的函數(shù)，氣體節(jié)流時溫度保持不變，而實際氣體的焓值是溫度和壓力的函數(shù)，節(jié)流后溫度一般會發(fā)生變化 。 焦耳－湯姆遜系數(shù) hJT )PT( ??? ? 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 零效應(yīng)的連線稱為轉(zhuǎn)化曲線，如圖上虛線所示。 若節(jié)流后氣體溫度保持不變，這樣的溫度稱為轉(zhuǎn)化溫度。 焦耳－湯姆遜系數(shù)就是圖上等焓線的斜率 轉(zhuǎn)化曲線上 0JT? ?節(jié)流后升溫 0JT?節(jié)流后降溫 0JT?圖 112 實際氣體的等焓節(jié)流膨脹 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 進一步推導(dǎo)得 1[ ( ) ]PJTpTCT ???? ???對理想氣體 =0JT?(2) 節(jié)流過程的物理特征 T ( ) PT?? ??0JT?節(jié)流時溫度降低 T ( ) =PT?? ??=0JT?節(jié)流時溫度不變 T ( ) PT?? ??0JT?節(jié)流時溫度升高 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 (3) 轉(zhuǎn)化溫度與轉(zhuǎn)化曲線 轉(zhuǎn)化溫度 T abR bi ? ?2 1 2( )?2223[ 2 1 ]9iabTPR b a? ? ?轉(zhuǎn)化溫度與壓力的關(guān)系 在 T－ P圖上為一連續(xù)曲線，稱為轉(zhuǎn)化曲線 針對范德瓦爾氣體的最高轉(zhuǎn)化溫度 T aRbi , ma x ? 2P? 0 b? ? 0(此時 或 ) ( )( )P a b RT? ? ?? ?2范德瓦爾 狀態(tài)方程 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 表 1 列出了一部分氣體的最高轉(zhuǎn)化溫度。 1994 NH3 1500 CO2 603 空氣 939 CH4 621 N2 761 O2 250 Ne 794 Ar 205 H2 652 CO 45 He4 最高轉(zhuǎn)化溫度 (K) 氣體 最高轉(zhuǎn)化溫度 (K) 氣體 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 ?節(jié)流閥、毛細(xì)管、熱力膨脹閥和電子膨脹閥等多種形式。 節(jié)流元件 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 膨脹機 ? 絕熱膨脹 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 ?氣體等熵膨脹時，壓力的微小變化所引起的溫度變化 稱為微分等熵效應(yīng) ( ) ( )s s PPTTP C T? ???????對理想氣體 (?為絕熱指數(shù) ) 121 2 11[ 1 ( ) ]sPT T T TP???? ? ? ? ?等熵膨脹過程的溫差，隨著膨脹壓力比 P1/P2的增大而增大，還隨初溫 T1的提高而增大。 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 ? 壓縮過程 工質(zhì)流經(jīng)壓縮機時，機器對工質(zhì)做功 wc,使工質(zhì)升壓，工質(zhì)對外放熱 q 每 kg工質(zhì)需作功 )()( 12 qhhw c ???? 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 2. 熱力學(xué)理想系統(tǒng) 熱力學(xué)理想液化系統(tǒng) . (a) TS圖， (b)系統(tǒng)圖。 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 ?? ??????? . 2. 2 )2/()2/(inoutn e tn e t gzvhmgzvhmWQ?穩(wěn)定物流的熱力學(xué)第一定律 : ?通常動能和勢能的變化相對于焓變而言小得多 : WQ ? ? ??? . .out inmhmh?理想系統(tǒng)時 : )(.)(.. 11.ffiR hhmhhmwQ ?????? ?等熵過程 : S Sf2 ?Q m T S S m T S SR f. . ( ) . ( )? ? ? ? ?1 2 1 1 1?液化氣體的理論最小功 : fiffimwhhSSTmw ??????? )()(111 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 21)(0 mhhmhmm fff ???? ffhhhhymm????1211h fh 氣體的液化率依賴于： 大氣條件下 (點 1)的壓力 和溫度 ,從而決定了 和 ； 等溫壓縮后的壓力 ， 由 決定。 1P T1P2P2 h2?我們無法改變環(huán)境狀態(tài) ,因此系統(tǒng)的性能取決于壓力 要使液化率 最大，則必須使 最小： ( hP )T T?? ? ?10?熱力學(xué)第一定律應(yīng)用于除壓縮機外的所有設(shè)備，得到 : 0) 11 ??? ?? TTpJTTT C()Ph( ???2hy2p 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 ?林德－漢普遜系統(tǒng)的耗功 : )( 12 hhmwQ R ????單位質(zhì)量耗功 : )()(/ 21211 hhssTmw ?????)]()()[( 21211211 hhssThhhhmywmw ff??????????單位質(zhì)量的液化功 : 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 4. 帶預(yù)冷林德－漢普遜系統(tǒng) 預(yù)冷林德－漢普遜系統(tǒng) : 對簡單林德－漢普遜系統(tǒng)，當(dāng)熱交換器入口溫度低于環(huán)境溫度時，可以改善簡單林德－漢普遜系統(tǒng)的性能指標(biāo)。 液化率隨熱交換器入口溫度變化關(guān)系 . 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 預(yù)冷林德－漢普遜系統(tǒng) 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 ?應(yīng)用熱力學(xué)第一定律 drffarf hmmhhmhmhmm ?????? 21)(0?定義制冷劑的質(zhì)量流率比 : mmr r??液化率 : y h hh h r h hh hfa cf? ?? ? ??1 21 1?帶預(yù)冷系統(tǒng)的最大液化率 : y h hh hfm a x ? ??6 36 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 林德雙壓系統(tǒng) T－ S圖 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 ? 取熱交換器，兩個氣液分離器，二個節(jié)流閥，作為熱力分析系統(tǒng)，針對穩(wěn)定流動， 根據(jù)能量守恒原則，可得液化率為 : y h hh h i h hh hf f? ?? ? ??1 311 21?中間壓力蒸汽流率比： i m mi? . ./?熱力學(xué)第一定律應(yīng)用于兩個壓縮機， 單位質(zhì)量氣體的壓縮耗功為 : ? ? ? ? ? ? ? ? ?wmT S S h h i T S S h h.. [ ( ) ( )] [ ( ) ( )]1 1 3 1 3 1 1 2 1 2 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 林德雙壓系統(tǒng)液化功 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 6. 克勞特系統(tǒng) 克勞特系統(tǒng) 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 ? 取熱交換器、節(jié)流閥、氣液分離器作為能量分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)沒有外部熱功交換， 對該系統(tǒng)應(yīng)用熱力學(xué)第一定律 : 231)(0 mhhmhmhmhmm eeefff ???????膨脹機的流量比率 : 進膨脹機質(zhì)量流量占總流量比例 : mmx e /??液化率 : y mmh hh h xh hh hffef? ? ?? ? ??..1 2131?凈耗功 : )( 43 hhmw ee ??)()]()([ 321211 ehhxhhssTmw ??????? 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 克勞特循環(huán)單位質(zhì)量液化功 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 7. 卡皮查系統(tǒng) 卡皮查循環(huán)：帶有高效率透平膨脹機的低壓液化循環(huán)。 它采用低壓力，等溫節(jié)流效應(yīng)及膨脹機焓降均較小。 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 第三章、天然氣液化技術(shù) （三） 典型液化流程 李兆慈 中國石油大學(xué)（北京） 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 典型天然氣液化流程 制冷方式分： ? 級聯(lián)式液化流程 ? 混合制冷劑液化流程 ? 帶膨脹機的液化流程 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 按功能分： ? 基本負(fù)荷型 ：盡量選用能耗較低的液化循環(huán) ? 調(diào)峰型 ：需要考慮流程緊湊、運行靈活、 適應(yīng)性強 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 1. 級聯(lián)式液化流程 亦稱 階式 、 復(fù)疊式 、 逐級循環(huán) 或 串聯(lián)蒸發(fā)冷凝液化流程 ， 此法采用最早 。 利用某一制冷劑的蒸發(fā)來冷凝另一種較低沸點的物質(zhì)而組成逐級液化循環(huán) 。 各級所用的制冷劑一般為 丙烷 （ 大氣壓下沸點為 ℃ ） 、 乙烯 （ 104℃ ） 和 甲烷 （ 162℃ ） 。 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 級聯(lián)式液化流程 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 優(yōu)點： ? 能耗低 ? 制冷劑為純物質(zhì)，無配比問題 ? 各液化循環(huán)與天然氣液化系統(tǒng)各自獨立 ? 技術(shù)成熟，操作穩(wěn)定 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 缺點： ? 機組多，流程復(fù)雜 ? 附屬設(shè)備多，要有專門生產(chǎn)和儲存多種制冷劑 的設(shè)備 ? 管道與控制系統(tǒng)復(fù)雜，維護不便 級聯(lián)式液化循環(huán)在初期（ 1965年）曾是很重要的循環(huán)，但在 70年代之后實際上已基本不采用。 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 經(jīng)典級聯(lián)式液化流程的使用情況生產(chǎn)線 所在國家或地區(qū) 起用年代A r z e w阿爾及利亞1965K e n a i阿拉斯加1969P o i n t F o r t i n特立尼達(dá)和多巴哥1999 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 2. 混合制冷劑液化流程 MixedRefrigerant Cycle 簡稱 MRC MRC循環(huán)是以 C1至 C5的碳?xì)浠衔锛?N2等多組分的混合制冷劑為工質(zhì) ， 進