天然气处理加工与利用

天然气处理加工与利用学生姓名：高雅学号：1303010818专业班级：化工13062015年 12月1日天然气处理加工与利用摘要加速天然气的生产和消费，发展天然气化工，减轻对石油的需求压力，确保国家能源安全，已成为加速我国化学工业结构调整、强化节能减排的必然趋势。

可行性分析认为，天然气基本不含烯烃，且芳烃和环烷烃含量低，氢气产率高，可以避免催化剂积炭，延长催化剂寿命，是制氢的首选原料；加之天然气富含甲烷，其 H/C 较高，一般在 3.8 左右，单位产氢量的原料消耗较少。

在对２０世纪９０年代初以来中国天然气利用业务发展进行梳理的基础上，采用分类比较分析的研究方法，揭示了天然气利用业务的发展有以下４个规律性特点：①天然气利用业务增速高于天然气供应量增速；②天然气利用业务增速快于天然气管网增速；③国家天然气利用政策对天然气利用结构变化趋势影响有限；④中国天然气利用业务受世界经济形势影响不大。

结论认为：至２０２０年，中国天然气利用量可达４３００×１０８ｍ３，以城市燃气为主的天然气利用模式将得以确立，工业燃料用气增长空间有限，化工用气颓势明显但会维持一定的规模。

关键词天然气净化处理加工利用规律趋势展望目录前言 (1)第一章边远分散单井天然气的处理与加工 (1)1. 1 净化处理 (1)1. 2 NGL 的回收 (2)第二章大连石化制氢装置加工天然气原料技术分析 (2)2.1装置简介 (2)2.2 天然气作为制氢原料的可行性分析 (3)2.2.1天然气制氢的工艺原理 (3)2.2.2 天然气制氢的可行性分析 (4)第三章天然气的利用 (5)3.1边远分散单井天然气的综合利用 (5)3.1.1作燃料 (5)第四章天然气利用业务发展展望 (9)4.1 城市燃气为主的天然气利用模式将得以确立 (9)4.2 工业燃料用气具成长性但空间有限 (9)结语 ................................................................................................................ 错误！未定义书签。

参考文献.. (12)前言氢能是一种清洁能源，也是重要的化工原料。

目前制取氢气的方法主要有：煤、焦炭气化制氢，天然气或石油产品转化制氢，各种工业生产的尾气回收或副产氢等。

在石油产品转化制氢中，以天然气为原料最为经济合理。

世界上约有70%的氢气是通过天然气蒸汽转化生产的，因此天然气制氢具有一定的竞争力。

随着页岩气开发纳入国家战略型新兴产业，政府加大了对页岩气勘探开发的扶持力度，我国天然气行业将进一步加快发展。

因此，加速天然气的生产和消费，发展天然气化工，减轻对石油的需求压力，已成为加速我国化学工业结构调整、强化节能减排的必然趋势。

２０世纪９０年代以来，随着陕京管道及西气东输等标志性工程竣工投产，中国天然气利用业务获得快速发展。

通过对中国天然气利用业务的发展历程进行系统研究，探讨天然气利用业务的发展特点和规律，期待对促进国内天然气利用业务的发展有一定的指导意义。

第一章边远分散单井天然气的处理与加工1. 1 净化处理【1】天然气净化处理的目的是脱除其含有的硫、CO2 和水等杂质, 以达到商品天然气的气质标准。

因而, 天然气的净化处理一般包括脱硫( 可能还包括必要的硫磺回收与尾气处理)+脱碳+脱水3部分。

在采用醇胺法净化天然气时, 脱硫与脱碳实际上是同时进行的, 其中,脱硫是最重要的。

常用的脱硫方法有醇胺法、液相氧化还原法和固体脱硫剂法 3 种。

由于边远分散单井天然气具体情况各异,气质、气量差别很大, 因而很难说哪一种方法对边远分散单井的脱硫更有效, 而必须根据实际情况进行具体分析, 对方案进行优选。

醇胺法的工艺非常成熟, 适用范围比较广,根据不同的气质,可选用不同的溶液配方,以获得最佳的经济效益; 在不同的压力和处理量上都可以应用; 对H2S 浓度高的天然气,求脱除有机硫或选吸 CO2时,只要改变溶液组成就可以实现。

该法的能耗和净化费都随操作压力和原料气 H2S浓度的增加而有所增加,但变化不太大,费用变化一般在0.05 ～ 0. 12 元/m3 左右。

液相氧化还原法是气体脱硫的一种重要方法,最适用于处理压力和 H2S 浓度都不太高的场合。

固体脱硫剂法是一种间歇式气体脱硫方法, 包括铁海绵、SULFATRATE以及以氧化铁为主要活性组分的各种固体脱硫剂。

经脱硫后的天然气可能还含有CO2及水分(用醇胺法脱硫的 CO2含量可达标),可采用 PSA ( 变压吸附)技术脱除.1. 2 NGL 的回收NGL ( 天然气凝液, 也称为轻烃)回收是指从富气( 又称为湿气)中回收 C2 + ( C2 、 C3 、 C4 和 C5等)烃。

国内气田多系生产干气, 其 C2 + 量很少,不具备 NGL回收价值。

但也有部分气井有显著数量的C2 + 资源, 需加以回收利用。

传统NGL回收 (透平膨胀制冷)工艺对气量小而分散的边远单井天然气的 NGL 回收是很不经济的。

针对这种状况, 提出两条解决方案:其一是 PSA —C2 +/R , 即先用变压吸附脱除掉原料气中大部分的甲烷, 然后再用透平膨胀制冷回收NGL。

其二是膜分离—C2 +/R , 即先用膜分离技术脱除掉大部分甲烷, 然后再用透平膨胀制冷回收 NGL。

两方案的基本原理相同, 即先脱除掉原料气中所含甲烷 , 从而大大减少进入透平膨胀制冷部分的气体量, 降低透平膨胀制冷装置的投资和能耗。

PSA 技术国内已比较成熟, 西南化工研究设计院可提供成套技术。

第二章大连石化制氢装置加工天然气原料技术分析2.1装置简介大连石化公司拥有两套完全独立的制氢装置，单套装置的公称产氢能力为 10×104m3/h (标准)，每一套装置都包括造气单元和 PSA 提纯单元。

造气单元 引进丹麦 HALDOR TOPSE A/S 公司(HTAS)的工艺技术， 并由 TOPS 諂E 公司提供全部催化剂。

大连石化制氢装置工艺流程如图1所示。

该制氢工艺采用轻烃水蒸气转化路线，工艺气进转化炉之前设有预转化反应器。

该装置设计加工原料为轻石脑油、液化气、炼厂干气，其中轻石脑油和液化气的价格昂贵，在氢气成本的构成中，原料费用占整个氢气成本的70%以上。

因此，选择价格低廉、且产氢率高的制氢原料，成为降低装置成本、提高经济效益的重要手段。

2.2 天然气作为制氢原料的可行性分析2.2.1天然气制氢的工艺原理天然气是一种埋藏于地下的可燃性气体，无色无味，主要成分中85%～95%为甲烷(CH4)，此外，还含有少量乙烷、丙烷和丁烷等气体组分，或者含有少量二氧化碳、氮气、硫化氢、氢气等非烃类组分。

以天然气为原料制氢时，在高温条件及催化剂作用下， 天然气中的烷烃在镍基催化剂作用下，与水蒸气发生化学反应，转化为含有氢气(H 2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO 2)和少量残余甲烷的转化气。

转化气经过废热锅炉换热、进入变换反应器，使 CO 变换为H2和CO 2，再经 PSA 单元提纯氢气产品。

就反应机理而言 ，天然气蒸汽在镍基催化剂上主要发生以下反应：(1)(2)(3)(4)其中，在预转化催化剂上主要发生(1)、(3)、(4)反应，在转化剂上主要发Q nCO H m n O nH CnHm -++→+22)2(Q H CO O H CH -+→+2243Q H CO O H CO ++↔+222Q O H CH H CO ++↔+2423生(2)、(3)、(4)。

虽然商品天然气中的硫含量很低，但是也不能直接进入转化单元，仍然需要先经过原料精制单元净化脱硫处理。

因为转化单元进料要求的总硫含量＜0.1mg/kg。

所以，当制氢装置原料改为天然气时，仍然可以用以前的轻油原料流程操作，装置总体上不需进行大的流程改动。

2.2.2 天然气制氢的可行性分析选择优质的制氢原料，一般遵循以下原则：①首先选用不含烯烃、芳烃和环烷烃含量低的原料，目的是提高氢气产量，并避免催化剂积炭。

因为同碳数烃类积炭倾向通常是烯烃>芳烃>环烷烃>烷烃。

同碳数的 C/H 比也基本遵循这一规律。

一般要求原料中芳烃含量＜13%，烯烃含量＜1%[3]。

因为烯烃含量过高，会在反应器中发生放热的加氢反应而引起超温或积炭，甚至在脱硫催化剂上也可能发生积炭。

而天然气中基本不含烯烃、芳烃和环烷烃，应成为制氢的首选原料。

②优先选用较轻的原料。

因为对同族烃类而言，相对分子质量越小产生积炭的倾向越小，C/H比也随相对分子质量的减小而减小。

因此在选择制氢原料时，气态烃优于液态烃、轻质液态烃优于重质液态烃。

如果单看原料氢碳比与理论产氢量的关系，可以参考下表。

因为天然气富含甲烷，所以其H/C 较高，一般在 3.8 左右，这样单位产氢量的原料消耗减少，所以是理想的制氢原料。

③选用低毒原料。

制氢原料中常见的催化剂毒物有硫、氯、砷，它们对制氢装置内的脱氯脱硫催化剂、预转化催化剂、转化催化剂和变换催化剂都有严重的危害。

虽然刚开采出的天然气中硫含量在500mg/m3 左右，但经处理后的商品天然气中硫含量一般＜30mg/m3，这个数量在制氢原料允许范围内。

第三章天然气的利用3.1边远分散单井天然气的综合利用【2】天然气不但是理想的清洁燃料, 还是优良的化工原料。

但由于边远分散单井气量小而分散, 严重阻碍了其有效利用。

因而, 边远分散单井天然气的利用必须多方开拓途径, 采取多种利用方案, 主要有下面一些。

3.1.1作燃料边远分散单井天然气经处理后可得到干气、LPG 和轻油等产品。

LPG 可直接输出作民用和车用燃料, 轻油也可输出作为汽油调和组分，但干气的利用仍存在困难, 必须寻找一种好的储存运输方式。

边远分散单井天然气利用的一项技术就是把天然气进行压缩 , 然后作压缩天然气汽车的燃料。

目前国内已有相当完备的压缩天然气 (CNG)技术,四川和重庆两地已建成CNG加气站30余座, 路上行驶的压缩天然气汽车已达2000多辆。

因而, 利用边远分散单井天然气作压缩天然气汽车燃料在技术上已不存在问题。

但是, 建 CNG 加气站需很高的投资, 如要建一个年产 280×104m3 固定式 CNG加气站需投资230万元, 占地 1000m2。

即使建一个流动式加气站仍需近120万元的投资, 并且高压钢瓶的安全也是人们所特别关注的, 所以人们正在积极寻找更加经济安全的储存方法。

目前, 对天然气的储存研究较为活跃的领域是吸附剂吸附储存法( 简记作ANG), 国内外已开发出不少专用吸附剂, 可望在不久的将来实现商业化。

此外 , 还有用近临界流体储存天然气和用天然气水合物储存天然气的, 但都还处于探索阶段。