天然氣脫水技術(shù)進(jìn)展

第41卷第19期州化工Vol 41 No 192013年10月Guangzhou Chemical IndustryOctober 2013天然氣脫水技術(shù)進(jìn)展劉松玲,侯新文(中石化西南油氣分公司元壩凈化廠(chǎng),四川閬中637400摘要:介紹了天然氣含水的危害及脫水的必要性,綜述了天然氣脫水的幾種主要技術(shù),探討了溶劑吸收法、吸附法、低溫分離法、膜分離法的優(yōu)缺點(diǎn),并介紹了它們的一些研究進(jìn)展及應用情況,最后總結出超音速脫水技術(shù)由于不需要使用任何化學(xué)藥劑,投資、運行費用低且對環(huán)境無(wú)污染所以將是天然氣脫水技術(shù)發(fā)展的重要方向關(guān)鍵詞:天然氣;脫水;技術(shù)進(jìn)展;超音速中圖分類(lèi)號:TF64文獻標識碼:A文章編號:1001-9677(2013)19-0034-02The dehydration Technology Progress of the Natural GasLU Song-ling, HOU Xin-wenYuanba Natural Gas Purification Plant, Southwest Oil Gas CompanySINOPEC, Sichuan Langzhong 637400, China)Abstract: The harm of water in natural gas and the necessities of dehydration were introduced, the main technologiesof the natural gas dehydration were reviewed, the advantages and disadvantages of solvent absorption method, adsorbentmethod, low temperature process and membrane separation process were discussed, and the new research progress andrelated application were also introduced. It pointed out that the supersonic dehydration technology hadchemical agent, low investment and running expense and had no harm to the environment, which would be a verydirectionKey words: natural gas; dehydration; technology progress; supersonic井口流出的天然氣幾乎都為氣相水所飽和,甚至會(huì )攜帶一TEG吸收法脫水。TEG法的不足之處主要在于系統復雜,TEG定量的液態(tài)水,而天然氣中水分的存在往往會(huì )造成嚴重的后再生能耗高且易損失和被污染,使用的撬裝結構也多為進(jìn)口等果,比如含有CO2和H2S的天然氣在有水存在的情況下會(huì )形成不足。問(wèn)題的解決可以通過(guò)簡(jiǎn)化工藝流程、加強貧富液的換酸而腐蝕管路和設備;水分會(huì )在一定條件下與天然氣形成水合熱效果、提高能量的綜合利用效率、優(yōu)化工藝參數、減少TEG物而堵塞閥門(mén)、管道和設備;天然氣含水會(huì )降低管道輸送能的損失并保持溶液清潔、加快國產(chǎn)化裝置的研發(fā)與應用等方式力,造成不必要的動(dòng)力消耗。因此,水分在天然氣中的存在是實(shí)現非常不利的,必須將其脫出以達到氣質(zhì)指標或使用要求。傳統西安長(cháng)慶科技工程有限責任公司的研究人員在對國外進(jìn)囗的天然氣脫水方法主要有低溫分離、溶劑吸收和固體吸附三的多種三甘醇脫水裝置從理論、工藝和操作等方面進(jìn)行了深入類(lèi),近年來(lái)一些脫水新方法新技術(shù)也得到了大力發(fā)展,比如膜的研究后,研發(fā)了規模為(10-150)×10m/d的TEG脫水裝分離法脫水、超音速脫水等l。本文對以上幾種天然氣脫水置,并應用在了長(cháng)慶的北四、榆林、內蒙、陜西子洲、中原油工藝技術(shù)進(jìn)行介紹和總結,供相關(guān)學(xué)者及技術(shù)人員參考。田、西氣東輸工程以及吐哈油田,實(shí)現了天然氣TEG脫水裝置的國產(chǎn)化,取得了良好的經(jīng)濟效益。1溶劑吸收法2吸附劑法溶劑吸收法是利用脫水溶劑的良好吸水性能,在吸收塔內進(jìn)行氣液傳質(zhì)脫除天然氣中水分的方法。本方法多應用于油氣該法是指利用吸附劑吸附張力使天然氣中水分子被吸附劑田無(wú)自由壓降可利用,下游無(wú)采用深冷法回收輕烴的場(chǎng)合。工內孔吸附而除去的方法。工業(yè)上常用分子篩作吸附劑,技術(shù)成業(yè)上常用的脫水溶劑多為三甘醇(TEG),比如美國使用的天然熟,應用最廣泛,脫水后干氣含水量可低至106,露點(diǎn)可低至氣溶劑吸收法脫水工藝中,TEG法占85%,海上天然氣平臺占-100℃。不僅可以滿(mǎn)足管輸天然氣的露點(diǎn)要求,而且適應下95%。TEG法熱穩定好、容易再生,吸水性強,蒸汽壓低且閃游深冷回收LPG和輕油的輕烴回收裝置的要求,當制冷溫度更蒸損失少,脫水后的干天然氣水露點(diǎn)能降低到-30℃,完全可低時(shí),還可以回收乙烷6以滿(mǎn)足管輸對天然氣的水露點(diǎn)要求,因此國內產(chǎn)氣量前幾位固體吸附法中以分子篩脫水的應用最廣泛,技術(shù)最成熟可的普光氣田、克拉2氣田以及還未投產(chǎn)的元壩氣田都采用的是靠。分子篩脫水一般適用于下列場(chǎng)合:要求天然氣水露點(diǎn)低于作者簡(jiǎn)介:劉松玲(1977-),女,本科,主要從事天然氣計量化驗方面的工作。第41卷第19期劉松玲等:天然氣脫水技術(shù)進(jìn)40℃的場(chǎng)合;同時(shí)脫水脫烴以滿(mǎn)足水露點(diǎn)、烴露點(diǎn)銷(xiāo)售要求維素和聚酰亞胺。醋酸纖維素在實(shí)際操作條件下的分離因子不的烴露點(diǎn)控制裝置一適用于貧的高壓天然氣的烴露點(diǎn)控制;天是很高,但價(jià)格便宜,是目前天然氣凈化中使用最多的膜材料。然氣同時(shí)脫水和凈化;LPG和NGL脫水同時(shí)要脫除微量的硫化例如美國 Separex公司開(kāi)發(fā)的醋酸纖維素螺旋卷式膜組件,對物(H2S,COS,CS2,硫醇)以及高酸性天然氣的脫水。以H2QO/CH4的分離因子達到50,在7.8MP、38℃時(shí)天然氣露羅家寨氣田為例,羅家寨氣田為高酸性天然氣氣田,到凈化廠(chǎng)點(diǎn)可降到-48℃。聚酰亞胺雖然較貴,但由于其在實(shí)際環(huán)境中的集輸干線(xiàn)長(cháng)達29.2km,在輸送過(guò)程中會(huì )析出游離水,不但容的分離因子較高,所以正在得到廣泛應用。易形成水合物堵塞管道,而且會(huì )對管線(xiàn)造成嚴重腐蝕,所以各氣體分離膜技術(shù)正在大規模應用于天然氣脫水處理工藝單井站的天然氣必須進(jìn)行集中脫水處理后輸送。由于羅家寨氣中,膜分離法脫水技術(shù)在天然氣凈化應用中的關(guān)鍵是降低塑化田天然氣脫水露點(diǎn)要求不高(≤10℃),因此,使用了分子篩兩作用對膜性能的影響。同時(shí),該技術(shù)面臨的最大問(wèn)題是降低塔脫水工藝流程和濕氣再生。曹文勝采用分子篩吸附法脫水CH4的損失會(huì )增加系統的成本,因此,開(kāi)發(fā)低CH4損失而又具脫硫,提出了預處理模塊化的概念并實(shí)驗測定了天然氣在復合有高效分離效果的新型膜材料就顯得非常重要。吸附床(3A+13X分子篩)上的動(dòng)態(tài)透出曲線(xiàn)和分子篩脫硫的透出曲線(xiàn),采用競爭吸附理論對各吸附模塊進(jìn)行了優(yōu)化組合與配5結論置。預處理模塊的吸附順序一般為“先脫水再脫硫最后脫碳”,而脫附順序為“先脫碳再脫硫最后脫水”。工業(yè)化天然氣脫水的方法很多,應根據脫水的目的、要求和處理規模等,并結合各種脫水方祛的特點(diǎn)進(jìn)行經(jīng)濟和技術(shù)比3低溫分離法較,從而選擇出最為合適的脫水方法和脫水工藝。通過(guò)對前述各種天然氣脫水方法特點(diǎn)的總結可知,超音速技術(shù)是天然氣低溫分離法主要是利用天然氣飽和含水量隨溫度降低、壓脫水工藝的一大創(chuàng )新,具有結構簡(jiǎn)單、無(wú)運動(dòng)部件、無(wú)動(dòng)力消力升高而減小的特點(diǎn),將被水汽飽和的天然氣冷卻降溫或先增耗、環(huán)境友好、投資和維護費低等優(yōu)點(diǎn),必將是天然氣脫水技壓再降溫的脫水方法。低溫分離法具有設備簡(jiǎn)單,投資低等優(yōu)術(shù)發(fā)展的重要方向。點(diǎn),主要用于有壓力能可供利用的高壓氣田。低溫分離技術(shù)屬于物理法脫水,最常見(jiàn)的設備是J-T閥和透平膨脹機。此方參考文獻法對高壓天然氣處理非常經(jīng)濟,因而也得到了廣泛應用。不足1]毛立軍王用良吳艷等.天然氣脫水新工藝新技術(shù)探討[J]廣之處在于:(1)脫水循環(huán)的一部分處于水合物生成范圍內,因東化工,2013,40(8):66-67此需要添加抑制劑來(lái)防止水合物生成;(2)透平膨脹機中的高2]AKnm,MA.Abt. Selective removal of water from supercritica速運動(dòng)部件,制造難度大;(3)深度脫水時(shí)需配套制冷設備natural gas[A]. Society of Petoleum Engineers(SPE 100442), 2006增加了運行投資1。[3]張加奇.三甘醇脫水和分子篩脫水對比探究[冂].中國石油和化工此外,天然氣超音速脫水技術(shù)也屬于天然氣脫水中的低溫(4]胡罐強,何飛韓建紅天然氣脫水技術(shù)(].化學(xué)工程與裝備:013冷凝法,利用拉瓦爾噴管、分離葉片加速飽和濕天然氣達到氣水分離之目的。噴管超音速旋流分離技術(shù)是天然氣處理工藝技[5]何茂林,梁政,李永生天然氣三甘醇脫水裝置的國產(chǎn)化研究[術(shù)的一大創(chuàng )新技術(shù),是一種集氣體動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)和流體力學(xué)鉆采工藝,2007,30(4):102-104理論為一體的新型氣體干燥處理技術(shù),是超音速冷凝與離心分[6祁亞玲.天然氣水合物和天然氣脫水新工藝探討[J]天然氣與石離技術(shù)的有機結合。天然氣超音速脫水將膨脹機、分離器和壓油,2006,24(6):35-38縮機的功能集中到一個(gè)管道中,大大簡(jiǎn)化了脫水系統,提高了[7]胡曉敏,陸永康,曾亮泉分子篩脫水工藝[打天然氣與石油,系統可靠性和效率,不需要使用任何化學(xué)藥劑,能有效降低其2008,26(1):39-41投資、運行費用和減輕環(huán)境污染,還可有效脫除天然氣中的[8]羅小軍曉天,萬(wàn)書(shū)華分子篩吸附法在高酸性天然氣脫水中的應CO2、H2S和汞等雜質(zhì),因此該項技術(shù)在天然氣凈化脫水領(lǐng)域用]石油與天然氣化工,2007,36(2):118-123.具有廣闊的應用前景。[9]曹文勝、分子篩吸附凈化天然氣實(shí)驗研究[門(mén)].集美大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2011,16(6):450-454宋輝等通過(guò)天然氣超音速脫水裝置室內試驗和現場(chǎng)試[10朱婻,王麗,陳家慶噴管超音速分離技術(shù)在天然氣脫水中的應用驗,測取了進(jìn)氣與干氣露點(diǎn)溫度,室內試驗在壓損為40%時(shí)干研究[J北京石油化工學(xué)院學(xué)報2010,18(1):21-25氣露點(diǎn)溫度可達-16.6℃;現場(chǎng)試驗在壓損達7%時(shí)干氣露[1]何策程雁,額日其太.天然氣超音速脫水技術(shù)評析[J石油機點(diǎn)溫度可達-9℃。試驗結果表明,超音速方法可有效脫除天械,2006,34(5):70-72.然氣的水分。[12]宋輝張新軍汪長(cháng)永,等.天然氣超音速脫水試驗研究[J].山東Chuang Wen等用標準的k-ε和R-K真實(shí)氣體模型模建筑大學(xué)學(xué)報,2009,24(1):50-53.擬了超音速分離器中天然氣的動(dòng)力學(xué)參數,計算結果表明,最131 Chuang Wen, Xuewen Cao, Yan Yang,etal. Effects of operationg低壓力和溫度分別為20am和-82℃,從而可以有效的分離parameters on flow characteristics of natural gas in supersonic separators水分和輕烴。[A]. Offshore Technology Conference. Houston, Texas: OffshoreTechnology Conference, 20134膜分離法[14]馮海東,張好民陳勇.玻璃態(tài)聚合物膜在天然氣凈化、脫水中的應用J]天然氣工業(yè),2006,26(2):141-143氣體膜分離過(guò)程是在壓力驅動(dòng)下,不同氣體因通過(guò)膜時(shí)的[15]魏星,黃維菊,陳文梅.國內外膜分離法天然氣脫水研究現狀滲透率不同而被分離的過(guò)程。該技術(shù)具有耗能低、無(wú)運動(dòng)部[冂].過(guò)濾與分離,2007,17(4):37-40件、維修方便、環(huán)境友好等特點(diǎn)。據材料的不同,可以分為有16]崔向陽(yáng)天然氣脫水技術(shù)探索[J.中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2012(7):機膜和無(wú)機膜。由于有機膜的成本比無(wú)機膜低1~2個(gè)數量級,112.因此目前實(shí)際使用的絕大多數是有機膜,其中又主要是醋酸纖