天然氣脫水方法綜述

第44卷第7期化工Vvo1.44. No.72015年7月Contemporary Chemical IndustryJuly，2015天然氣脫水方法綜述劉建勛，寧雯宇(中國石油大學(xué)(北京)，北京102249 )摘要:目前，國內天然氣行業(yè)正進(jìn)入高速發(fā)展的歷史新格局，天然氣的高效開(kāi)發(fā)和利用已成為未來(lái)能源發(fā)展的新課題。所以，未來(lái)天然氣高效脫水技術(shù)將是-“ 個(gè)重要的研究方向?，F階段工業(yè)上天然氣脫水方法主要有:三甘醇脫水(TEG)、分子篩脫水、低溫脫水。近年來(lái)膜分離和超音速這兩種新型技術(shù)正日益受到人們的關(guān)注，發(fā)展迅速。這兩種新技術(shù)在天然氣脫水方面具有結構簡(jiǎn)單、能耗低、運行維護費用小、操作簡(jiǎn)單、污染小等特點(diǎn)。從根本上彌補了以往天然氣脫水技術(shù)系統復雜、體積龐大、高能耗、維護費用高、污染大的特點(diǎn)。未來(lái)以膜、超音速脫水為代表的新技術(shù)將會(huì )有很大的發(fā)展空間。關(guān)鍵詞:天然氣;膜脫水;超音速;高效中圖分類(lèi)號: TE 624文獻標識碼: A文章編號: 1671-0460 (2015) 07-1548-02Natural Gas Dehydration MethodsLIU Jian-xun, NING Wen-yu( China University of Petroleum, Bejjing 102249，China)Abstract: At present, domestic natural gas industry is entering a stage of rapid development, and efficient developmentand utilization of natural gas has become a new topic of future energy development. The highly efcient gasdehydration technology is an important part of the efective use of natural gas. Now industrial gas dehydration methodsinclude TEG dehydration (TEG), molecular sieve dehydration and low temperature dehydration. In recent years, themembrane separation and supersonic method are drawing people's attention. These two new technologies have manycharateristics, such as simple structure, low energy consumption, low operation and maintenance cost, and lowpollution. The new film and supersonic dehydration technologies will be a great space for development.Key words: Natural gas; Membrane dehydration; Supersonic; Efficient改革開(kāi)放以來(lái)，我國的石油天然氣行業(yè)得到了中冷凝液化成液態(tài)水進(jìn)而形成水合物，造成管道、儀大力發(fā)展，人們的消費意識也不斷增強，徹底擺脫表的堵塞,同時(shí)天然氣管道中的液態(tài)水積聚在管低洼了自給自足的生產(chǎn)模式，致使天然氣的需求也8益處，還會(huì )降低管道的輸送能力，增加輸送成本;管道增長(cháng)。美國的天然氣消費量高達6 200億m/a,全中的酸性氣體如，等溶于水中將形成酸液,還會(huì )引起:世界天然氣的總消費量達到95000億m'/a,而我國管道內壁的腐蝕，因此在對其輸送使用之前必須進(jìn)行2012年天然氣的表觀(guān)消費量達到了1475億m'，預相關(guān)的處理，以達到相關(guān)規范的要求。目前，天然氣計到2020年天然氣需求量將達到3000億m'?？梢?xún)艋椒ò?分離和過(guò)濾、冷凝分離、吸附法、吸預見(jiàn)，未來(lái)的5~10 a將是我國的天然氣行業(yè)蓬勃發(fā)收法、直接轉化法和綜合法等。而應用最多的三種方展的新時(shí)期。天然氣高速發(fā)展的同時(shí)，隨之而來(lái)的法是:三甘醇(TEG)脫水、分子篩脫水、低溫脫水。環(huán)境問(wèn)題也必須引起人們的關(guān)注，由此未來(lái)天然氣近年來(lái)以膜分離和超音速法脫水為代表的新型脫水凈化處理行業(yè)也會(huì )也來(lái)越受到人們的重視，其在天技術(shù)正日益受到人們的關(guān)注，相信這些新技術(shù)在不遠然氣工業(yè)中的地位也會(huì )越來(lái)越重要，這必將增大國的將來(lái)顛 覆以往的天然氣脫水技術(shù)。家在天然氣凈化行業(yè)中的投入。2天然氣脫水方法1天然氣脫水的必要性2.1 三甘醇脫水從地下儲氣層中開(kāi)采出來(lái)的天然氣往往含有水三甘醇脫水屬于溶劑吸收法的范疇，目前是天和水蒸氣等有害物質(zhì)，在對其輸送之前，必須要進(jìn)行然氣行業(yè)中應用最廣泛的脫水技術(shù)。其工藝設備主相應的處理，以及防止天然氣中的水蒸氣在輸送過(guò)程要包括: 吸收塔、再生塔、貧富液交換器、閃蒸罐收到日期: 2015-04-29.作者簡(jiǎn)介:劉建勛(1991-), 男，河南人，中國石油大學(xué)(北京)在讀研究生，2014年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)油氣儲運工程專(zhuān)業(yè)，研究方向:油氣集輸及地面工程。E-mail: 1 347058893@qq.com.第44卷第7期劉建勛，等:天然氣脫水方法綜述1549及換熱器等"。三甘醇法穩定性好、易再生、脫水后閥和透平膨脹機。對于高壓天然氣這種方法是最經(jīng)天然氣露點(diǎn)至少可以降低- -55 C。目前美國使用的天濟合理的，并且已經(jīng)在國內得到廣泛應用。長(cháng)慶采然氣脫水工藝中，三甘醇法脫水占到大約85%,而海氣二廠(chǎng)、塔里木克拉2等均采用該方法”，但是由上天然氣平臺脫水占得比例更高,達到了95%”。于氣體膨脹節流后，其溫度往往會(huì )低于水合物形成雖然就目前來(lái)看，TEG 技術(shù)占得比例很大，但溫度，因此應用該方法進(jìn)行節流脫水時(shí)，需注人乙是這種方法尚且存在一.些問(wèn)題主要是:系統比較復二醇抑制劑來(lái)抑制水合物的形成。另外低溫冷凝分雜; TEG溶液再生能耗大;易被污染損失大，需要離法的能耗費用比三甘醇脫水還要高，設備復雜投及時(shí)補充和凈化，Ghiasi用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的方法對 TEG資比較大，這些都是制約其發(fā)展的主要因素。的純度進(jìn)行了預測;易被氧化生成強腐蝕性的有機2.4 膜脫水酸; TEG脫水設備龐大，系統復雜維修不便;其次近20多年來(lái),膜分離技術(shù)作為- -種新型的氣體目前使用的撬裝結構多為進(jìn)口，雖然性能穩定但是分離處理手段，憑借其設備簡(jiǎn)單、能耗小、分離效投資和運行成本比較高，消耗品價(jià)格昂貴。因此三率高、自動(dòng)化及衛生程度高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)逐步被人們甘醇脫水比較適合較大規模的天然氣脫水，小規模所重視，并且已經(jīng)開(kāi)始代替傳統的脫水方法。膜分的天然氣處理廠(chǎng)很難支付高額的維護費用，目前這離技術(shù)主要是利用半透膜的選擇性機理，目前工業(yè)種技術(shù)主要應用于集氣站等大型天然氣處理廠(chǎng)州。中用到的主要是中空纖維膜'。膜分離法在天然氣2.2分子篩脫水中有其獨特的優(yōu)點(diǎn)，未來(lái)的發(fā)展潛力巨大，但天然氣常用的固體干燥劑包括:活性氧化鋁、是從目前應用情況來(lái)看,至今尚未能在工業(yè)上得到硅膠和分子篩。其中分子篩較另外兩種更為常用，廣泛的采用，可以說(shuō)膜法脫水技術(shù)在天然氣行業(yè)的分子篩脫水類(lèi)似三甘醇同屬于物理方法，主要依靠應用范圍還較窄，而且規模不大。其內部的豐富的孔洞實(shí)現對天然氣的脫水，該項脫就目前情況來(lái)看,現階段膜分離技術(shù)仍然要向水技術(shù)較為成熟，而且分子篩設備簡(jiǎn)單操作方便基礎研究方面側重，高性能膜材料的研制仍然是首在國內外被廣泛應用。要問(wèn)題，氣體膜分離技術(shù)將會(huì )是未來(lái)天然氣脫水技分子篩吸附脫水主要是利用其內部孔道、空腔術(shù)的一一個(gè)重要分支，如何與傳統脫水工藝結合，實(shí)依靠分子引力和熱擴散原理實(shí)現對天然氣中水的吸現最優(yōu)組合和最低投資，達到相互促進(jìn)將是未來(lái)膜附進(jìn)而除掉天然氣氣體混合物中的水蒸氣。常用的技術(shù)的有一個(gè)新的發(fā)展方向。分子篩有3A型、4A型和5A型。按照再生壓力對2.5 超音速分子篩進(jìn)行分類(lèi)，可分為變溫再生( TSA )和變壓再超音速分離器具有良好的脫水性能;在無(wú)需任生(PSA )兩大類(lèi)5。傳統的分子篩的吸附表面積較何外界物質(zhì)的條件下，其最大露點(diǎn)降約為20 C。大，具有高效的吸附容量，壽命較長(cháng)，有較高的吸超音速技術(shù)最早應用Laval噴管進(jìn)行空調制冷, Shell附能力組分不易被破壞，再生能力強，所需原料價(jià)公司于1997 年開(kāi)始研發(fā)超音速脫水技術(shù)，之后的格低廉、貨源充足等特性，得到了較廣泛的應用。幾年一直是Stork Product Engineering. Shell 及TU/e但分子篩脫水裝置的能耗通常較高，特別是對于處等在進(jìn)行基礎研究"。超音速分離器具有緊湊的高理量較小的裝置。由于分子篩脫水之后能使天然氣壓系統能夠選擇性的出去天然氣中的水分，并且不露點(diǎn)能降低到-73 C，甚至-100 C,故其多用于天影響氣體中烴類(lèi)的含量。不僅如此，文獻"利用濕然氣液化前的脫水工藝中。分子篩脫水的主要缺點(diǎn):空氣作為工作流體進(jìn)行了反復試驗，結果發(fā)現超音1 )設備投資和操作費用比較大，達到相同露點(diǎn)時(shí),速分離器的分離效率可達到94%左右。建設- -座處理量/的處理站， 其投資比TEG法高超音速分離技術(shù)可以說(shuō)是目前比較新穎的天然出將近53%"; 2)能耗大，吸附劑難以實(shí)現再生需氣脫水凈化技術(shù)，雖然目前并未大規模的投人使用，要經(jīng)常更換; 3)分子篩的再生、回收困難”。但是在筆者看來(lái)未來(lái)的5~10 a這種技術(shù)將被廣泛的2.3低溫冷凝應用到各大天然氣處理廠(chǎng)心。同常規脫水技術(shù)相比，該技術(shù)主要是利用膨脹降溫達到脫水目的，屬具有設備結構簡(jiǎn)單、投資小、效率高、對氣體無(wú)污染、于物理法脫水。傳統的方法是使氣體經(jīng)絕熱可逆膨不會(huì )形成水合物且對環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，但是其缺點(diǎn)脹致使溫度降低，使氣態(tài)水冷凝液化后分離出來(lái)。是壓力損失過(guò)大。由于我國天然氣開(kāi)采具有壓降快和其工藝流程包括:熱交換、氣液分離、制冷和排液流量變化大的特點(diǎn)，超音速脫水技術(shù)在我國的應用還四部分。目前，天然氣行業(yè)中比較常見(jiàn)的設備是J-T存在一-定的問(wèn)題，有待于進(jìn)一步改進(jìn)。(下轉第1552 頁(yè))1552當代化工2015年7月能更顯著(zhù)。[5]杜金虎,何海清,楊濤.等中國致密油勘探進(jìn)展及面臨的挑戰J小，中國石油勘探,2014(1):1-9.4結論與建議[6]趙政璋,杜金虎鄒才能，等致密油氣[M.北京: 石油工業(yè)出版社,201我國致密油分布廣泛，儲量巨大，是一種有效2.Zhao Zhengzhang,Du Jinhu,Zhou Caineng, et al. Tight oil and gas[M]. Petoleum Industry Press, 2014(1):1-9的接替能源，對其進(jìn)行開(kāi)發(fā)意義巨大。在目前廣泛[7]方文超。姜漢橋，孫彬峰。等.致密油藏特征及- -種新型開(kāi)發(fā)技術(shù)開(kāi)展的長(cháng)水平井多段壓裂的基礎上，探索利用滲吸I科技導報, 2014, 327);: 71-76.的方法使裂縫中的水進(jìn)入致密基質(zhì)，對基質(zhì)中原油[8]劉英輝朱筱敏,等.準噶爾盆地烏-夏地區二疊系風(fēng)城組致密油儲層進(jìn)行有效動(dòng)用將成為致密油開(kāi)發(fā)的一種有效 方法。特征D]巖性油氣藏20148):67-70.但針對滲吸過(guò)程中，原油如何通過(guò)致密基質(zhì)中的喉[9]陳轉轉高永利等隴東地區長(cháng)7致密油儲層微觀(guān)孔喉結構特征[].西安石油大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版20143):29-32.道從而進(jìn)人裂縫被采出，是致密油滲吸中的一-個(gè)關(guān)10]張星低滲透砂巖油藏滲吸規律研究[M]I.北京:中國石化出版社,鍵問(wèn)題。表面活性劑的有效利用，將成為提高致密2013.油滲吸采出程度的重要手段。[ 11 ] Weixing wangZhiang Zhou,K Nandakumar,et alffet of charged eoloidal particles on adsorpion of surfaclants al oil-water interfue參考文獻:e[]Journal of Colloid and Interface Science,2004,274(2):625-630.[ 1 ] Cander H.WV hat is unconventional resources[R].Long Beach,Californi[ 12 ]P.Somasundaran and LHuangAdsorption/aggregation of surfactantsa:AAPC Annual Convention and Exhibition.2012.and their mistures at solid-liquid interfacesJILAdvances in Colli[2] Ledigham.Glen w, Santigo Pool.Kem CoutyCalifomia: Geologicald and Interface Seienc.2000.88(1-2):179 -208note/JLAAPG Bllin947.311):2063-3067.[3]鄒才能，朱如凱.常規與非常規油氣聚集類(lèi)型、特征、機理及展望[13]李衛成張艷梅王芳,朱靜，葉博應用恒速壓汞技術(shù)研究致密油儲層微觀(guān)孔喉特征一以鄂爾多斯 盆地上三疊統延長(cháng)組為例D巖].石油學(xué)報, 2012, 332);180-181.性油氣藏,2012.06.60- -65.[4]賈承造，鄒才能，李建忠，等.中國致密油評價(jià)標準、主要類(lèi)型、基本特征及資源前景[D].石油學(xué)報，2012, 33(3): 343- 350.(上接第1549頁(yè))Engineering, 2014,17:26-32.3.結論[4]劉麗天然氣膜法脫水凈 化技術(shù)及應用[J].當代化工, 2001(04):天然氣的高效開(kāi)發(fā)和利用越來(lái)越受到人們的214- 218.重視，可以預見(jiàn)，隨著(zhù)科技的進(jìn)步，未來(lái)會(huì )有更多[5] 陳召財,任亞峰,趙興懷等分子篩脫水工藝分析與比較[]化學(xué)的新技術(shù)、新方法來(lái)投人到天然氣脫水凈化當中。工程與裝備,20202);121-122.現階段應用于天然氣脫水的技術(shù)方法比較多,這就[6]李明,魏志強張磊等分子篩脫水裝置節能探討國石油與天然氣化工，201241(02):156- 160.要求我們，應結合脫水的要求、處理規模并結合各[7] Zou C, Zhao P, Wang M, et al. Failure analysis and faults diagnosis種脫水方法的特點(diǎn)進(jìn)行經(jīng)濟和技術(shù)方面的綜合論of molecular sieve in natural gas deyration[J]. Engineering證，從而選擇最為合適的方法和脫水工藝。另外, .Failure Analysis, 2013,34:115-120.如何將已有的脫水工藝與新型的膜、超音速等脫水[8]胡梅花油氣田天然氣脫水技術(shù)分析[D]中國科技信息2011(16)5方法結合，形成一-種新型的集成脫水技術(shù),最終實(shí)9-60.9] LiuL, Chen y, Kang y, et al. An Industial Scale Dehydration現對天然氣進(jìn)行高效脫水將是我們必須解決的問(wèn)Process for Natural Gas Involving Membranes[J]. Chemical題。Engineering & Technology,2001,24(10):1045.[10] Okimoto F, Brouwer JM. Supersonic Gas Conditining[]. Worldoil, 2002, 223(8): 170-1178.[1]王念兵， 王東芳張輝天然氣三甘醇脫水系統工藝技術(shù)[J]油氣[ 11] Wen C, Cao X, Yang Y, et al. Evaluation of natural gas dehydration田地面工程, 203,22(5):80.in supersonic swirling separators applying the Discrete Particle[2] 謝滔宋保建,目蕾等.國內外天然氣脫水工藝技術(shù)現狀調研[]Method[]- Advanced Powder Technology, 2()228-233..科技創(chuàng )新與應用，20121):48-4.[12]鮑玲玲. 超音速天然氣脫水技術(shù)在油氣分離上的應用研究[].[3] Ghasi M M, Bahadori A, Zendehboudi s. 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