【脱水脱烃学习资料】

  脱水脱烃 精品文档 精品文档 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 精品文档 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 天然气脱水脱烃技术探讨研究应用进展 摘要：本文首先探讨了天然气体脱水脱烃的必要性，介绍了目前使用比较广泛的脱水脱烃技术，并就各自的优缺点进行了阐述，同时介绍了目前国内外较为先进的天然气脱水脱烃技术及其发展概况。 关键词：天然气脱水；天然气脱烃；新技术 1概述 天然气中往往含有饱和水、天然气凝液（NGL）等，为满足天然气气质指标和深度分离的过程的需要，同时也是为满足天然气在管输的条件下对水露点和烃露点的要求，必须要将天然气中的饱和水、天然气凝液去除。 天然气水合物，又称笼形包合物(Clathrate)，从外表看象冰，发现于19世纪。它是在一定条件(合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、pH值等)下由水和天然气组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物，其遇火即可燃烧。天然气水合物的形成与沉淀给输气管道、气井和一些工厂设备带来了很多麻烦。而天然气凝液的存在增加了管道的运输压力，天然气凝液的回收避免了气液两相的流动，同时具有较大的经济效益。 2常用天然气脱水方法 2.1低温分离法 2.1.1节流膨胀制冷 低温分离法主要有节流膨胀制冷法和外部制冷法。膨胀制冷法又有JT阀节流制冷、膨胀机制冷等方法。节流制冷法为防止天然气温度在节流阀之前、后迅速降低而生成水合物，在预冷器前需要注入水合物抑制剂，以防止水合物的生成。采用节流制冷法脱水，装置设备简单，一次性投资低，装置操作费用较低。该方法大多数都用在有压力能可供利用的高压气田。 优点：设备简单，占地面积小(不需后增压设备)；投资低，装置操作费用低。 缺点：只适用于高压天然气且有足够压力能可利用的气田天然气处理，对于压降小的天然气，达不到足够的水露点要求。如果只有少数的压力能可利用而一定要采用增压时，装置的投资和运行的成本将会较高。 2.1.2外部制冷法 对油田生产的伴生气以及小压差油气田而言， 通常都没有可供气体节流降温的自然压力能， 而要将其升压后再节流降温则又很不经济， 这时大多采用外部致冷的方式冷却天然气，将其中的会影响天然气输送的那部分气相水和NGL组分冷凝并分离出来，以满足输气的水露点和烃露点要求。油田用于外部致冷的冷剂要有氨（NH3）和丙烷(C3H8)两种。其特点是：氨的单位质量的制冷量比丙烷大得多，是最具经济价值的冷剂，但需要水冷；丙烷单位质量的制冷量虽然比氨低得多，但能够使用空冷，并且“ 浅脱” 装置所需致冷用丙烷可很方便地从油田NGL分馏装置得到，因此，在缺水地区建设“浅脱”装置时，致冷系统使用丙烷作冷剂成为一种最佳的选择。 2.2固体吸附法 该法是利用干燥剂吸附张力使气体的水分子燥剂内孔吸附而从天然气中除去的方法。常用的干燥剂有硅胶、分子筛等。该类方法中分子筛脱水应用最广泛，技术成熟可靠，脱水后干气含水量可低至1×10-6，采用分子筛脱水后的干天然气水露点可低至-100℃，能够完全满足管输对天然气的露点要求，这类方法适用于深度脱水装置。而且适应下游深冷法回收液化石油气和轻油的轻烃 优点：脱水后干气中水含量可低至1×10-6，水露点可低至-100℃； 缺点：设备投资和操作费用较高；气体压降大；吸附剂易破碎；再生耗热量较高；再生气气量较大，压力较低。 应用场合：水露点降高以及需要深度脱水的场合，如下游有采用深冷法回收乙烷或液化石油气的轻烃回收装置，则一定要采用分子筛法脱水，以避免形成水合物，堵塞管道、阀门以及膨胀机人口。 2.3溶剂吸收法 溶剂吸收法是利用脱水溶剂的良好吸水性能,通过在吸收塔内天然气与溶剂逆流接触进行气、液传质以脱除天然气中的水分。脱水剂中甘醇类化合物应用最为广泛,其中三甘醇(TEG) 溶剂为最佳。TEG在操作条件下性质稳定,吸湿性高,容易再生,蒸气压低,气态携带损失小,但装置投资和操作费用高。 采用三甘醇脱水后的干天然气水露点远低于-10℃ 优点：TEG溶液在操作温度下性质稳定，吸湿性高；容易再生成99％以上的浓度；蒸气压低，气相携带损失小；装置简单易操作，占地面积小；装置投资及运行的成本较低；气体压降小。 缺点：天然气中存在轻质油时，会有某些特定的程度的发泡倾向，有时需加入消泡剂；含有酸性组分(如C02、H2S)的天然气在脱水过程中，会腐蚀设备、管道，会使三甘醇溶液呈酸性，有时需加入缓蚀剂或中和剂。 3天然气脱烃工艺方法 根据是否回收乙烷，轻烃回收装置可分为两大类：一类以回收C2+为目的；另一类以回收C3+为目的。目前国内油气田大部分轻烃回收装置主要以回收C3+，生产液化石油气等产品为设计目标。 3.1低温分离法 低温分离法是利用在很多压力下，天然气各组分的挥发度不同，将天然气冷却至露点温度以下，得到一部分含轻烃的天然气凝液，并使之与气体分离的过程。这一方法的特点是投资和运行的成本较低。高压气田采用的节流膨胀制冷方法。（根据天然气中凝液的多少来确定需浅冷还是深冷工艺）；外制冷法（丙烷制冷、氨制冷）。工业上采用的制冷方法大致有:节流制冷、膨胀机制冷、热分离机制冷、外冷源制冷和复合制冷 低温分离方法存在的问题： 混合气体温度较为难控制（井场存在高压、低压气体，温度不稳定，为避免水合物的生成，所以要加热到一定的温度，产生的气井气需要分别加温。 水合物抑制剂消耗量大，或其需要再生脱除。 随着气田的不断开发，可通过的压差会有减小的趋势。 3.2油吸收法 油吸收法是基于天然气中各组分吸收油中溶解度的差异而使得不同烃类气体得以分离的方法，由于该方法具有系统压降小、允许使用碳钢材料、对原料气预处理没有严格要求，单套解决能力大等优点。但是由于生产所带来的成本高、轻烃回收率低，目前使用该法的装置不多见。 3.3吸附法 吸附法是利用具有多孔结构的固体吸附剂对烃类组分吸附能力的强弱的差异而使得烃类气体得以分离的方法。该法适用于天然气中重烃含量不高、处理规模小的情况。它具有工艺流程简单、投资少的优点，但是同时也存在运行成本高、产品局限性大、能耗大等缺点。由于吸附剂容量的问题，一直未得到比较广泛的工业应用。 4天然气脱水脱烃新技术 4.1超音速分离技术（3S） 3S（超音速分离器）是一种新型节流膨胀制冷设备，近年来用于天然气脱水脱烃取得很大进展。3S与J-T阀的主要不同之处在于：天然气经3S节流降温泠凝分离出会影响输送的水和NGL组分后，其经喷嘴节流损失的压力会大部分得以恢复，从而大幅度减少了天然气的压力损失。在相同压力降的情况下，3S具有比J-T阀大得多的温降，其制冷效率远高于J-T阀， 因此倍受天然气开发商的青睐。需要说明两点： ①用温降法达到的水露点和烃露点是相同的；②用3S脱除那些含NGL组分很少的气层天然气水时，不一定需要加人水合物抑制剂， 从而更进一步简化了天然气脱水系统。 图一 3S脱水脱烃工艺流程 4.2 IFPEX-1 IFPEX-1系法国研究开发的脱水脱烃新方法, 经前置分离系统除去同体杂质和游离液体的进料天然气分成两支，其中一支作为气提气进入IFPEX-1塔下部，从下向上流动，与来自低温分离器的含水甲醇液逆流接触，将其中的甲醇全部气提出来并随气提气从塔顶流出， 与另一支进料天然气汇合，进入低温系统冷却；从塔底排出的水量是为满足水露点要求而从进料天然气中脱除的，能回收利用。塔顶流出的气提气中所含甲醇量足以防止混合后的天然气在其后的管输和低温过程中生成水合物。在低温过程中冷凝下来的烃和醇水混合物，在一个低温三相分离器中进行分离。天然气的冷却温度由外输天然气要求的水露点和烃露点决定，外部致冷常用的制冷工艺和制冷剂都可用于IFPEX-1装置的致冷。 图二 IFPEX-1脱水脱烃流程 IFPEX-1与其他喷注水合物抑制剂的外部致冷脱水脱烃工艺相比，具有以下优点：①不需要另设甲醇再生系统，因而没有加热设备，不仅简化了工艺流程和设备，而且大大增强了脱水脱烃作业的安全性；②无废气排出，不会对大气造成污染；③IFPEX-1 塔底排出的水已脱除了甲醇和烃类，可以直接回收进行再利用；④NGL中所含甲醇可通过简单水洗回收，对NGL的进一步处理和加工不会带来不利影响；⑤由于是低温系统，因此甲醇不降解，不腐蚀，不起泡；⑥除IFPEX-1塔较高外，别的设备重量轻、体积小，因此是海上和空间受限场所实施脱水脱烃作业的理想方法。 4.3几种轻烃回收新技术 当前,国内外已开发成功的轻烃回收新技术有:轻油回流、涡流管、气波机、膜分离、变压吸附技术(PSA) 、直接换热(DHX) 技术等。这些新技术最主要的优势还是表现在节能降耗和提高轻烃收率两方面,它们代表了轻烃回收技术的发展趋势。 4.3.1 轻油回流是利用油的吸收作用,通过增加一台轻油回流泵将液化气塔后的部分轻油返注入蒸发器之前,提高液化率。这一方法增加了制冷系统的冷负荷,但与提高分离压力相比所需的能耗较低,对外冷法工艺不失为一种简单有效的方法。研究表明,轻油回流大多数都用在外冷浅冷工艺,且在较低压力下的经济效益比在较高压力下显著。 4.3.2 涡流管技术早在20世纪30年代国外就对其进行了研究,但直到80 年代才用于回收天然气中的轻烃。由于涡流管具有结构紧密相连、体积小、重量轻、易加工、无运动部件、不需要吸收(附) 剂、无需定期检修、成本低、安全可靠、可迅速开停车、易于调节和C3 +收率高等优点,故国外已将涡流管技术用于天然气轻烃回收,特别是对边远油气田具有其它方法难以取代的使用价值。天然气靠自身的压力通过涡流管时被分为冷、热流股,构成一个封闭的能量循环系统,可有效回收天然气中的液烃,脱除天然气中的水分,从而获得干燥的天然气。 4.3.3 采用气波机技术能回收天然气中的部分轻烃。大连理工大学已开发出了气波机脱水的成套技术。 4.3.4 膜分离技术 近年在国外膜分离技术应用于气体分离有较大发展。用于气体分离的膜材料按材质大致分为多孔质膜和非多孔质膜,它们的渗透机理完全不同。多孔质膜分离是依靠各种气体分子渗透速度的不同达到分离目的；而非多孔质膜分离属溶解扩散机理,气体渗透过程分为三个阶段:气体分子溶解于膜表面；溶解的气体分子在膜内扩散、移动；气体分子从膜的另一侧解吸。目前轻烃回收包括其它气体分离上常用的是非多孔质膜。膜分离技术在轻烃回收和天然气脱水方面的应用具有非常好的发展前途。据国外预测,气体分离膜将是21世纪产业的基础技术之一。 4.3.5 P 图三 PSA分离天然气中C3组分工艺流程 PSA是60年代发展起来的一种气体分离技术,大多数都用在气体分离、回收或精制。90年代西南化工研究院开发了PSA分离

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