天然气脱水方法综述

第44卷第7期当代化工Vo1.44,No.72015年7月Contemporary Chemical IndustryJuy,2015天然气脱水方法综述刘建勋,宁雯宇(中国石油大学(北京),北京102249)要:目前,国内天然气行业正进入高速发展的历史新格局,天然气的高效开发和利用已成为未来能源发展的新课题。所以,未来天然气高效脱水技术将是一个重要的研究方向。现阶段工业上天然气脱水方法主要有:三甘醇脱水(TEG)、分子筛脱水、低温脱水。近年来膜分离和超音速这两种新型技术正日益受到人们的关注,发展迅速。这两种新技术在天然气脱水方面具有结构简单、能耗低、运行维护费用小、操作简单、污染小等特点。从根本上弥补了以往天然气脱水技术系统复杂、体积庞大、高能耗、维护费用高、污染大的特点。未来以膜、超音速脱水为代表的新技术将会有很大的发展空间。关键词:天然气;膜脱水;超音速;高效中图分类号:TE624文献标识码:A文章编号:1671-0460(2015)07-1548-02Natural Gas Dehydration MethodsLIUJian-xun, NING Wen-yuChina University of Petroleum, Beijing 102249, ChinaAbstract: 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 efficient gasdehydration technology is an important part of the effective 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 manycharacteristics, such as simple structure, low energy consumption, low operation and maintenance cost, and lotllution. The new film and supersonic dehydration technologies will be a great space for developmentKey words: Natural gas; Membrane dehydration; Supersonic; Efficient改革开放以来,我国的石油天然气行业得到了中冷凝液化成液态水进而形成水合物,造成管道、仪大力发展,人们的消费意识也不断增强,彻底摆脱表的堵塞,同时天然气管道中的液态水积聚在管低洼了自给自足的生产模式,致使天然气的需求也日益处,还会降低管道的输送能力,增加输送成本;管道增长。美国的天然气消费量高达6200亿ma,全中的酸性气体如,等溶于水中将形成酸液,还会引起世界天然气的总消费量达到95000亿m/a,而我国管道内壁的腐蚀,因此在对其输送使用之前必须进行2012年天然气的表观消费量达到了1475亿m,预相关的处理,以达到相关规范的要求。目前,天然气计到2020年天然气需求量将达到3000亿m。可以净化方法包括:分离和过滤、冷凝分离、吸附法、吸预见,未来的5~10a将是我国的天然气行业蓬勃发收法、直接转化法和综合法等。而应用最多的三种方展的新时期。天然气高速发展的同时,随之而来的法是:三甘醇(TEG)脱水、分子筛脱水、低温脱水。环境问题也必须引起人们的关注,由此未来天然气近年来以膜分离和超音速法脱水为代表的新型脱水净化处理行业也会也来越受到人们的重视,其在天技术正日益受到人们的关注,相信这些新技术在不远然气工业中的地位也会越来越重要,这必将增大国的将来颠覆以往的天然气脱水技术。家在天然气净化行业中的投入2天然气脱水方法1天然气脱水的必要性2.1三甘醇脱水从地下储气层中开采出来的天然气往往含有水三甘醇脱水属于溶剂吸收法的范畴,目前是天和水蒸气等有害物质,在对其输送之前,必须要进行然气行业中应用最广泛的脱水技术。其工艺设备主相应的处理,以及防止天然气中的水蒸气在输送过程要包括:吸收TH中国煤化工器、闪蒸罐CNMHG收到日期:2015-04-29作者筒介:刘建勋(1991-),男,河南人,中国石油大学(北京)在读研究生,2014年毕业于辽宁石油化工大学油气储运工程专业,研究方向油气集输及地面工程。E-mail:134705893@q第44卷第7期刘建勋,等:天然气脱水方法综述1549及换热器等。三甘醇法稳定性好、易再生、脱水后阀和透平膨胀机。对于高压天然气这种方法是最经天然气露点至少可以降低-55℃。目前美国使用的天济合理的,并且已经在国内得到广泛应用。长庆采然气脱水工艺中,三甘醇法脱水占到大约85%,而海气二厂、塔里木克拉2等均采用该方法N,但是由上天然气平台脱水占得比例更高,达到了95%。于气体膨胀节流后,其温度往往会低于水合物形成虽然就目前来看,TEG技术占得比例很大,但温度,因此应用该方法进行节流脱水时,需注入乙是这种方法尚且存在一些问题主要是:系统比较复二醇抑制剂来抑制水合物的形成。另外低温冷凝分杂;TG溶液再生能耗大;易被污染损失大,需要离法的能耗费用比三甘醇脱水还要高,设备复杂投及时补充和净化, Ghiasi用神经网络的方法对TEG资比较大,这些都是制约其发展的主要因素。的纯度进行了预测;易被氧化生成强腐蚀性的有机2.4膜脱水酸;TEG脱水设备庞大,系统复杂维修不便;其次近20多年来,膜分离技术作为一种新型的气体目前使用的撬装结构多为进口,虽然性能稳定但是分离处理手段,凭借其设备简单、能耗小、分离效投资和运行成本比较高,消耗品价格昂贵。因此三率高、自动化及卫生程度高等优点,已经逐步被人亻甘醇脱水比较适合较大规模的天然气脱水,小规模所重视,并且已经开始代替传统的脱水方法。膜分的天然气处理厂很难支付高额的维护费用,目前这离技术主要是利用半透膜的选择性机理,目前工业种技术主要应用于集气站等大型天然气处理厂。中用到的主要是中空纤维膜。膜分离法在天然气22分子筛脱水中有其独特的优点,未来的发展潜力巨大,但天然气常用的固体干燥剂包括:活性氧化铝、是从目前应用情况来看,至今尚未能在工业上得到硅胶和分子筛。其中分子筛较另外两种更为常用,广泛的采用,可以说膜法脱水技术在天然气行业的分子筛脱水类似三甘醇同属于物理方法,主要依靠应用范围还较窄,而且规模不大。其内部的丰富的孔洞实现对天然气的脱水,该项脱就目前情况来看,现阶段膜分离技术仍然要向水技术较为成熟,而且分子筛设备简单操作方便,基础研究方面侧重,高性能膜材料的研制仍然是首在国内外被广泛应用要问题,气体膜分离技术将会是未来天然气脱水技分子筛吸附脱水主要是利用其内部孔道、空腔术的一个重要分支,如何与传统脱水工艺结合,实依靠分子引力和热扩散原理实现对天然气中水的吸现最优组合和最低投资,达到相互促进将是未来膜附进而除掉天然气气体混合物中的水蒸气。常用的技术的有一个新的发展方向。分子筛有3A型、4A型和5A型。按照再生压力对2.5超音速分子筛进行分类,可分为变温再生(TSA)和变压再超音速分离器具有良好的脱水性能;在无需任生(PSA)两大类。传统的分子筛的吸附表面积较何外界物质的条件下,其最大露点降约为20℃。大,具有高效的吸附容量,寿命较长,有较高的吸超音速技术最早应用Iava喷管进行空调制冷, Shell附能力组分不易被破坏,再生能力强,所需原料价公司于1997年开始研发超音速脱水技术,之后的格低廉、货源充足等特性,得到了较广泛的应用。几年一直是 Stork product engineerin、Shl及TU/e但分子筛脱水装置的能耗通常较高,特别是对于处等在进行基础研究。超音速分离器具有紧凑的高理量较小的裝置。由于分子筛脱水之后能使天然气压系统能够选择性的出去天然气中的水分,并且不露点能降低到-73℃,甚至-100℃,故其多用于天影响气体中烃类的含量。不仅如此,文献利用湿然气液化前的脱水工艺中。分子筛脱水的主要缺点:空气作为工作流体进行了反复试验,结果发现超音1)设备投资和操作费用比较大,达到相同露点时,速分离器的分离效率可达到94%左右。建设一座处理量/的处理站,其投资比TEG法高超音速分离技术可以说是目前比较新颖的天然出将近53%;2)能耗大,吸附剂难以实现再生需气脱水净化技术,虽然目前并未大规模的投入使用,要经常更换;3)分子筛的再生、回收困难但是在笔者看来未来的5~10a这种技术将被广泛的23低温冷凝应用到各大天然气处理厂。同常规脱水技术相比,该技术主要是利用膨胀降温达到脱水目的,属具有设备结构简单、投资小、效率高、对气体无污染于物理法脱水。传统的方法是使气体经绝热可逆膨不会形成水合物且对环境无污染等优点,但是其缺点胀致使温度降低,使气态水冷凝液化后分离出来。是压力损失过王盐气无亚具有压降快和其工艺流程包括:热交换、气液分离、制冷和排液流量变化大的四部分。目前,天然气行业中比较常见的设备是J-T存在一定的问rrHa中国煤化工我国的应用还CNMHG。、转第1552页)1552当代化工2015年7月能更显著[5]杜金虎何海清杨涛等中国致密油勘探进展及面临的挑战中国石油4结论与建议[6]赵政璋杜金虎、邹才能等致密油气M北京:石油工业出版社,201我国致密油分布广泛,储量巨大,是一种有效2. Zhao Zhengzhang Du Jinhu, Zhou Caineng, et al. Tight oil and ga的接替能源,对其进行开发意义巨大。在目前广泛S[]. Petroleum Industry Press, 2014(1): 1-97」方文超,姜汉桥,孙彬峰,等.致密油藏特征及一种新型开发技术开展的长水平井多段压裂的基础上,探索利用渗吸科技导报,2014,32(7:71-76.的方法使裂缝中的水进入致密基质,对基质中原油[8]刘英辉朱筱敏等准噶尔盆地乌-夏地区二叠系风城组致密油储层进行有效动用将成为致密油开发的一种有效方法。待征J岩性油气藏,20148:67-70但针对渗吸过程中,原油如何通过致密基质中的喉9]陈转转高永利等陇东地区长7致密油储层微观孔喉结构特征卩道从而进入裂缝被采出,是致密油渗吸中的一个关西安石油大学学报自然科学版204(3):29-32[10]张星低渗透砂岩油藏渗吸规律研究IM.北京:中国石化出版社键问题。表面活性剂的有效利用,将成为提高致密2013油渗吸采出程度的重要手段[Il] Weixing wang Zhiang Zhou, K Nandakumar, et al. Effect of chargelloidal particles on adsorption of surfactants at oil-water interfac参考文献e[J]Journal of Colloid and Interface Science, 2004. 274(2): 625-630.1] Cander H. What is unconventional resources(R). Long Beach, Californi [12 ]PSomasundaran and L Huang. Adsorption/aggregation of surfactantsa: AAPG Annual Convention and Exhibition 2012nd their mixtures at solid-liquid interfaces[J). Advances in Colloi[2]Ledingham, Glen W, Antigo Pool, Kem County, Califomia:Geologicald and Interface Science, 2000, 88(1-2): 179-208noteJL.AAPG Bulletin, 1947,31(11): 2063-306713]李卫成张艳梅,王芳朱静,叶博.应用恒速压汞技术研究致密油储3]邹才能,朱如凯.常规与非常规油气聚集类型、特征、机理及展望层微观孔喉特征——以鄂尔多斯盆地上三叠统延长组为例几岩门石油学报,2012,33(2):180-181性油气藏,2012,06:60-65[4]贾承造,邹才能,李建忠,等.中国致密油评价标准、主要类型基本特征及资源前景石油学报,2012,33(3):343-350(上接第1549页)结论Engineering, 2014, 17: 26-32.天然气的高效开发和利用越来越受到人们的[4]刘丽天然气膜法脱水净化技术及应用小当代化工,2001(04214-218重视,可以预见,随着科技的进步,未来会有更多5]陈召财任亚峰赵兴怀等分子筛脱水工艺分析与比较[化学的新技术、新方法来投入到天然气脱水净化当中。工程与装备,2012(02):121-122现阶段应用于天然气脱水的技术方法比较多,这就6]李明,魏志强,张磊等分子筛脱水装置节能探讨[石油与天然气要求我们,应结合脱水的要求、处理规模并结合各化工,201241(02:156-167] Zou C, Zhao P, Wang M, et al. Failure analysis and faults diagnosis种脱水方法的特点进行经济和技术方面的综合论of molecular sieve in natural gas dehydration[J]. Engineering证,从而选择最为合适的方法和脱水工艺。另外,Failure Analysis, 2013, 34: 115-120如何将已有的脱水工艺与新型的膜、超音速等脱水8]胡梅花油气田天然气脱水技术分析[中国科技信息011(16):5方法结合,形成一种新型的集成脱水技术,最终实现对天然气进行高效脱水将是我们必须解决的问[9] Liu L, Chen Y, Kang Y, et al. 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