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(guó)石油大學(xué)(北京)，北京102249 )摘要:目前，國(guó)內(nèi)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。現(xiàn)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耗低、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用小、操作簡(jiǎn)單、污染小等特點(diǎn)。從根本上彌補(bǔ)了以往天然氣脫水技術(shù)系統(tǒng)復(fù)雜、體積龐大、高能耗、維護(hù)費(fèi)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;高效中圖分類號(hào): TE 624文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A文章編號(hào): 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(guó)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(fèi)意識(shí)也不斷增強(qiáng)，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(zhǎng)。美國(guó)的天然氣消費(fèi)量高達(dá)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(fèi)量達(dá)到95000億m'/a,而我國(guó)管道內(nèi)壁的腐蝕，因此在對(duì)其輸送使用之前必須進(jìn)行2012年天然氣的表觀消費(fèi)量達(dá)到了1475億m'，預(yù)相關(guān)的處理，以達(dá)到相關(guān)規(guī)范的要求。目前，天然氣計(jì)到2020年天然氣需求量將達(dá)到3000億m'。可以凈化方法包括:分離和過(guò)濾、冷凝分離、吸附法、吸預(yù)見(jiàn)，未來(lái)的5~10 a將是我國(guó)的天然氣行業(yè)蓬勃發(fā)收法、直接轉(zhuǎn)化法和綜合法等。而應(yīng)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(yuǎn)然氣工業(yè)中的地位也會(huì)越來(lái)越重要，這必將增大國(guó)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(chǔ)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(duì)其輸送之前，必須要進(jìn)行然氣行業(yè)中應(yīng)用最廣泛的脫水技術(shù)。其工藝設(shè)備主相應(yīng)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(guó)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(chǔ)運(yùn)工程專業(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(wěn)定性好、易再生、脫水后閥和透平膨脹機(jī)。對(duì)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(guó)使用的天濟(jì)合理的，并且已經(jīng)在國(guó)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。長(zhǎng)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、塔里木克拉2等均采用該方法”，但是由上天然氣平臺(tái)脫水占得比例更高,達(dá)到了95%”。于氣體膨脹節(jié)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(yīng)用該方法進(jìn)行節(jié)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(tǒng)比較復(fù)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(fèi)用比三甘醇脫水還要高，設(shè)備復(fù)雜投及時(shí)補(bǔ)充和凈化，Ghiasi用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法對(duì) 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(yù)測(cè);易被氧化生成強(qiáng)腐蝕性的有機(jī)2.4 膜脫水酸; TEG脫水設(shè)備龐大，系統(tǒng)復(fù)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(jié)構(gòu)多為進(jìn)口，雖然性能穩(wěn)定但是分離處理手段，憑借其設(shè)備簡(jiǎn)單、能耗小、分離效投資和運(yùn)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(wèi)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(guī)模的天然氣脫水，小規(guī)模所重視，并且已經(jīng)開(kāi)始代替?zhèn)鹘y(tǒng)的脫水方法。膜分的天然氣處理廠很難支付高額的維護(hù)費(fèi)用，目前這離技術(shù)主要是利用半透膜的選擇性機(jī)理，目前工業(yè)種技術(shù)主要應(yīng)用于集氣站等大型天然氣處理廠州。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(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，未來(lái)的發(fā)展?jié)摿薮螅烊粴獬Ｓ玫墓腆w干燥劑包括:活性氧化鋁、是從目前應(yīng)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)的分子篩脫水類似三甘醇同屬于物理方法，主要依靠應(yīng)用范圍還較窄，而且規(guī)模不大。其內(nèi)部的豐富的孔洞實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣的脫水，該項(xiàng)脫就目前情況來(lái)看,現(xiàn)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(shè)備簡(jiǎn)單操作方便基礎(chǔ)研究方面?zhèn)戎?，高性能膜材料的研制仍然是首在?guó)內(nèi)外被廣泛應(yīng)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(nèi)部孔道、空腔術(shù)的一一個(gè)重要分支，如何與傳統(tǒng)脫水工藝結(jié)合，實(shí)依靠分子引力和熱擴(kuò)散原理實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣中水的吸現(xiàn)最優(yōu)組合和最低投資，達(dá)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(duì)2.5 超音速分子篩進(jìn)行分類，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5。傳統(tǒng)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(zhǎng)，有較高的吸超音速技術(shù)最早應(yīng)用Laval噴管進(jìn)行空調(diào)制冷, Shell附能力組分不易被破壞，再生能力強(qiáng)，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(yīng)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(duì)于處等在進(jìn)行基礎(chǔ)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(tǒng)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的含量。不僅如此，文獻(xiàn)"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(fù)試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)超音1 )設(shè)備投資和操作費(fèi)用比較大，達(dá)到相同露點(diǎn)時(shí),速分離器的分離效率可達(dá)到94%左右。建設(shè)- -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(xiàn)再生需氣脫水凈化技術(shù)，雖然目前并未大規(guī)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(yīng)用到各大天然氣處理廠心。同常規(guī)脫水技術(shù)相比，該技術(shù)主要是利用膨脹降溫達(dá)到脫水目的，屬具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資小、效率高、對(duì)氣體無(wú)污染、于物理法脫水。傳統(tǒng)的方法是使氣體經(jīng)絕熱可逆膨不會(huì)形成水合物且對(duì)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(guó)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(guó)的應(yīng)用還四部分。目前，天然氣行業(yè)中比較常見(jiàn)的設(shè)備是J-T存在一-定的問(wèn)題，有待于進(jìn)一步改進(jìn)。(下轉(zhuǎn)第1552 頁(yè))1552當(dāng)代化工2015年7月能更顯著。[5]杜金虎,何海清,楊濤.等中國(guó)致密油勘探進(jìn)展及面臨的挑戰(zhàn)J小，中國(guó)石油勘探,2014(1):1-9.4結(jié)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(guó)致密油分布廣泛，儲(chǔ)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(duì)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(zhǎng)水平井多段壓裂的基礎(chǔ)上，探索利用滲吸I科技導(dǎo)報(bào), 2014, 327);: 71-76.的方法使裂縫中的水進(jìn)入致密基質(zhì)，對(duì)基質(zhì)中原油[8]劉英輝朱筱敏,等.準(zhǔn)噶爾盆地烏-夏地區(qū)二疊系風(fēng)城組致密油儲(chǔ)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(duì)滲吸過(guò)程中，原油如何通過(guò)致密基質(zhì)中的喉[9]陳轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)高永利等隴東地區(qū)長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征[].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào):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(guī)律研究[M]I.北京:中國(guó)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(xiàn):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(guī)與非常規(guī)油氣聚集類型、特征、機(jī)理及展望[13]李衛(wèi)成張艷梅王芳,朱靜，葉博應(yīng)用恒速壓汞技術(shù)研究致密油儲(chǔ)層微觀孔喉特征一以鄂爾多斯 盆地上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組為例D巖].石油學(xué)報(bào), 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(guó)致密油評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、主要類型、基本特征及資源前景[D].石油學(xué)報(bào)，2012, 33(3): 343- 350.(上接第1549頁(yè))Engineering, 2014,17:26-32.3.結(jié)論[4]劉麗天然氣膜法脫水凈 化技術(shù)及應(yīng)用[J].當(dāng)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(yù)見(jiàn)，隨著科技的進(jìn)步，未來(lái)會(huì)有更多[5] 陳召財(cái),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(dāng)中。工程與裝備,20202);121-122.現(xiàn)階段應(yīng)用于天然氣脫水的技術(shù)方法比較多,這就[6]李明,魏志強(qiáng)張磊等分子篩脫水裝置節(jié)能探討國(guó)石油與天然氣化工，201241(02):156- 160.要求我們，應(yīng)結(jié)合脫水的要求、處理規(guī)模并結(jié)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(jì)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(guó)科技信息2011(16)5方法結(jié)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(xiàn)對(duì)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(tǒng)工藝技術(shù)[J]油氣[ 11] Wen C, Cao X, Yang Y, et al. 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