【《天然气脱水工艺研街道国内外文献综述》6200字】

天然气脱水工艺研街道国内外文献综述目录TOC\o"1-3"\h\u14522天然气脱水工艺研街道国内外文献综述 1214051.1天然气脱水研究现状 197321.2天然气脱水的现有工艺 27791.3天然气脱水的工艺流程 530444参考文献 81.1天然气脱水研究现状天然气净化通常采用的脱水工艺方法有低温分离、固体吸附和溶剂吸收三类。低温分离的工作原理是利用天然气的饱和含水量随温度下降、压力上升而逐渐减小的特点，使被水汽饱和的天然气降温冷却，或给天然气先增压后再降温的方法。该方法对设备技术要求不高，且操作使用简单、投资低。在实现天然气脱水净化的过程中，主要问题有：天然气压力不够时须增加增压设备或从外部引入冷源，导致成本较高。一些高含硫量的天然气也会污染管道，影响醇液回收，造成尾气排放不达标。考虑安全及环保，低温分离法不适合用在高含硫的天然气脱水处理中。溶剂吸收技术的原理是脱水溶剂有较好的吸水能力，当在吸收塔进行天然气脱水时可利用该溶剂的特点实现脱水净化。一般可用作吸收剂的有三甘醇。在脱水以后，由于天然气水露点远低于-10°C，所以满足天然气运输管道对于天然气水露点的要求。目前经过工艺上的改进，溶剂吸收脱水也在天然气工业中得到了较好的应用，尤其在加大对脱水装置改进的基础上，使三甘醇等吸收剂的消耗量降低，不但满足了生产要求而且还同时实现了环保效益和经济效益。当前，该技术存在的问题是：第一，再生系统本就十分复杂，所以再生能耗量也大；第二，吸收剂容易被污染、容易产生损失，且氧化以后会产生腐蚀性较高的有机酸；第三，脱水设备较大，维护难度大。第四，在天然气中含有轻质油时，会产生发泡倾向，在天然气中含酸性成分时则会对设备造成一定腐蚀。目前采用的脱水装置性能虽好但投资量较大、零配件和消耗品不容易购买，总造价成本很高。固体吸附法利用的是吸附剂的吸附张力，来使天然气中水分子被吸附剂内的孔吸附而除去水分。工业上常用的吸附剂是分子筛，该技术相对成熟所以应用也较广。在实现脱水以后的天然气含水量露点可低于-100°C，满足了管道运输天然气对于露点的要求，也满足了下游生冷回收和轻质油轻烃回收装置要求，在制冷温度很低时还可以回收乙烷。目前该工艺应用存在的问题是，分子筛脱水系统中有大量的干燥器，这些干燥器可分成脱水、再生和吹冷几种状态，另外也包括再生器加热系统，当这些系统综合运作时可保证分子筛脱水系统的正常，但是分子筛系统本身投入较高，加上其所需设备和操作实施的成本也高，所以总造价成本和脱水效果不成正比。近几年来，新技术和新工艺被应用到了天然气脱水处理领域中，比如常见的技术有膜分离脱水技术和超音速脱水技术。这两种技术在进行天然气脱水时设备体积较小、成本较低，且能耗少、操作维护简单、产生的污染少，可以弥补现在天然气脱水处理系统复杂、设备体积大、操作难度大、污染大、总运行成本高的缺陷。所以这些新型脱水技术具有广阔的应用前景。超音速脱水技术将超音速冷凝技术和离心分离技术结合起来，使用超音速分离器，利用天然气在超音速喷管内绝热膨胀降温的特点来实现气态和液烃的分离。目前该技术在国外早已经进入商业广泛应用阶段，而国内目前还处于实验发展阶段。目前，超音速脱水技术主要被应用在天然气进入输送管道运输之前的处理过程中，对于天然气液化之前的脱水处理应用不常见[6]。膜分离脱水系统采用的是生物半透膜，有选择性地进出物质中不同的成分，这样可以使不同成分在电位差、压力差或者浓度差的区别下通过半透膜实现物质传递。天然气膜分离技术也遵循该原理，可使天然气中的不同成分进行有选择地脱离。该技术操作简单、设备和操作实施成本不高，维修量少，安全系数较高，总性价比较高。不过虽然膜分离技术已经基本成熟，然而膜的塑性、溶剂性问题还未得到很好的解决，需要进一步对膜分离技术进行研究改进，才能进一步提高该技术的应用效率和使用范围。1.2天然气脱水的现有工艺一般从油气田里面所提取出来的天然气都含有一定量的水，天然气中的酸性物质和水结合之后就会变成酸性溶液，那么就会使得采气管道所具有的传输效率大大降低，并且还会对管道进行腐蚀，所以需要针对天然气中含有的水分进行处理。天然气净化通常采用的脱水工艺方法有低温分离、固体吸附和溶剂吸收三类方法。1.2.1低温分离法低温分离法主要有膨胀制冷法和丙烷外制冷法。低温分离法常采用膨胀降温使天然气中的水气冷凝并分离，利用气源压力降使能量得到充分的利用。膨胀制冷法又有节流阀制冷、膨胀剂制冷等方法。节流制冷法为防止天然气温度在节流阀之前，迅速降低生成水合物，在预冷器前需加入水合物抑制剂，以防止水合物形成。传统的膨胀脱水方法如节流膨胀、透平机膨胀等方法或适用范围窄，或造价高、系统复杂，应用具有较大的局限性。20世纪90年代国内开发了一项新的天然气脱水净化技术，即气波制冷法。其工作原理是利用天然气自身压力作功，高速气流射人特殊设计的旋转喷嘴周围均布的接受管内，产生的膨胀波使气体降温，获得的冷量使天然气直接制冷，分离脱水后外输。气波制冷可以得到-10~40°C的外输露点，比同规模甘醇脱水装置投资低25％。但其主要缺点是需有“自由”压降利用，脱水后天然气压力大幅降低，不利于长距离气体输送。1.2.2固体吸附法气体中的水蒸气吸附在分子筛、硅胶等吸附剂上达到脱水的目的，通过改变吸附剂压力或温度的方法改变平衡方向再生吸附剂。与甘醇吸收法相比，吸附法脱水后干气体中水含量可低于1×10-6，对进料气温度、压力和流量变化不敏感，小流量脱水较经济。其缺点主要是需高能再生，回收率低，工艺较复杂，吸附剂易中毒和破碎，增大气体压降。因此，除小规模天然气脱水外，吸附法脱水目前在天然气领域应用较少。主要的特点就是功效较高，同时成本较低。这种方法让具有较多孔的固体和天然气进行充分的接触，这样固体的表面就能够对水分进行充分吸收。另外在使用这种方法的时候，要在现场进行吸附塔的配备，这样才能够有效的确保连续吸水过程的实现[7]。1.2.3膜法天然气膜法脱水是近年来发展起来的新技术，它克服了传统净化的许多不足，表现出较大的发展潜力。以膜分离为主要技术内容的天然气干法净化技术近年来在美国等发达国家发展迅速。美国Separeax、Grace和AirProduct等公司相继研制开发出了适合其市场需求的膜技术、膜产品及工艺装置，并进行了大量的工业性试验，在美国、加拿大、日本等国家已进入工业应用。膜法脱水材料主要有聚砜、醋酸纤维素、聚酰亚胺等，制备成中空纤维或卷式膜组件。天然气膜分离技术是利用特殊设计和制备的高分子气体分离膜对天然气中酸性组分的优先选择渗透性，当原料天然气流经膜表面时，其酸性组分(如H2O、CO2和少量H2S)优先透过分离膜而被脱除掉。和其它膜分离一样,膜天然气脱水具有结构简单、可靠性高、操作维修方便、无环境污染操作费用及投资低等特点，它将成为对传统脱水法极具竞争性的新工艺。1.2.4分子筛脱水法分子筛脱水的主要原理是有很多的孔径存在于分子筛当中，这些孔径能过对分子造成一定的隔绝作用，只有当分子筛的孔径大于分子直径时分子才能够进入到孔径当中，同时将那些大于分子筛孔径的分子隔绝在孔径外部，最终实现天然气的脱水。此外，孔径化学组成晶体结构、二氧化硅以及三氧化铝在分子筛中比例都不尽相同，在使用时经常用到的分子筛包括A、X、Y等几种主要的类型。采用分子筛脱水法对天然气进行脱水时，第一步就需要先对原料气进行压缩和冷却，这个过程是在原料气压缩单元内完成的；然后在过滤器中将天然气中一些油、烃以及水雾滴等去除掉，再将水气去除掉。一般情况下，对天然气进行脱水主要使用是两塔流程，在其中一塔进行吸附的过程中保证另一塔的再生和冷却，同时注意要保证两个塔是分开进行工作的，必须要满足其中有一个塔处于干燥吸附状态，另一个塔处于再生和冷却状态。但是缺点是在利用分子筛脱水的过程中不能够对能量进行综合利用，一般情况下利用率都比较低，尤其是当处理装置量不大时，很容易将少量的游离水和液态烃类附带在再生气体循环使用的过程中，这些物质一旦进入吸附塔就会在压力上对吸附塔的负荷造成很大影响，消耗掉更多的能源。此外当再生气体的温度升高时在后续冷却的过程中又会产生很大的能源消耗。所以为了有效减少能源的消耗，应该至少设置两个吸附塔，在进行工艺操作的过程中注意包括压力、温度等在内的多个方面，同时保证分子筛的使用寿命不受到严重影响。第二，操作参不够优化，分子筛在脱水的过程中会用到冷却器，再生气的压力和温度都会对其造成影响。在加热炉中，如果存在过多的再生气很可能造成大量热量的流失，但如果再生气过少又会耗费很多燃料气。在人为操作的过程中对于再生气是能够进行控制的，但是在脱水的过程中难免会用到电子设备，这就必然会造成参数的失误。1.2.5溶剂吸收法溶剂吸收法是利用溶剂与水的亲和力来达到脱水的目的。吸收溶剂一般采用相对分子质量较高的醇类，以三甘醇为例，它的脱水是目前世界上应用最为广泛的天然气脱水技术，适用于较大规模的天然气脱水，主要应用在集气站或集中脱水净化厂[8]。脱水露点降主要由再生甘醇浓度决定，当三甘醇质量分数为98%~99%时，露点降可达33～42°C。该技术露点降要求较低时(22～28°C)较经济，露点降较高时，要求甘醇浓度较高。一般脱除1kg水需甘醇循环量约25~60L，脱水过程中存在甘醇损失。吸收剂再生时会产生苯、甲苯等物质，对环境造成污染。当天然气中含有轻烃液体时，还会引起甘醇起泡、乳化等。这种方法主要是通过一些亲水醇类等溶剂和天然气进行充分接触，这样存在于天然气里面的大部分水分就会被这些溶剂吸收。目前使用比较多的一种方法就是通过三甘醇以及二乙醇形成一个脱水工艺。如果条件允许的话，那么将一个富液汽提塔安装在吸收塔的前部，这样就可以使得被释放的硫化氢再一次返回吸收塔，从而实现脱硫处理，这样效率更高。用于天然气脱水的方法有多种，天然气净化通常采用的脱水工艺方法有溶剂脱水法和固体干燥剂吸附法。溶剂吸收法具有设备投资和操作费用较低的优点，较适合大流量高压天然气的脱水，其中应用最广泛的为三甘醇溶液脱水方法，但其脱水深度有限，露点降一般不超过45°C，而固体干燥剂吸附法脱水后的干气，露点可低于-50°C。当要求水露点小于-35°C，溶剂脱水法难以达到。因此采用三甘醇溶液脱水方法，优点一个是占地面积小，一个是投资较少。三甘醇再生方式及流程：(1)常压再生：通过加热的方式再生，再生后三甘醇浓度可达98.5%；(2)减压再生：通过降低装置压力的方法实现三甘醇的再生，再生后三甘醇浓度可达98.2%。(3)气体汽提：这是一种辅助的再生方法，通过往三甘醇装置注入N2、CO2、闪蒸气等气体，降低水蒸汽气相分压，再生后三甘醇浓度可达99.995%，此工艺具有成本低，操作方便等优点。(4)共沸再生：这是下种辅助的方法，将共沸剂注入到三甘醇再生装置中，与水生成低沸点的共沸物，而挥发出装置，从而实现三甘醇再生的目的，再生后三甘醇浓度可达99.99%。对共沸剂要求：不溶于水和三甘醇；与水形成低沸点共沸物，无毒，蒸发损失小(异辛烷)等特点。查阅文献后，根据经济效益和资料确定常压再生的方式。1.3天然气脱水的工艺流程1.3.1天然气脱水工艺流程由再生系统来的贫甘醇先经过冷却和增压进入吸收塔顶部塔板后向下层塔板流动，由吸收塔外的分离器和塔内洗剂器（分离器）分出的原料气进入吸收塔底部后向上层塔板移动，二者在塔板上逆流接触使气体中的水蒸气被甘醇所吸收。吸收塔顶部设有捕雾器（除沫器）以脱出出口干气所携带的甘醇液滴，从而减少甘醇的损失。吸收了气体中的水蒸气的富甘醇离开吸收塔底部，经过再生塔精馏柱顶部回流冷凝管和贫/富液换热器换热后，在闪蒸罐内分离出富甘醇中的大部分溶解气，然后再经过织物过滤器（除去固体颗粒）、活性炭过滤器和贫/富液换热器进入再生塔，在重沸器中接近常压下加热以蒸出吸收的水分，并由精馏柱顶部排向大气或者去放空系统。再生后的贫甘醇经过缓冲罐，贫/富液换热器，气体/甘醇换热器利用泵增压循环后使用。图1.2脱水气工艺流程1.3.2吸收剂的选择采用溶剂吸收法脱水，吸收脱水是根据吸收原理，采用亲水液体与天然气逆流接触，从而脱除气体中的水蒸气。用来脱水的亲水液体称为脱水吸收剂或液体干燥剂(简称干燥剂)。通过查阅相关的文献可知三甘醇(TEG)脱水法具有热稳定性好、运行可靠、易再生等优点。表1.7常用脱水吸收剂比较脱水吸收剂优点缺点适用范围CaCl2水溶液①投资与操作费用低，不可燃烧；②在更换新鲜CaCl2前可无人值守①吸收水容量小且不能重复使用；②露点降较小，且不稳定；③更换CaCl2时劳动强度大且有废液边远地区小流量、露点降要求较小的天然气脱水二甘醇（DEG）水溶液①浓溶液不会“凝固”；②天然气中含有H2S、CO2、O2时，在一般温度下是稳定的；③吸水容量大①蒸气压较TEG高，蒸发损失大；②理论热分解温度较TEG低,仅为164.4℃，故再生后的DBG水溶液浓度较小；③露点较TEG溶液得到的小；④投资及操作费用较TEG高集中处理站内大流量、露点降要求较大的天然气脱水三甘醇（TEG）水溶液①投资与操作费用低，不燃烧；②在更换新鲜CaCl2前可无人值守①投资及操作费用较CaC12水溶液法高；②当有液烃存在时再生过程易起泡，有时需要加入消泡剂集中处理站内大流量、露点降要求较大的天然气脱水1.3.3工艺参数的确定好的设计方案和合适的工艺参数是保证脱水装置安全可靠运行的关键。甘醇脱水装置操作温度的推荐值如下：进料天然气27~38℃；去吸收塔贫液高于气体温度3~8℃；甘醇溶液进闪蒸罐38~93℃，推荐65℃；甘醇溶液进过滤器38~93℃，推荐65℃；去精馏塔甘醇93~149℃，推荐149℃；重沸器177~204℃,推荐193℃；去泵甘醇小于93°C，推荐82℃精馏塔项部99℃，有汽提气时可低一些。进料气压力和温度。实践证明，当吸收塔的操作压力小于17.3MPa时，吸收塔顶流出的干天然气的露点温度基本上和吸收塔的操作压力关系不大，操作压力每提高0.7MPa时，露点只降低0.5℃，从工作压力和设备投资两方面来考虑，3.5~8MPa的操作压力是最经济的。对入口气体温度来说，过高会增加脱水量，当超过48℃还会导致三甘醇的损失增大:过低则会造成三甘醇的发泡。吸收塔

的操作温度应控制在27~38℃的范围之内。重沸器的温度和压力。重沸器温度和压力控制贫三甘醇的浓度。在常压下，贫三甘醇的浓度随重沸器温度的增加而增加，但当重沸器的温度高于204℃时，三甘醇溶液的分解速率明显加快，因此重沸器的温度不能超过204℃，一般控制在177~204℃之间。重沸器的压力高于大气压时，可明显降低贫甘醇的浓度及脱水效率，应尽量避免回压作用于重沸器。精馏塔温度。精馏塔顶的温度可通过调节塔顶回流量使其保持在99℃，若低于93°C，由于水蒸气冷凝