天然气脱水技术现状

王倩新疆油田公司采气一厂 （新疆克拉玛依　833400）

情报调研

天然气脱水技术现状

王倩
新疆油田公司采气一厂 （新疆克拉玛依833400）

摘要天然气行业正进入快速发展的新阶段，天然气脱水有利于高效地开发利用天然气。介绍了国内目前使用的传统天然气脱水技术（包括溶剂吸收法、固体吸附法和低温分离法）的应用情况，并对近年发展起来的超音速脱水法和膜分离法进行了分析，说明了各自的优缺点。新型天然气脱水方法将逐步成为天然气脱水领域的新趋势。

关键字天然气脱水溶剂吸收三甘醇超音速膜分离

0　前言

天然气中含有大量的水蒸气，而水分的存在会造成很多危害：（1）降低管道输送能力，造成不必要的动力消耗；（2）在一定条件下，水蒸气与天然气形成水合物，堵塞阀门、管道和设备；（3）若天然气中含有H2S和CO2，与水接触会形成酸液，腐蚀管路和设备。因此，必须对天然气进行脱水，以达到气质指标或使用要求。

天然气脱水的实质是其中的水蒸气从饱和状态变为不饱和的状态。传统的天然气脱水方法主要有溶剂吸收法、固体吸附法和低温分离法等。近年来，膜分离法和超音速脱水法等新型的脱水方法和技术也得到了大力发展。

1　传统天然气脱水技术

1.1溶剂吸收法

溶剂吸收法的基本原理是利用脱水溶剂对水的吸收能力强而对天然气、烃类物质的吸收能力弱的特点，在吸收塔内进行气液传质从而脱除天然气中的水分[1]。

因为醇类化合物吸水性强，故相对分子质量较高的醇类常被用作脱水溶剂，例如乙二醇（EG）、二甘醇（DFG）和三甘醇（TEG）等。工业上TEG作为脱水溶剂使用最为普遍，其工艺设备主要包括吸收塔、再生塔、贫/富液换热器、闪蒸罐、贫液/干气换热器等[2-4]。

TEG法的优点：热稳定性好、易再生、吸水性强、蒸汽压低、气相携带损失少且脱水后的天然气水露点可以降低到-30℃，完全可以满足管输对天然气水露点的要求[5]。

TEG法的缺点：系统较复杂；TEG再生能耗高；TEG容易损失和被污染，需要及时补充和净化；系统中有轻油存在时甘醇易起泡，高温下甘醇溶液易氧化生成具有腐蚀性的酸；使用的撬装设备大多为进口，投资和运行成本较高等[6]。

目前，国内的普光气田、克拉2气田、长庆气田积元坝气田均采用TEG吸收法脱水。

1.2固体吸附法

固体吸附法的原理是利用干燥剂的吸附张力使天然气中的水分子被干燥剂内孔吸附，从而将其除去。工业上常用硅胶、活性氧化铝和分子筛作干燥剂，其中分子筛脱水技术成熟可靠，应用最为广泛。

分子筛脱水技术适用于以下场合:要求天然气水露点低于-40℃；需要同时脱水脱烃以满足烃、水露点的要求；天然气需要同时脱水和净化；对高酸性天然气进行脱水且脱水的同时要脱去微量硫化物（COS、H2S、CS2、硫醇）[7]。

分子筛法具有占地面积小、吸附性和选择性强、吸附容量大、使用寿命长、不易被液态水破坏以及对天然气物性和负荷变化不敏感等优点。脱水后干气中水的体积分数可低至10-6，露点可低至-100℃，适用于深度脱水。分子筛法不仅可以达到管输天然气的露点要求，而且能够满足下游深冷回收液化石油气（LPG）和轻油的轻烃回收装置的要求，当制冷温度更低时，还可以回收乙烷[8]。

分子筛的法缺点是设备投资和操作费用高，干燥剂易中毒和破碎，分子筛再生过程能耗大，气体压降大，天然气中的重烃、CO2、H2S等会污染固体吸附剂。

塔里木气田的轮南作业区、塔中作业区和桑吉作业区均采用分子筛脱水装置对天然气进行脱水。

1.3低温分离法

低温分离法是利用天然气饱和含水量随着压力升高、温度降低而降低的特点，将饱和天然气冷却降温或先增压再降温从而脱水的方法。低温分离法属于物理脱水，主要分为膨胀制冷法和丙烷制冷法。膨胀制冷法又可分为J-T阀节流制冷和透平膨胀机制冷等方法。为了防止天然气在节流前后迅速降温而生成水合物，J-T节流制冷法需要在预冷器前注入水合物抑制剂[8]。

低温分离法优点：设备简单、投资低、特别适用于高压气体。

低温分离法缺点：能耗高、水露点高；脱水循环的一部分在生成水合物范围内，需添加抑制剂等防止水合物的形成，并设置配套的抑制剂回收系统；如需深度脱水要增加制冷设备，造成工程投资和使用成本的增加[9]。

在国内气田中，低温分离法是除TEG法以外应用较多的天然气脱水技术，主要用于高压气田。克拉2气田、长庆采气二厂等均采用该方法。

2　新型天然气脱水技术

2.1超音速脱水法

超音速脱水法属于低温冷凝脱水技术，其基本原理是利用拉瓦尔喷管使气体在一定压力下加速到超音速，使其温度和压力大幅下降，气体中的水蒸气凝结成小液滴，在超音速气流中被旋转分离出，然后对干气进行再压缩[10]。超音速分离器简图见图1。

天然气超音速脱水法将膨胀机、分离器与压缩机的功能集中到一个管道内，使脱水系统大大简化，系统可靠性和效率得到提高，且不需要添加任何化学试剂。超音速脱水法可以有效降低投资费用并减少环境污染，还可脱除天然气中的CO2、H2S和汞等杂质[11]。

超音速脱水法的优点：系统简单体积小、可靠性高、操作方便、运行费用低；无需添加化学试剂，安全环保；利用天然气自身压力工作，节约能源。

目前，超音速脱水技术在国外已进入商业应用。2003年12月，马来西亚的B11海上平台安装了第一个商业化的超音速脱水系统，而国内在这方面的研究较少。与传统的脱水技术相比，超音速脱水是一种新型的节能环保天然气脱水技术，拥有显著的优势和广阔的市场实际应用前景，因此应大力开发和推广，尽快实现其在国内工业上的广泛应用。

2.2膜分离法

天然气膜分离是在压力的驱动下，各气体因透过膜时的渗透率不同而被分离的过程。膜分离法的基本原理见图2。根据材料的不同，分离膜可分为无机膜和有机膜。无机膜主要有无机致密膜和微孔膜两类，有机膜主要包括纤维素类、改性膜材料和聚酰胺类。由于有机膜的成本比无机膜低1～2个数量级，目前膜分离法实际使用的多数是有机膜，膜材料主要是聚酰亚胺和醋酸纤维素。醋酸纤维膜对水气的渗透流速较甲烷高500倍左右，特别适用于天然气中水分的脱除。虽然醋酸纤维素在实际操作条件下的分离因子不是很高，但由于价格便宜，仍然是目前天然气净化使用最广的膜材料[1]。

图1　超音速分离器简图

图2　膜法脱水基本原理

膜分离法的优点：工艺简单，易操作、成本低、能耗低；无运动部件、便于维修、占地面积小；利用天然气自身压力作为推动力，压力损失可忽略不计；不添加其他试剂，无需再生、无二次污染。

膜分离法的缺点：塑化作用对膜的性能有一定影响；在渗透过程中CH4随水分进入渗透气中，造成烃损失（损失率为5%～6%）；一次性投资较大等[12]。

为了减少产品气的损失，使膜能承受更高压力，需要进一步提高膜的稳定性，开发选择性更高的膜。随着制膜工艺和新型膜技术的不断提高，天然气膜分离法脱水会得到更大的发展。

3　结语

目前，天然气的需求量较从前而言大幅增长，天然气行业正进入快速发展的新阶段，因此如何高效开发利用天然气是必须重视的课题。在选择天然气脱水方法前，应当充分考虑脱水的目的、要求、处理的规模和各技术的特点，并进行经济和技术对比，最终选定最适用的脱水技术极其配套工艺。针对新兴的天然气脱水技术（如超音速和膜分离等），要大力研发和推广，并将其与传统的脱水工艺相结合，形成天然气集成处理技术，从而大幅度优化工艺组合，降低经济成本。

参考文献：

[1]马卫锋,张勇,李刚,等.国内外天然气脱水技术发展现状及趋势[J].管道技术与设备.2011(6):49-51.

[2]何茂林,梁政,李永生.天然气三甘醇脱水装置的国产化研究[J].钻采工艺,2007,30(4):102-104.

[3]王念兵,王东芳,张辉.天然气三甘醇脱水系统工艺技术[J].油气田地面工程,2003,22(5):80.

[4]谢书圣,徐心茹,杨敬一,等.天然气三甘醇脱水系统吸收塔模拟计算研究[J].计算机与应用化学,2011,28 (3):343-346.

[5]张加奇.三甘醇脱水和分子筛脱水对比探究[J].中国石油和化工标准与质量,2013(12):37.

[6]胡耀强,何飞,韩建红.天然气脱水技术 [J].化学工程与装备,2013(3):151-153.

[7]胡晓敏,陆永康,曾亮泉.分子筛脱水工艺 [J].天然气与石油,2008,26(1):39-41.

[8]祁亚玲.天然气水合物和天然气脱水新工艺探讨[J].天然气与石油,2006,24(6):35-38.

[9]何策,张晓东.国内外天然气脱水设备技术现状及发展趋势[J].石油机械,2008,36(1):69-73.

[10]何策,程雁,额日其太.天然气超音速脱水技术评析[J].石油机械,2006,34(5):70-72.

[11]宋婧,王丽,陈家庆,等.喷管超音速分离技术在天然气脱水中的应用研究 [J].北京石油化工学院学报, 2010,18(1):21-26.

[12]魏星,黄维菊,陈文梅.国内外膜分离法天然气脱水研究现状[J].过滤与分离,2007,17(4):37-41.

中图分类号TE 868

收稿日期：2015年1月

作者简介：王倩女1989年生硕士研究生助理工程师

The Developm ent Status of Natural Gas Dehydration Technology

Wang Qian

Abstract:Natural gas industry is entering a new stage of rapid development.Natural gas dehydration is conducive to the efficient development and utilization of natural gas.Introduces the application situations of traditional natural gas dehydration technologies used in China at present,including solventabsorption,solid desiccantadsorption and low temperature separation.Analyzes the supersonic dehydration method and membrane separation method which are developed in recent years,and illustrates their respective advantages and disadvantages.The new methods for dehydration of natural gas will gradually become a new trend in the field of natural gas dehydration.

Key words:Natural gas dehydration;Solvent absorption;Triethylene glycol;Supersonic;Membrane separation