衣晓念
烟台新奥燃气发展有限公司 山东烟台 264000
摘要：随着人们生活水平的提高，人们在日常生活生产中对于能源资源的需求量越来越大，传统煤矿资源无法满足工业生产和生活所需，而天然气的出现则在一定程度上缓解了能源资源危机。但是天然气传统的脱水工艺和脱水技术效果较低，且净化效果一般，所以这些年加大了对天然气脱水新工艺和新技术的研究，目前几种主要的天然气脱水方法有超音速脱水技术和膜分离脱水技术。在分析几种传统天然气脱水技术缺点的基础上，分析了天然气脱水新工艺和新技术的特点和应用优势。
关键词：天然气；脱水净化技术；新工艺新技术
1几种常见的传统天然气脱水技术应用现状
1.1低温分离技术应用现状及其存在的问题
低温分离技术的工作原理是利用天然气的饱和含水量会随着温度下降、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，或者先给天然气增压后再降温的方法。该脱水净化方法对设备技术要求不高，且操作使用的设备简单、投资较低。目前该方法主要有节流膨胀制冷法和外部制冷法。其中节流膨胀制冷采用天然气膨胀剂脱水装置，用天然气在输送时产生的压力去推动膨胀机制冷。
低温分离技术在实现天然气脱水净化的过程中，主要存在的问题有：在天然气压力不够时必须增加增压设备或从外部引入冷源，所以总成本较高。而一些高含硫量的天然气也会污染管道，影响醇液的回收，使尾气排放不达标、造成水资源污染等。考虑安全和环保方面的问题，低温分离法目前不适合用在高含硫的天然气脱水处理中。
1.2溶剂吸收技术应用现状及其存在的问题
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℃，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。对于含硫量较高的天然气，必须对原有三甘醇脱水装置进行改良，可使用气提工艺流程，通过合理选择参数来提高分离效果，或者安装涂抹网和添加消泡剂等措施来保证脱水装置能够持续稳定地运行。
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。
1.3固体吸附技术应用现状及其存在的问题
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℃，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。
2膜分离脱水技术分析
2.1工艺原理
膜分离技术是利用物质通过半透膜的可释性机理，使混合物中各组分在压力差、浓度差或电位差等条件下通过界面膜进行传质，利用各组分在膜中不同的优先或选择渗透性实现组分分离。天然气膜分离脱水技术就是利用特殊设计和制备的膜材料对天然气中杂质成分(如H2O、CO2和H2S)的优先选择渗透进行脱除。
膜法脱水具有工艺简单，维护量少、安全性高，操作弹性大等优点，是一种极具竞争性的新工艺。
2.2工艺开发应用现状
国内对天然气膜分离脱水技术的研发始于20世纪90年代，中科院大连化学物理所等单位对该技术进行了系统研究，取得较大进展。在国家“九五”科技攻关项目(课题)支持下，于1994年研制出中空纤维膜脱水装置，并在长庆气田进行了先导性试验，继而开展了12×104m3/d天然气膜法脱水工业性现场试验。
有研究表明，膜分离法用于天然气脱水，在处理气量较小(小于3.25×105Sm3/d，膜压力差在5~7 MPa)时，相比传统天然气脱水方法，无论在工作性能，还是经济效益方面都具有优势和竞争力。
2.3存在的问题
目前，膜分离脱水技术存在的问题主要有：烃损失、膜的塑化和溶胀性、浓差极化和一次性投资较大等[16]。另外，为了减少产品气损失，应加强基础研究，开发和研制高性能的膜分离材料，从而为膜分离技术在天然气行业中的应用开拓更大的空间。
3超音速脱水技术
3.1工艺原理
天然气超音速脱水技术是基于航天技术的空气动力学应用成果发展起来的一项脱水新技术，核心部件为超音速分离器，天然气通过收缩－扩张管绝热膨胀至超音速，温度和压力急剧降低，水蒸汽冷凝成小液滴，经过旋流分离段进行气液分离。该技术将膨胀机、分离器和压缩机的功能集中到一个管道中，易形成橇装；不需提供热源及化学剂，能适应在各种恶劣环境下使用；允许远程操作，可靠性高，运行费用低。此外，超音速分离脱水装置还可有效脱除天然气中的CO2、H2S和汞等杂质，具有广泛的应用前景。
3.2工艺开发应用现状
1997年，壳牌石油(Shell)公司开始对天然气超音速脱水技术进行开发和研究。1998年，在荷兰的Zuiderveen进行了500×104m3/d规模的现场研究。2000年，Shell公司与Beacom风险投资公司合资成立了专门研究和推广这项技术的Twister BV公司。同年11月，在尼日利亚的试验装置开始运转，成功将85×104m3/d的天然气脱水并达到管输送要求。2003年12月，第一个商业化脱水系统在马来西亚B11海上平台安装，取得较好效果。此外，俄罗斯ENGO属下的Translang公司于1997年研发出超音速分离管(3S)。2004年9月在西伯利亚成功投运2台超音速分离装置，完成了从试验研究到工业化应用的过程。
国内对超音速分离器的研究起步于近几年，并取得了一些成果。在理论分析及数值模拟方面，杨志毅、曹学文、马庆芬等对超音速分离管进行了结构设计和数值模拟，为分离管的最优化结构设计提供了依据。在实验研究方面，刘中良等自主研发出超音速分离管，在胜利油田的海五联合站进行了中试试验，取得良好的脱水和轻烃回收效果。目前，我国已有单位与俄罗斯ENGO合作，引进了3S超音速分离器技术，已经在国内某油气田实现了工业应用。另外，Twister BV公司还提出了将超音速技术应用于水下天然气处理系统的设计思路。
4结束语
随着对天然气需求量的大幅增加，如何高效开发和利用天然气已成为当前能源工程中的重要课题。因此，开展天然气脱水技术研究显得非常有必要也非常有意义。在天然气脱水技术选择上，应充分结合脱水的目的、要求、处理规模和各技术的特点进行经济、技术对比，最终确定最适宜的脱水技术和工艺。另外，我国油气资源分布具有散、远、偏的特点，对于一些新技术，如：膜分离脱水技术和超音速脱水技术，非常适合。因此，我们应该加速开发和推广这些新技术，从而降低天然气脱水的工程投资和生产运行成本。
参考文献
[1]辛绍杰，王建军，李宪文．天然气透平膨胀机脱水装置的研制及应用[J]．石油机械，2007，35(2)：25-27．
[2]张玲，蒋大风．采用小膨胀比极限换热技术实现天然气脱水[J]．油气田地面工程，2011，30(3)：89．