天然氣脫水方法有冷卻脫水、吸收脫水、吸附脫水、膜分離技術(shù)脫水。[1]
冷卻脫水
冷卻脫水是利用當(dāng)壓力不變時(shí)，天然氣的含水量隨溫度降低而減少的原理實(shí)現(xiàn)天然氣脫水。此方法只適用于大量水分的粗分離。對(duì)于增加氣體的壓力和降低氣體的溫度，都會(huì)促使氣體的液化。對(duì)于天然氣這種多組分的混合物，各組分部分的液化溫度都不同，其中水和重?zé)N是較易液化的兩種物質(zhì)。所以采用加壓和降溫措施，可促使天然氣中的水分冷凝析出。天然氣中的露點(diǎn)隨氣體中水分降低而下降。脫水的目的就是使天然氣中水的露點(diǎn)足夠低，從而防止低溫下水冷凝、凍結(jié)及水合物的形成。
對(duì)于井口壓力很高的氣體，可直接利用井口的壓力,對(duì)氣體進(jìn)行節(jié)流降壓到管輸氣的壓力。根據(jù)焦耳--湯姆孫的效應(yīng)，在降壓過程中，天然氣的溫度也會(huì)相應(yīng)降低，若天然氣中水的含量很高，露點(diǎn)在節(jié)流后的溫度以上，則節(jié)流后就會(huì)有水析出，從而達(dá)到脫水的目的。
對(duì)于壓力比較低的天然氣，可采用制冷方式進(jìn)行冷卻脫水。首先對(duì)天然氣進(jìn)行壓縮,使天然氣達(dá)到高溫高壓、經(jīng)水冷卻器冷卻再經(jīng)節(jié)流元件進(jìn)行節(jié)流,從而使溫度降至天然氣中水的露點(diǎn)以下，則水從天然氣中析出，實(shí)現(xiàn)脫水。若冷卻脫水過程達(dá)不到作為液化廠原料氣中水露點(diǎn)的要求，則還應(yīng)采用其他方法對(duì)天然氣進(jìn)行進(jìn)一步的脫水。通常用冷卻脫水法脫除水分的過程中還會(huì)脫除部分重?zé)N。[1]
吸收脫水
吸收脫水是用吸濕性液體(或活性固體)吸收的方法脫除氣流中的水蒸氣。用作脫水吸收劑的物質(zhì)應(yīng)具有以下特點(diǎn)：對(duì)天然氣有很強(qiáng)的脫水能力，熱穩(wěn)定性好，脫水時(shí)不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，容易再生，黏度小，對(duì)天然氣和液烴的溶解度較低，起泡和乳化傾向小，對(duì)設(shè)備無腐蝕性，同時(shí)還應(yīng)價(jià)格低廉，容易得到。
甘油是用來干燥燃料氣體的液體之一。下面分析幾種常用醇類脫水吸收劑的優(yōu)缺點(diǎn)。
(1)甘醇胺溶液
優(yōu)點(diǎn)：可同時(shí)脫水、H2S和CO2，甘醇能降低醇胺溶液起泡傾向。
缺點(diǎn)：攜帶損失量較大三甘醇水溶液，需要較高的再生溫度，易產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕，露點(diǎn)降小于三甘醇脫水裝置，***于酸性天然氣脫水。
(2)二甘醇水溶液
優(yōu)點(diǎn)：濃溶液不會(huì)凝固；天然氣中含有硫、氧和CO2時(shí)，在一般操作溫度下，溶液***，具有較高的吸濕性。
缺點(diǎn)：攜帶損失比三甘醇水溶液大；溶劑容易再生，但用一般方法再生的二甘醇水溶液的體積分?jǐn)?shù)不超過95%；露點(diǎn)降小于三甘醇溶液，當(dāng)貧液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%~96%時(shí)，露點(diǎn)降約為28% ，投資高。
(3)三甘醇水溶液
優(yōu)點(diǎn)：濃溶液不會(huì)凝固；天然氣中含有硫氧和CO2時(shí)，在一般操作溫度下，溶液***，具有較高的吸濕性；容易再生，用一般再生方法可得到體積分?jǐn)?shù)為98.7%的三甘醇水溶液；蒸氣壓低，攜帶損失量小，露點(diǎn)降大，三甘醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%~99%時(shí),露點(diǎn)降可達(dá)33~42℃。
缺點(diǎn)：投資高；當(dāng)有輕質(zhì)烴液體存在時(shí)，會(huì)有一定程度的起泡傾向，有時(shí)需要加人消泡劑。三甘醇脫水由于露點(diǎn)降大和運(yùn)行可靠，在各種甘醇類化合物中其經(jīng)濟(jì)效果，因而國外廣為采用。我國主要使用二甘醇或三甘醇，在三甘醇脫水吸收劑和固體脫水吸附劑兩者脫水都能滿足露點(diǎn)降的要求時(shí)，采用三甘醇脫水經(jīng)濟(jì)效應(yīng)更好。濕原料氣經(jīng)粗分離器脫水后，進(jìn)入吸收塔，被甘醇貧液將水吸收脫除，從塔頂排出干燥氣體，經(jīng)過霧沫分離器后，送人進(jìn)一步脫水。塔底的甘醇富液經(jīng)換熱器吸熱后，經(jīng)閃蒸罐和過濾器，進(jìn)人再生塔加熱脫水后，用甘醇泵輸送至吸收塔頂循環(huán)使用。利用此法需注意防止甘醇分解，當(dāng)再生溫度超過204℃及系統(tǒng)中有氧氣或液態(tài)烴存在時(shí)，都會(huì)降低甘醇的pH值，促使甘醇分解。因此，需要定期檢查甘醇的pH值，要控制pH值大于7。在有條件時(shí)將甘醇用氮保護(hù)，以防止氧化。甘醇法適用于大型天然氣液化裝置中脫除原料氣所含有的大部分水分。與采用固體吸附劑脫水的吸附塔比較，甘醇吸收塔的優(yōu)點(diǎn)為：
1)一次投資比較低，壓降小，可節(jié)省動(dòng)力；
2)可連續(xù)運(yùn)行；
3)容易擴(kuò)建；
4)塔易重新裝配；
5)可方便地應(yīng)用于某些固體吸附劑易受污染的場合。[1]
吸附脫水
“吸附”一詞的意思是氣體在***表面上的凝聚。國際上對(duì)吸附的嚴(yán)格定義為：一個(gè)或多各組分在界面上的富集(正吸附或簡單吸附)或損耗(負(fù)吸附)。其機(jī)理是在兩相界面上，由于異相分子間作用力不同于主體分子間作用力，使相界面上流體的分子密度異于主體密度而發(fā)生吸附。
(1)吸附脫水的優(yōu)缺點(diǎn)
與液體吸附脫水的方法比較，吸附脫水能夠提供非常低的露點(diǎn)，對(duì)氣溫，流速、壓力等變化不敏感，相比之下，無腐蝕、形成泡沫等問題，適合于對(duì)于少量氣體的廉價(jià)脫水過程。它的主要缺陷是基本建設(shè)投資大，一般情況下壓力降較高，吸附劑易于中毒或碎裂，再生時(shí)需要的熱量較多。由此可見，吸附脫水一般適用于小流量氣體的脫水，對(duì)于大流量高壓氣體的脫水，如要求的露點(diǎn)降僅為22~28℃，則采用甘醇吸收脫水較經(jīng)濟(jì)，如要求的露點(diǎn)降為28~44℃，則甘醇法和吸附法均可考慮，可參照其他影響因索確定；如要求的露點(diǎn)降高于44℃，一般情況下應(yīng)考慮吸附脫水，至少也應(yīng)采用甘醇吸收脫水，再串接吸附脫水。在某些情況下，特別是在氣體流量、溫度、壓力變化頻繁的情況下，由于吸附脫水適應(yīng)性好，操作靈活，而且，可***脫水后的氣體中無液體，所以***雖高，仍采用吸附脫水。
(2)吸附脫水原理、吸附類型和操作方式
1、基本原理：吸附是用多孔性的固體吸附劑處***體混合物，使其中一種或多種組分吸附于固體表面，其他的不吸附，從而達(dá)到分離操作。水是一種強(qiáng)極性分，分子直徑很小。不同的多孔性固體的孔徑是不同的，孔徑較大的，都可以吸附水。吸附能力的大小與多種因素有關(guān)，主要是固體的表面力。
2、吸附類型：根據(jù)表面力的性質(zhì)可將吸附分為兩大類型，即物理吸附和化學(xué)吸附。
1)物理吸附
物理吸附是指流體中被吸附的分子與吸附劑表面分子間為分子間吸引力所造成，其吸附速度快，吸附過程類似于氣體凝聚過程。當(dāng)氣體壓力降低或系統(tǒng)溫度升高時(shí)，被吸附的氣體可以容易地從固體表面逸出，而不改變氣體原來的性質(zhì)，這種現(xiàn)象稱為脫附。吸附和脫附為可逆過程,工業(yè)上利用這種可逆性，借以改變操作條件，使吸附的物質(zhì)脫附，達(dá)到使吸附劑再生，回收或分離吸附質(zhì)的目的。
2)化學(xué)吸附
化學(xué)吸附類似于化學(xué)反應(yīng)。吸附時(shí)，吸附劑表面的未飽和化學(xué)鍵與吸附質(zhì)之間發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移及重新分布，在吸附劑的表面形成一個(gè)單分子層的表面化合物。吸附中將產(chǎn)生吸附熱。
化學(xué)吸附具有選擇性,它僅發(fā)生在吸附劑表面，且吸附速度較慢,是不可逆的過程，要很高的溫度才能把吸附分子釋放出來，并且釋放出來的氣體常已發(fā)生化學(xué)變化，不復(fù)星原有的性質(zhì)。為了提高化學(xué)吸附的速度，常常采用升高溫度的辦法。
3、吸附的操作方式
吸附劑與吸附物互相接觸的操作(氣-固吸附)一般可分為三種方式。
(1)間歇操作：將氣體與吸附劑同時(shí)置于一容器內(nèi)，使之充分接觸而進(jìn)行吸附，然后將吸附和氣體分離。這種吸附操作主要用于實(shí)驗(yàn)室或小規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中。
(2)半連續(xù)操作：使被處理的氣體通過固定的床層進(jìn)行吸附，經(jīng)過一定的時(shí)間后，停止進(jìn)料，然后進(jìn)行再生(解吸) ，再生后重新進(jìn)行吸附，依此循環(huán)。
(3)連續(xù)操作：將吸附劑和氣體連續(xù)地逆流或并流送人吸附器，使之互相接觸而進(jìn)行吸附，處理后的氣體和吸附劑連續(xù)流出設(shè)備。連續(xù)操作的設(shè)備***，但設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此在天然氣脫水裝置大多采用半連續(xù)操作，即固定床吸附。[1]
膜分離技術(shù)脫水
天然氣膜分離技術(shù)是利用特殊設(shè)計(jì)和制備的高分子氣體分離膜對(duì)天然氣中酸性組分的優(yōu)先選擇滲透性，當(dāng)原料天然氣流經(jīng)膜表面時(shí)，其酸性組分(如H2O、CO2和少量H2S)優(yōu)先透過分離膜而被脫除掉。它具有以下技術(shù)特點(diǎn)：
(1)利用天然氣自身壓力作為凈化的推動(dòng)力，幾乎無壓力損失；
(2)無試劑加人，屬“干法”凈化，凈化過程中無額外材料消耗，無須再生，無二次污染；
(3)工藝相容性強(qiáng)，具有同時(shí)脫除性；
(4)工藝簡單，組裝方便；易操作，易橇裝；
(5)技術(shù)單元使用靈活；
(6)占地面積小。與其他幾種脫水方法相比占地面積小，運(yùn)轉(zhuǎn)維修方便，所能達(dá)到的脫水露點(diǎn)范圍較寬。另外，膜法脫水裝置規(guī)模主要由膜組件的數(shù)量決定，裝置規(guī)模較為靈活，因此，天然氣膜法脫水不僅適用于凈化廠集中脫水和集氣站小站脫水，同時(shí)也能夠靈活方便地應(yīng)用于邊遠(yuǎn)井站單井脫水。將避***井至脫硫廠輸送含硫天然氣管道腐蝕嚴(yán)重爆管事故發(fā)生，管道積水產(chǎn)生的管輸效率低等影響正常、安全生產(chǎn)的問題。

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