燃气之天然气的脱水

【摘要】随着世界经济迅速发展，人口急剧增加，能源消费不断增长，温室气体和各种有害物质排放激增，人类生存环境受到极大挑战。在这种形势下，清洁的、热值高的天然气能源正日益受到重视，发展天然气工业成为世界各国改善环境和促进经济可持续发展的最佳选择。

【关键字】天然气，脱水技术

全世界天然气储采比很高（70∶1），而且石油和煤炭消费领域里有70%以上都可以用天然气取代。在全球范围内，天然气取代石油的步伐加快，尤其是在东北亚、南亚、东南亚和南美地区，随着其输送管网的建设，天然气在21世纪初期将会有更快的发展。天然气将是21世纪消费量增长最快的能源，占一次性能源消费的比重将越来越大。预计2020年前后，天然气在全球能源结构中的份额将超过煤炭、石油成为能源组成中的第一。

刚从井里采出来的天然气里充满了饱和水蒸气。水蒸汽可能是天然气中最令人讨厌的杂质。天然气中有水汽存在时，会减少输气管道对天然气的输送能力，降低天然气的热值。当管输压力和环境温度变化时，可能引起水汽从天然气中析出形成液态水，在一定条件下还会与烷烃分子等形成固态水合物，这些物质的存在会增加输压，减少管线的输气能力；严重时还会堵塞阀门、管线等，影响平稳输气。在输送含有酸性组分的天然气时，液态水的存在还会加速酸性组分对管壁、阀件的腐蚀，减少管线的使用寿命；严重时还会引起管道破裂等突发事件，造成天然气的大量泄漏和安全事故。

为避免出现这些问题，在天然气进入输气管网之前，必须除掉其中的部份水蒸气。天然气脱水工程就是采用一定的方法使天然气中饱和的水蒸气脱除出来的工艺。天然气工业常用的脱水方法有膨胀冷却法、加压冷却法、固体吸附剂吸附法、溶剂吸收法等。目前世界上天然气脱水应用最多的方法是溶剂吸收法中的甘醇法， 而国内普遍采用的是三甘醇法。

天然气脱水的几种主要方法：（1） 低温冷凝脱水。该方法采用各种方法把高压天然气节流降压致冷， 用低温分离法从天然气中回收凝析液。这种方法是国内气田中除三甘醇法外应用较多的天然气脱水工艺。长庆采气二厂、塔里木克拉2等均采用该方法， 它具有工艺简单、设备较少等优点， 但也有耗能高、水露点高等缺点。（2）J-T阀和透平膨胀机J-T 阀和透平膨胀机脱水属于低温冷凝方法脱水。对于高压天然气，冷却脱水是非常经济的。这些方法的缺点是： 脱水循环的一部分处于水合物生成范围内， 容易生成水合物， 因此需要采取添加抑制剂等防止水合物生成的措施，以及相应配套的抑制剂回收系统；需要深度脱水时需配备制冷设备，会引起工程投资和使用成本的提高；透平膨胀机有高速运动部件，制造难度大、可靠性差。（3）三甘醇脱水 三甘醇脱水属于溶剂吸收法脱水，在天然气工业中得到了广泛的应用。这种脱水系统包括分离器、吸收塔和三甘醇再生系统。存在的主要问题是：系统比较复杂；三甘醇溶液再生过程的能耗比较大；三甘醇溶液会损失和被污染，因此需要补充和净化；三甘醇与空气接触会发生氧化反应，生成有腐蚀性的有机酸。所以，三甘醇脱水的投资和运行成本比较高。目前国内的橇装三甘醇脱水系统多从国外引进。虽然性能很好，但是也存在很多问题。如一次性投资比较大；各种零配件和消耗品不易购买，而且价格昂贵；计量标准与我国现行标准不同；测量系统不适合我国的天然气性质等。（4）分子筛脱水，分子筛脱水属于固体吸附法脱水，脱水系统主要包括2个或3个处于脱水、再生和冷却状态的干燥器，以及再生气加热系统。分子筛脱水法更适合于深度脱水，露点可以降低到-73℃以下。但是，对于大装置，设备投资和操作费用都比较高，如果脱水要求的露点相同，建设1座处理量为28万m3/d的处理站， 分子筛脱水的投资比三甘醇多53%。另外，分子筛脱水的再生过程能耗比较大，干燥器下层的吸附剂需要经常更换。（5）超音速脱水 作为新型脱水技术的超音速脱水，国外主要是在壳牌石油公司支持下开展研究，包括计算机数值模拟、实验室研究和现场试验研究。基础的实验研究和数值模拟研究主要在荷兰的埃因霍恩科技大学等几所大学中进行；现场的试验研究正在荷兰、尼日利亚和挪威的天然气气田和海上平台进行，主要验证系统长期稳定工作的能力， 并在实际应用中进行不断的改进。所有的研究都取得了满意的结果。目前，这项技术已经进入商业应用状态。

通过多年的自身努力和引进消化吸收国内外先进技术，国内天然气脱水工艺已基本配套，能在一定范围内较合理点资源条件选择脱水方案，能满足国内绝大多数气田的建设。国内中石油股份公司内天然气集输系统采用的脱水设备主要有长庆油田的三甘醇脱水净化系统；西南油气田分公司的J-T阀低温分离系统；大庆油田的透平膨胀脱水系统；塔里木气田的分子筛脱水及低温分离脱水系统。随着科学技术的不断发展和提高，在传统的天然气脱水方法得到改进和完善的同时，更具有工业竞争力的脱水技术，如膜分离脱水和超音速脱水技术，将成为天然气脱水技术的发展趋势。

污染控制，可采用减压蒸馏的方法，降低三甘醇的沸点，在低于三甘醇的分解温度时将其蒸 馏。通过大量室内试验得出采用减压蒸馏的方法，能够将三甘醇液完全回收，有效地解决三甘醇的沸点比其理论分解温度高的矛盾；且回收三甘醇所得产品与新鲜工业三甘醇指标基本相近。确定的废三甘醇溶液有效回收利用条件为：真空压力：-360mmhg（-0.048Mpa）；废品产出温度范围：60～180oC；三甘醇成品产出温度范围：185～200oC。对不同时期现场回收的三甘醇进行质量抽检，有结果显示：回收三甘醇的质量技术指标完全符合工业三甘醇的质量标准。

气田开发拟采取的措施为：1钻井脱水和气田采出水全部采用回地层的方式处理，不排外；2测试、防喷的天然气经点燃后排放，将H2S转化成SO2，降低了毒害性；3钻井废杂采用固化后无害化填埋；

净化厂拟采用的措施为：1采用SCOT尾气处理装置，尾气焚烧排放的尾气由120m高烟囱排放；2污水采用SBR处理后进行达标排放；3废催化剂送油处理资质的单位处理或送催化剂生产厂家回收利用；

集输工拟采用的措施为：1施工期生态补偿和迹地恢复措施； 2项目营运过程中清管作业、场站检修或事故性放空时，放空的天然气通过放空火炬燃烧后排放，为了保证及时点火燃烧，放空火炬配备了灵敏的自动点火装置； 3废水为站值班人员生活污水，生活污水清污分流，粪便采用旱厕收集后用作农业灌溉，洗涤污水用于站内绿化灌溉； 采用相应的隔声、减噪和减振措施。