天然气脱水新工艺新技术的研究

　　随着人们对资源需求量的不断增加，传统的煤矿资源已经不能够再满足工业、生活的需要。天然气资源的发现在极大的程度上解决了能源紧张的现状，为我国经济的发展提供了巨大的动力。近几年来对天然气的研究逐渐深入，关于天然气的开采、净化技术得到了很大程度的提升。天然气脱水是天然气净化过程中相当重要的一个环节，对天然气净化有着举足轻重的作用。传统的天然气脱水主要采用固体吸附、低温分离以及溶剂吸收等方法，这些方法不仅效果较低、而且净化效果也不是太明显。近几年来对天然气脱水进行了深入的研究，现阶段天然气脱水方法有超音速脱水技术、膜分离脱水技术。本文就将对这几种天然气脱水技术进行分析研究，现报告如下。

　　1 低温分离法

　　1.1 工艺原理。低温分离法是传统天然气脱水的一种简单有效地方法，这种方法主要是以低温的形式将天然气分离出来。天然气饱和含水量会随着温度的降低以及压力的升高而相应的减少，因此可以通过此种方法对天然气进行分类。将使用水汽进行饱和的天然气在低温下或者高压下冷却的的环境下来进行脱水。这种脱水方法比较的简单，因此所需要的设备也较为简洁，所需要的成本较低。

　　1.2 存在的问题。由于工作原理主要是通过低温或者高压来使得饱和天然气分离出来，也就是说要想达到分离的目的低温或者高压是两个必须的条件。当天然气压力过低时，将会极大地影响分离的效果。因此这个时候需要在外部引入增压设备或者是引入冷源，这样就造成了成本的提高。对于含有较高硫的天然气，在分离时会造成污水输送、尾气排放处理的困难。也就是说采用该种方法对天然气脱水，会造成很大程度上的污染。

　　2 固体吸附法

　　2.1 工艺原理。这是一种利用固体吸附剂的吸附张力对天然气中水分子进行吸附进而达到分离天然气的目的。在工业上对天然气进行分离时采用的是分子筛作为吸附剂，这种技术较为成熟，且在工业生产中应用也较为广泛。采用这种方法脱水效果较好，可以满足管输天然气的露1点要求。即使在制冷温度处于较低的状态时，液化天然气供应，也可以对乙1烷进行回收。

　　2.2 存在的问题。分子筛脱水系统往往包含了许多的干燥器，这些干燥器处于分为脱水、再生和吹冷状态。此外还包含了再生器加热系统，这些系统综合1运作确保分子脱水系统的正常运行。而分子筛系统所存在的主要的问题就是他需要投入较高的成本，他的设备以及操作成本都是比较高的。

　　3 膜分离脱水系统

　　3.1 工艺原理。膜分离技术采用的是生物半透膜的方法有选择的进出不同的成分，这样就使得各种成分在压力差或者是电位差、浓度差等的差异下通过半透膜来进行物质的传递。天然气膜分离法也同样是遵循这种原理使得天然气中的一些成分能够有选择性的脱离，膜分离脱水技术是一种操作比较简单、维护量比较少，且安全系数相对其他方法更高。

　　3.2 存在的问题。虽然膜分离技术已经初步成熟但是仍然存在着一些问题需要解决，比如说膜的塑性和溶胀性、投资较大等。这些问题的存在严重的制约了膜的分离技术的广泛开展。为了进一步提高膜分离技术的效率，就需要从膜的材料出发研制出更加优质的半透膜来克服以往脱离中所存在的问题。

　　4 溶剂吸收法

　　4.1 工艺原理。这一种方法主要是利用了溶剂具有较好的吸水能力，它能够有效地对天然气中的水分进行吸收。在进行分离是将天然气吹入到吸收塔中，在这里面进行1气液的传递和交流，Zui终由吸收剂将天然气中的水分进行吸取分离。在工业生产过程中经常使用三1甘醇作为吸收剂，进行脱水之后的干天然气纯度相对较高。

　　4.2 存在的问题。三1甘醇脱水目前也存在着一些问题，采用这种方法系统较为复杂，并且产生的再生能耗比较大。经过这种方法脱离出的天然气一般损耗较为严重，且产生的污染物较多。由于设备比较大所以需要较大的空间来进行操作，在维护的时候比较复杂。如果天然气中含有酸性成分，那么会造成对设备的损害。

　　5 超音速脱水技术

　　这是一种比较新型的脱水技术，科技含量比较高、1效率也相应较高。他充分结合了空气动力学的理论，经过不断地尝试和研发探索出的新的脱水技术。天然气通过收缩和扩张管绝热膨胀到超音速状态，液化天然气配送，此时温度和压力急剧的下降。水蒸气会在低温状态下被冷凝成小液滴，在经过旋流分离段时引起气液的分离。这一技术在国内刚刚起步，还存在着许多的局限性。

天然气净化工艺设计中主要设备的选择和应用建议

　　(一)废热锅炉和硫冷凝器的应用建议

　　天然气净化过程中对硫进行回收的废热锅炉，通常都处在一个高温差、高压力、高热和高硫腐蚀性的环境下，因此在实际生产过程中，废热锅炉的管头、热旁通管、高温端管板、硫冷凝器的出口端非常容易发生严重腐蚀的情况，捕沫网会随着腐蚀的加剧而破碎。因此，要从如下几个方面加强对废热锅炉工艺和设备的管理：

　　1、管板的材质选择以及对传热系数的计算;

　　2、高温端的防腐隔热保护，以及炉管的厚度和耗材选择;

　　3、选择合适的结构形式，以缩小锅炉的体积，提高传热的效率，防止出现局部过热的情况;

　　4、针对掺合管的形式和掺合方式进行改进，从设计和操作上避免出现硫积存的情况。

　　对于冷凝器的操作要尽可能避免出现由于硫积存而引发的堵塞情况，以及由于燃烧导致的剧烈腐蚀。

　　(二)工艺炉应用建议

　　工艺炉主要包括再热炉、硫回收炉、再热炉、尾气处理炉、辅助焚烧炉、尾气灼烧炉以及加热炉等。工艺炉在工艺和管理上要着重做到以下几点：

　　1、尽量提高热的强度，降低炉体的尺寸;

　　2、使用高1效的燃烧器，设置有效的点火和监控系统;

　　3、使用新型的耐热衬里和衬里局部维护法，延长工艺炉的使用寿命。

　　(三)塔系列应用建议

　　天然气净化工艺中使用到的塔包括再生塔、闪蒸塔、斯科特急冷塔、脱硫吸收塔和酸水汽提塔等。如何高1效的使用塔器，是天然气净化工艺设计和优化的主要问题，因此，在塔的应用过程中要尤其关注如下几个方面：

　　1、对塔的内部结构进行改进，增强构件的强度，防止塔的内部出现由于拦液发泡、腐蚀或气流波动冲击引发的垮塌和脱落情况;

　　2、经常对塔的气体分离部分进行清洁，防止出现腐蚀、气体带入物引发的淤积情况，减少塔盘和浮伐的结垢;

　　3、从材质的选择、内部涂层、加工制造、缓蚀剂和锈垢清除等多个方式入手，减缓塔内各部分的腐蚀情况。

　　(四)换热器系列优化

　　列管式换热器是目前被广泛使用的换热设备之一，该换热器的主要特点是传热的效果好、传热的面积大、设备设计结构坚固紧凑，并且适应性强。在实际生产过程中，为了有效提高管壳式换热器的温差系数，要选用两台或两台以上设备串联。通常情况下，相城天然气，贫液会从换热器处经过，贫液的温度也会从120℃降低到86℃，再经过串联的另外2台贫液冷却器后温度Zui终降到36℃。而如果设置的冷却器数量不足，就会严重影响热量的吸收效果，导致外输的净化气质量不合格。另外，碳钢管壳换热管多会发生垢下腐蚀和缝隙腐蚀情况，这主要是由于水流速低，污垢极易沉积造成的。研究表明，不锈钢流体管制作的换热管能够取得较好的效果，使用寿命都在10年以上。

　　(五)分离器的选型

　　各种原料气分离器、液体过滤器是保证天然气净化质量的重要设备。在实际生产过程中，液化天然气批发，经常会出现原料气注入分离器后出现的“夹层”现象，进而导致分离器的停用。所以，防腐仍然是保证该类设备正常运行的重要方式。杂物堵塞导致的分离器液位无法正确显示，是影响设备正常运行的Zui1大问题。另外，还要选择廉价、耐用、高1效的滤芯，以及快速简洁的清洗拆卸工艺。不同的储罐要根据实际的使用情况进行定期的清理。

　　(六)转动设备的应用建议

　　对于转动设备，要保证其接触介质的部位所使用的材质具有较强的抗腐蚀性和耐磨性，除此之外，突然断电也会对转动设备产生很大的影响，因此要安装断电自启动装置，这对提高转动设备的使用寿命是很有必要的。

　　(七)回收装置的优化改造

　　在硫磺回收过程中，烟气再热能够使二级反应的更充分，对提高硫磺的回收率具有重要的意义。在实际生产过程中，要保证二级反应器的进口温度能够满足设计的要求，这可以通过大幅提高烟气的总质量来达到。另外，还可以在烟气炉的尾部使用瓷管和耐火材料形成一个较厚的挡火墙。根据天然气净化工艺现场的生产运行情况可以看到，使用新的鼓风机设备后，炉膛的温度回复正常，烟气量加大，流速变得更快，换热的效果良好，从而第二级反应器的进口温度能够完全满足设计的要求，提高了硫磺的回收率，与此同时，挡火墙也有效阻止了火焰对换热器前管板的损坏，延长了设备的使用寿命。

天然气液化工艺的比较以及选择

　　天然气液化工艺的技术原理，即通过将外加冷源以及自身压力相结合，将原本气态的天然气转化为液态存在状态的技术过程。概括来说，目前世界上较为常用的三种天然气液化工艺技术有：

　　1、无制冷剂的液化工艺

　　整个工艺的技术原理是通过将天然气进行压缩，然后通过对其进行膨胀(或者节流)，达到使得整个气态天然气产生压力以及温度的下降，从而达到天然气液化的目的。

　　2.一种制冷剂的液化工艺

　　与第1种方法不同的是，该天然气液化方法，主要是通过一种化学的制冷剂来对气态天然气进行冷却以及节流，从而在这个过程中，产生低温，然后将气态天然气转化为液态天然气，整个液化方法基于物理学的换热原理。

　　3、多种制冷剂的液化工艺

　　与前两种工艺不同，这种工艺主要采用多种的化学制剂例如：丙烷、乙1烷、或者甲烷(一些天然气液化工厂还会采用乙烯)。通过这几种蒸发温度呈梯度的制冷剂，将气态天然气进行换热，从而使得气态的天然气温度降低，进而转化为液态天然气。这种方法也被称为混合制冷工艺(复迭式制冷工艺)。