天然氣脫水脫烴技術(shù)的重大突破

1、天然氣脫水脫烴技術(shù)的重大突破北京金都源泉科技發(fā)展有限公司從俄羅斯獨家引進(jìn)了一種有效的分離和加工天然氣的新技術(shù)-3s超音速分離技術(shù)。該技術(shù)及裝備已在國外石油天然氣行業(yè)被成功應(yīng)用。超音速分離器(super sonic separator簡稱3s)，是俄羅斯專家團(tuán)將航天技術(shù)的空氣動力學(xué)成果應(yīng)用于油氣田天然氣處理、加工領(lǐng)域而研發(fā)的新型、高效分離設(shè)備。天然氣超音速脫水、脫烴技術(shù)屬于低溫冷凝法,利用拉瓦爾噴管、導(dǎo)向葉片加速飽和濕天然氣達(dá)到氣水分離之目的.天然氣超音速分離器將膨脹機、分離器和壓縮機的功能集中到一個管道中,大大簡化了工藝流程,提高系統(tǒng)可靠性,并降低其投資、運行費用和減少環(huán)境污染。天然氣超音速脫

2、水技術(shù)易于形成體積小、質(zhì)量輕、成本低、可靠性高的橇裝設(shè)備,非常適合單井集氣工藝的井口、多井集氣工藝的集氣站的天然氣脫水、脫烴。以3s為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)有的設(shè)備，如熱交換機、氣液分離器、冷卻機、蒸餾和精餾塔等，創(chuàng)造出了高效的lts（低溫分離）系統(tǒng)，可用于工業(yè)和天然氣加工廠，包括海上平臺的天然氣加工。目前，3s具有解決天然氣工業(yè)下列問題的能力： 天然氣脫水，解決天然氣輸送的水露點控制問題； 分離油田氣中天然氣液烴（ngl）組分，回收其中的c2+或c3+，并解決天然氣輸送的烴露點控制問題。除此之外，俄羅斯專家團(tuán)還在加緊進(jìn)行提高3s裝置效率的實驗研究，將來3s可用于天然氣液化、分離丙烷丁烷（lpg）、分離

3、乙烷等。 一、 3s超音速分離器的研制3s設(shè)備的研究和測試始于1996年。俄羅斯專家團(tuán)的研究人員對超音速氣流中液滴的形成過程進(jìn)行了全面的分析研究，測定了液滴沿噴管徑向和軸向的分布，并開發(fā)了一種用光學(xué)方法測定液滴的技術(shù)，建立了超音速噴管的天然氣旋流的計算程序，反映了天然氣的固有屬性和過度階段的狀態(tài)。該公司在俄羅斯建立了天然氣日處理量為30104m3(2.5kg/s)的工業(yè)性實驗裝置，還在國外建立了天然氣日處理量為110104m3(9kg/s)的更大的工業(yè)性實驗裝置，對3s裝置的各項技術(shù)性能進(jìn)行驗證。實驗裝置可以測量天然氣在3s設(shè)備中不同點的流速、壓力和溫度。用了近4年的時間，在不同溫度、壓力和不

4、同天然氣氣體組分的條件下，對3s設(shè)備進(jìn)行了400多次測試，包括對次音速、近音速和超音速分離狀況的測試，取得了大量數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，并驗證了3s設(shè)備的設(shè)計計算模型。2004年9月，該公司第一套工業(yè)用3s裝置在俄羅斯一座處理能力超過4108m3/y的天然氣工廠的低溫系統(tǒng)中成功投運，完成了從實驗研制到工業(yè)化應(yīng)用的整個過程，3s技術(shù)及其裝置的工業(yè)化設(shè)計已經(jīng)成熟并已經(jīng)在俄羅斯、美國、德國、意大利、法國、荷蘭、英國、挪威、澳大利亞、巴西等國和歐亞專利聯(lián)盟獲得專利。國際專利組織已向這些國家正面推薦使用3s技術(shù)。二、 什么是3s超音速分離器 3s超音速分離器是基于天然氣旋流在超音速噴管內(nèi)絕熱膨脹降溫，分離天然氣中的

5、水分和天然氣液烴(ngl)組分的一種新型、高效分離設(shè)備。3s由旋流器、超音速噴嘴、工作段、兩相分離器、擴(kuò)散器和導(dǎo)向葉片等組成，其結(jié)構(gòu)見示意圖1. 圖.1 3s超音速分離器結(jié)構(gòu)示意圖三、 3s的工作原理3s的工作原理是，天然氣首先進(jìn)入旋流器旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生加速度為106m/s2的旋流，該旋轉(zhuǎn)氣流在超音速噴管入口表面的切線方向產(chǎn)生一個或多個氣體射流(這種有選擇性的噴射可以對3s進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計)，并在噴管內(nèi)降壓、降溫和增速。由于天然氣溫度降低，其中的水蒸汽和ngl組分凝結(jié)成液滴，在旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的切向速度和離心力的作用下，液滴被“甩”到管壁上從而實現(xiàn)氣液分離。然后，液體通過專門設(shè)計的工作段出口流出，氣體則進(jìn)入擴(kuò)散

6、器，減速、增壓、升溫后流出。在超音速噴管中不會生成水合物。天然氣流在擴(kuò)散器內(nèi)壓力回升，使3s進(jìn)出口壓差小于超音速噴嘴的進(jìn)出口壓差，因此3s與傳統(tǒng)的、通過天然氣自身壓力膨脹降溫的制冷設(shè)備(j-t閥和膨脹機)相比，在相同壓差情況下，3s可使天然氣產(chǎn)生更大的溫降見圖2. 圖2.膨脹制冷設(shè)備進(jìn)出口壓差與溫差關(guān)系圖更大的溫降就能使天然氣有更低的水露點和烴露點。例如：進(jìn)口壓力為10mpa，溫度為20的天然氣，在3s中只需降低17-20%的壓力，就可使出口天然氣的水露點和烴露點達(dá)到-10；如果降低22-25%的壓力，就可達(dá)到-15的水露點和烴露點。另外，在制冷溫度相同的情況下，3s具有更高的ngl收率，見圖

7、3.圖3.膨脹制冷設(shè)備的制冷溫度與液烴收率關(guān)系圖根據(jù)不同用途，3s還可以采用次音速或超音速連接口，可采用不同的旋流器和擴(kuò)散器。而且還可以在工作段壁體上打孔回收液體。四、 3s用于油氣田脫水、脫烴的優(yōu)勢與傳統(tǒng)的、通過天然氣自身壓力膨脹制冷的脫水、脫烴方法相比，3s具有以下優(yōu)點：1、 效率高發(fā)生在超音速噴管中的膨脹降壓、降溫、增速過程，以及發(fā)生在擴(kuò)散器中的減速、升壓、升溫過程，都是氣體的內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換，不存在能量損失。因此，3s不僅比等焓節(jié)流膨脹制冷的j-t閥效率高，而且還比等熵膨脹的膨脹機制冷的效率高。2、 能耗低與j-t閥制冷相比，在ngl收率相同的情況下，3s減少壓縮機電力消耗50-70；用3

8、s代替膨脹機，在ngl收率相同的情況下，可減少15-20%的壓縮功率。特別是，當(dāng)膨脹機由于技術(shù)原因(諸如進(jìn)口壓力太高)或因在中小油氣田用膨脹機制冷不經(jīng)濟(jì)的場合下，3s的優(yōu)勢將更加突出。3、 無活動部件、系屬靜設(shè)備，因此運轉(zhuǎn)更加安全可靠。4、 工藝過程和設(shè)備簡單，投資省。5、 本身無消耗，因此運行成本低。6、 檢修工作量小，因此維修費用低。7、 無廢水、廢液排出，因此對環(huán)境無影響。8、 體積小，所以占地和占有的空間小。從已經(jīng)取得的成果足以表明：3s用于石油天然氣處理、加工領(lǐng)域，具有很高的運轉(zhuǎn)安全性和可靠性，并能獲得很好的經(jīng)濟(jì)收益，是非常適合陸上和海上油氣田，在各種不同場合使用的天然氣脫水、脫烴設(shè)備。中國獨家總代理：北京金都源泉科