【正文】 模試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)膜過(guò)程在處理氣量小于283168m3/d時(shí)比TEG方法性能和經(jīng)濟(jì)性好，而在大規(guī)模試驗(yàn)條件下，比TEG 性能和經(jīng)濟(jì)性好。在凈化比為2%~3%時(shí)，當(dāng)進(jìn)氣溫度大于32℃時(shí)，可使水露點(diǎn)下降到1℃。美國(guó)BenBikson等2003年在給美國(guó)能源部關(guān)于天然氣濃縮用新穎合成膜和膜過(guò)程開(kāi)發(fā)的年度報(bào)告中，對(duì)膜過(guò)程和傳統(tǒng)的三甘醇(TEG)過(guò)程天然氣脫水進(jìn)行了性能和經(jīng)濟(jì)性兩方面的評(píng)價(jià)對(duì)比。膜分離作為一種處理工藝，有較寬的流量適用范圍。膜法天然氣脫水挑戰(zhàn)傳統(tǒng)脫水方法：膜分離法脫除天然氣中水分有諸多優(yōu)點(diǎn)，可保持其原來(lái)的壓力，且無(wú)二次污染，具有低能耗、 低成本，易操作，花費(fèi)低，高負(fù)荷和高功效等特點(diǎn)。該方法采用了復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，其致密層是聚砜材料，支撐層是硅橡膠；膜組件的構(gòu)造是中空纖維式。國(guó)內(nèi)膜分離法天然氣脫水情況：我國(guó)于20世紀(jì)90年代初開(kāi)始膜分離法天然氣脫水研究及其應(yīng)用，中科院大連化學(xué)物理所、中科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)所等單位在該方面進(jìn)行了積極有益的探索，并取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。美國(guó)Grace公司利用卷式膜組件開(kāi)發(fā)了天然氣水分和酸性氣體脫除的工業(yè)試驗(yàn)裝置，并在加拿大等地現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了試驗(yàn)，取得了良好效果。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，一些國(guó)家對(duì)天然氣膜脫水技術(shù)進(jìn)行了研究開(kāi)發(fā)，目前已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化 美國(guó)Separex公司開(kāi)發(fā)了醋酸纖維素螺旋卷式膜組件，用于海上開(kāi)發(fā)平臺(tái)天然氣脫水，其H2O/CH4分離因子為500，、38℃下脫水后的天然氣的水露點(diǎn)溫度可達(dá)48℃，水蒸氣含量在Ф104時(shí)，可以除去97%的水分，這對(duì)天然氣的輸送，避免管道腐蝕十分有利。隨著膜分離法天然氣脫水越來(lái)越被人們重視成為常規(guī)胺、物理吸收和甘醇脫水等傳統(tǒng)工藝強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。膜法脫水技術(shù)是利用特殊設(shè)計(jì)和制備的高分子氣體分離膜對(duì)天然氣中水分的優(yōu)先選擇滲透性，當(dāng)原料天然氣流經(jīng)膜表面時(shí)，水分優(yōu)先透過(guò)分離膜而被脫除掉。它的成本低、操作方便、提濃效果好，是該法的一大優(yōu)點(diǎn)，所以國(guó)內(nèi)大都使用此法。 到目前為止，國(guó)外設(shè)計(jì)的一些TEG吸收脫水裝置仍采用汽提氣再生的方法。此法可將TEG提濃到99．95％(質(zhì))，露點(diǎn)降達(dá)75—85℃，共沸劑在閉路內(nèi)循環(huán)，無(wú)大氣污染。氣與蒸出的水汽一起排 向大氣，因含大量水汽而點(diǎn)不著火，不能燃燒而產(chǎn)生污染。將TEG溶液與熱的汽提氣 接觸，降低水蒸氣的分壓。但此法系統(tǒng)復(fù)雜，操作費(fèi)用高；第二種是氣體汽提。第一種是減壓再生方法。最初采用的是常壓加熱,只靠加熱來(lái)提濃TEG，受到熱分解溫度的限制，只能提濃到98．5％(質(zhì))左右，大約可使露點(diǎn)降達(dá)35℃左右。采用這種換熱形式可以簡(jiǎn)化流程，節(jié)省投資，但其換熱效果較差，即使整個(gè)盤管均浸沒(méi)在貧液之中，換熱后的人塔富液溫度也很難超過(guò)93℃。最常用的是管殼式換熱器。同時(shí)應(yīng)有氣封以防止甘醇與空氣接觸。 （6）緩沖罐緩沖罐的體積要足夠大以容納從吸收塔出來(lái)的全部甘醇。對(duì)小型的邊遠(yuǎn)裝置，經(jīng)常選用高壓液體或氣體驅(qū)動(dòng)的甘醇泵。常用的泵有三種驅(qū)動(dòng)方式：高壓氣體驅(qū)動(dòng)高壓液體驅(qū)動(dòng)電動(dòng)沒(méi)有甘醇的循環(huán)，就不能繼續(xù)脫水。溶液在過(guò)濾器內(nèi)的停留時(shí)間應(yīng)為15—20min以保證處理效果?；钚蕴窟^(guò)濾器主要是除去溶液中的溶解性雜質(zhì)，加高沸點(diǎn)的烴類、表面活性劑、壓縮機(jī)潤(rùn)滑油以及TEG降解產(chǎn)物等。固體過(guò)濾器置于閃蒸罐后，此時(shí)溶液溫度較高，粘度較低，便于過(guò)濾。前者以纖維制品、紙張或玻璃纖維為濾料，除去5181。（4）過(guò)慮器在甘醇中固體顆粒應(yīng)少于0．01％(質(zhì)量)以避免泵的損壞、換熱器阻塞、溶液發(fā)泡、吸收塔板和再生精餾柱填料的污染、火管的熱腐蝕等。要注意的是：閃蒸時(shí)的壓力一定要能保證甘醇能流過(guò)下游的設(shè)備如換熱器和過(guò)濾器等。氣體—凝液—甘醇分離的最佳條件是350—500kpa(表)，38—65℃，該條件下閃蒸出的閃蒸氣可不經(jīng)壓縮而直接作燃料氣或汽提氣使用?？蓱?yīng)用兩相分離器進(jìn)行分離，此時(shí)溶液的停留時(shí)間為5—10min。液體的分離空間是十分重要的，從捕霧器到第一塊塔板的距離至少應(yīng)為板間距的1．5倍。安裝時(shí)，應(yīng)保持塔體垂直，否則由于塔板上液位不一致將影響到氣液接觸效果。因此，實(shí)際過(guò)程中，往往采用泡罩塔板。一體化的氣體洗滌器是對(duì)入口分離器的補(bǔ)充，它不能代替入口分離器。（2）吸收塔 如圖2—2所示，吸收塔由底部的洗氣段、中部的傳質(zhì)或干燥段、頂部的甘碎冷卻和捕霧器組成。許多大的三甘醇脫水裝置都在吸收塔前設(shè)有分離器或洗滌器，可能的話．還設(shè)有過(guò)濾器。團(tuán)體雜質(zhì)：如砂、腐蝕產(chǎn)物(FeS、鐵銹等)，這些固體易引起發(fā)泡，侵蝕閥門和泵，堵塞塔板和填料。帶入的鹽水：鹽溶解于甘醇中會(huì)腐蝕鋼材，特別是不銹鋼，容易引起重沸器火管穿孔.油或烴類：可溶解的烴會(huì)減弱甘醇的脫水能力．有游離水存在時(shí)不可溶的油會(huì)在換熱器的熱交換表面結(jié)焦，同時(shí)會(huì)增加甘醇的濃度。游離水：水會(huì)增加甘醇的循環(huán)量、重沸器的熱負(fù)荷和燃料費(fèi)用。而濕天然氣由吸收塔底進(jìn)入，經(jīng)人口洗滌器后自下而上與TEG接觸傳質(zhì)，然后經(jīng)塔頂分離器后外輸。 脫水裝置設(shè)計(jì)此次設(shè)計(jì)所選用的脫水裝置有：臥式過(guò)濾分離器、脫水吸收塔（塔頂捕霧器和塔板之間設(shè)冷卻盤管代替氣體甘醇換熱器）、立式閃蒸罐、三甘醇再生塔（富液精餾柱頂設(shè)換熱盤管、塔頂設(shè)回流冷凝器、塔底設(shè)重沸器）、貧液汽提柱、緩沖罐（內(nèi)設(shè)三甘醇貧富液換熱盤管）、三甘醇循環(huán)泵、三甘醇過(guò)濾器、三甘醇冷卻器、廢氣分液罐和灼燒爐。工業(yè)上早期使用的氣體分離膜，成本高、分離能力低，大規(guī)模使用受到限制，隨著膜分離系統(tǒng)分離能力的改進(jìn)和費(fèi)用的降低，1987年P(guān)ermea公司工業(yè)上首先使用膜裝置干燥器來(lái)干燥壓縮空氣，能使壓縮空氣的含水量低于lppm。隨著天然氣價(jià)格的上漲，許多酸性氣田要投入開(kāi)發(fā)，已考慮選擇用抗酸性分子篩干燥天然氣。特殊的抗酸性分子篩的使用壽命長(zhǎng)，能保持其脫水能力。分子篩能將水脫除很低的水平。（3）其他工藝——分子篩工藝，膜分離工藝分子篩能脫除天然氣中的水、硫化物和其他雜質(zhì)，也可用于酸性天然氣的干燥。采用這種裝置，％以上，濕氣溫度可達(dá)60℃，壓力可達(dá)15MPa。美國(guó)Proses公司擁有的這項(xiàng)Proses技術(shù)，氣體處理越大，成本越低，世界上許多國(guó)家正在推廣這項(xiàng)技術(shù)。結(jié)構(gòu)填料提供了更大的吸收率、更高的處理量及較低的壓降。ARCO油氣公司證實(shí)，在采用三甘醇脫水相同的工藝條件下，結(jié)構(gòu)填料能夠?qū)⑺囊?guī)模減小，容器重量減少，內(nèi)部零件減少，費(fèi)用降低。在新概念的指導(dǎo)下，這項(xiàng)脫水工藝又有所發(fā)展。與三甘醇法相比較，IFPIEX—l每年可節(jié)約10萬(wàn)美元的操作費(fèi)用。常用的三甘醇法需要一臺(tái)大的輸送高熱物料泵和再生裝置，耗能較多。IFPEX—1工藝的操作費(fèi)用低。IFPIEXOL工藝分兩部分，其中IFPEX—l用于脫水，其工藝過(guò)程是：氣體進(jìn)料向上通過(guò)一座接觸塔，在塔內(nèi)與來(lái)自冷卻分離器并向下流動(dòng)的含水溶劑逆流接觸，甲醇溶劑上升的原料氣從水中完全提出。（1）IFPEX—1脫水工藝法國(guó)石油科學(xué)院開(kāi)發(fā)的IFPEXOL工藝是氣體加工領(lǐng)域的一項(xiàng)新工藝，其突出的優(yōu)點(diǎn)是其經(jīng)濟(jì)性及對(duì)環(huán)境的安全性。天然氣脫水在原理上講有四種方式：直接冷卻、壓縮以后冷卻、吸收和吸附，在工藝上主要有：液體脫水劑(甘醇)法、固體脫水劑(分子劑、鉛土、硅膠)及氯化鈣法。甘醇是一種親水性很好的液體，能與水完全互溶，當(dāng)含水天然氣與濃甘醇(稱貧液)充分接觸時(shí)，天然氣中水與甘醇互溶成甘醇—水溶液(稱富液)，天然氣被凈化脫水后進(jìn)入輸氣干線，將甘醇—水溶液進(jìn)行再生處理，使水汽化排出以達(dá)到再生的目的，甘醇提濃后可重復(fù)使用。當(dāng)具備上述主要條件時(shí)，有時(shí)仍不能形成水合物，還必須具備下述一些引起水合物形成的次要條件：①氣流速度很快，或者通過(guò)設(shè)備或管道中諸如彎頭、孔板、閥門、測(cè)溫元件套管處等時(shí)，使氣流出現(xiàn)劇烈擾動(dòng)；②壓力發(fā)生波動(dòng)；③存在小的水合物晶種；④存在CO2 或H2S 等組分，它們比烴類更易溶于水并易形成水合物。當(dāng)天然氣中含有形成兩種水合物結(jié)構(gòu)的氣體組分時(shí)，通常只生成一種結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定的水合物，具體結(jié)構(gòu)主要取決于天然氣的組成。天然氣水合物也稱天然氣水化物，是一種天然氣中的小分子與水分子形成的類冰狀固態(tài)化合物，是氣體分子與水分子非化學(xué)計(jì)量的包藏絡(luò)合物，即是水分子與氣體分子以物理結(jié)合體所形成的一種固體，它在結(jié)構(gòu)上與冰不同。校正算圖2（韋切爾特算圖）是新提出來(lái)的一種算圖，是配合MekettaWehe 算圖使用的。該算圖于1958 年首次發(fā)表，與純水接觸的天然氣制定的，因此需要進(jìn)行相對(duì)密度校正和含鹽量校正，校正曲線附在算圖的左上側(cè)，校正計(jì)算式如式（）所示。(1) 非酸性天然氣含水量的估算①算圖估算算圖主要用來(lái)確定非酸性天然氣的含水量，同時(shí)結(jié)合其它算圖進(jìn)行酸性天然氣含水量的估算。天然氣水露點(diǎn)溫度則是指天然氣在一定壓力下水蒸氣開(kāi)始冷凝結(jié)露的溫度。絕對(duì)含水量是指單位體積天然氣中含有的水氣的量，又稱天然氣絕對(duì)濕度，單位為mg/m3。為此，在脫水工藝設(shè)計(jì)中首先就要確定天然氣的含水量。天然氣要脫除水蒸汽的原因是：①水和天然氣能形成固體水合物，堵塞設(shè)備；②含液態(tài)水的天然氣具有腐蝕性，尤其是當(dāng)天然氣中含有CO2和H2S時(shí)更為嚴(yán)重；③天然氣中的水蒸汽在管線中凝析，可能形成段塞流。天然氣的“脫水”是指脫除水蒸汽。用于天然氣脫水的方法有多種，可分為溶劑吸收法、固體吸附法、直接冷卻法和化學(xué)反應(yīng)法等，其中化學(xué)反應(yīng)法在天然氣工業(yè)中用的極少，而溶劑吸收法、固體吸附法較為普遍。絕對(duì)含水量指單位體積天然氣中含有的水汽質(zhì)量；露點(diǎn)溫度指在一定壓力下，天然氣中的水蒸氣開(kāi)始冷凝結(jié)露的溫度。天然氣在輸送和加工時(shí)需要冷卻的溫度越低，對(duì)其含水量的要求就越嚴(yán)格，因此必須對(duì)天然氣進(jìn)行脫水處理，以達(dá)到規(guī)定的水汽含量指標(biāo)。因此，天然氣在輸送之前應(yīng)進(jìn)行凈化處理以滿足管輸要求。二氧化碳在有水存在時(shí)可腐蝕管道，二氧化碳含量過(guò)高會(huì)降低天然氣熱值。表11 主要產(chǎn)氣國(guó)家的產(chǎn)氣量及銷售量國(guó)家產(chǎn)氣量，108m3銷售量，108m3前蘇聯(lián)美國(guó)加拿大荷蘭阿爾及利亞英國(guó)印度尼西亞墨西哥羅馬尼亞沙特阿拉伯挪威阿根廷阿聯(lián)酋委內(nèi)瑞拉意大利澳大利亞德國(guó)馬來(lái)西亞中國(guó)天然氣中主要有害雜質(zhì)為水、二氧化碳、硫化氫及各種形態(tài)的硫化物。主要產(chǎn)氣國(guó)家的產(chǎn)氣量及銷售量如表l1所示。具有明顯的社會(huì)效益，環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。目前人們的環(huán)保意識(shí)提高，世界需求干凈能源的呼聲高漲，各國(guó)政府也透過(guò)立法程序來(lái)傳達(dá)這種趨勢(shì)，天然氣曾被視為最干凈的能源之一，再加上1990年中東的波斯灣危機(jī)，加深美國(guó)及主要石油消耗國(guó)家研發(fā)替代能源的決心，因此，在還未發(fā)現(xiàn)真正的替代能源前，天然氣需求量自然會(huì)增加。天然氣作為民用燃料的經(jīng)濟(jì)效益也大于工業(yè)燃料。城市燃?xì)馐聵I(yè)，特別是居民生活用燃料。天然氣化工工業(yè)，天然氣是制造氮肥的最佳原料，具有投資少、成本低、污染少等特點(diǎn)。天然氣中的非烴類氣體，一般為少量的氮?dú)?、氧氣、氫氣、二氧化碳、水蒸氣、硫化氫以及硫醇、硫醚、二硫化碳等有機(jī)硫化物，有時(shí)也含有微量的稀有氣體如氦、氬、氙等。天然氣中的烴類基本上是烷烴，通常以甲烷為主，還有乙烷、丙烷丁烷、戊烷以及少量的己烷以上烴類（C6+）。而就狹義而言，天然氣是氣態(tài)的石油，是專指巖石圈中生成并蘊(yùn)藏的以氣態(tài)烷烴混合物為主的可燃性氣體，有時(shí)為純氣態(tài)氣藏，有時(shí)與石油伴生，并通過(guò)油氣井開(kāi)采出來(lái)，是一種潔凈、方便、高效的優(yōu)質(zhì)能源，也是優(yōu)良的化工原 天然氣的組成石油和天然氣都是以烴類為主，其組成從甲烷（CH4）到33個(gè)碳原子的石蠟烴和22個(gè)或更多碳原子的芳香烴。 目前人