陈晓刚

(西安石油大学石油工程学院,陕西 西安 710065)

(长庆油田分公司苏里格气田研究中心，陕西 西安 710018)

(低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,陕西 西安 710018)

要将天然气从油气管道中输送出去，除了要脱除其中的固体杂质和游离液体外，还必须除去在输送条件下会凝结成液体的气相水和天然气液烃组分。杂质和水分的存在有很多危害：(1)降低管输效率和天然气热值；(2)在一定条件下与天然气形成水合物，使阀门和管道堵塞。因此，必须对天然气进行脱水。

1 天然气脱水工艺技术

1.1 天然气气质组分

天然气是指天然存在，以烃类为主的可燃性气体。大多数天然气的主要成分通常以甲烷为主，同时还含有乙烷、丙烷、丁烷、戊烷以及少量的己烷以上的重烃组分(C6+)。天然气中还含有少量的非烃类气体，一般为少量的N2、H2、O2、CO2、H2S以及微量的惰性气体。

目前天然气净化厂脱水的工艺方法主要有溶剂吸收、固体吸附和低温分离三类方法[2]。根据我国1998年颁布的国标，天然气水露点的测定-冷却镜面凝析湿度法(GB/T 17283)对商品天然气的水露点要求为：“在天然气交接点的压力和温度条件下，天然气水露点比环境温度低5℃”，所以气田天然气脱水工艺应根据天然气性质、气井产量、压力、温度等诸多因素综合考虑[3]。

1.2 溶剂吸收法

溶剂吸收法的基本原理是利用脱水溶剂对水的吸收能力强而对天然气、烃类物质的吸收能力弱的特点，在吸收塔内进行气液传质从而脱除天然气中的水分[4]，常用到的脱水溶剂主要有金属氯化物盐溶液(Cacl2、Licl水溶液)和甘醇化合物(甘醇胺、三甘醇溶液等)。

1.2.1 三甘醇溶液脱水

TEG吸收法脱水在油气田使用已长达数十年，技术成熟可靠，设计已实现标准化。TEG法具有热稳定性好、易再生、吸水性强、蒸汽压低、气相携带损失少等的优点，且脱水后的天然气水露点可以降低到-30℃，完全可以满足管输对天然气水露点的要求[5]。

TEG法不适合处理高含H2S的天然气，且TEG容易损失和被污染，系统中有轻油存在时甘醇易起泡，高温下甘醇溶液易氧化生成具有腐蚀性的酸；使用的撬装设备大多为进口，投资和运行成本较高[6]。另外，液态水中所溶解的盐类会在重沸器换热管表面沉积，大大降低传热效率，并最终烧坏传热管而导致装置停车。

1.2.2 CaCl2溶液脱水

固体无水CaCl2和水结合，形成各种CaCl2水合物(CaCl2·XH2O)。如果该水合物继续吸水，将最终形成一种CaCl2盐溶液。该方法的优点是对化学反应和热作用稳定、容易再生、蒸汽压低、粘度小、成本低。

1）喘证急性加重期；2）排除间质性肺病，肺癌等其他需要治疗的慢性肺部疾病；合并严重的呼吸、循环、泌尿、血液、神经和内分泌系统等疾病、精神患者、恶性肿瘤、传染病患者；妊娠期或哺乳期妇女；近半年内已接受过中药贴敷治疗、刮痧、穴位拔罐的患者；3）贴敷穴位、刮痧部位有皮损或瘢痕体质者，及对药物或敷料特别敏感的患者；4）研究者认为不适合参加本研究者。

CaCl2溶液法脱水的流程是：在固定床层上安装大小为10-20mm的CaCl2颗粒，气体自下向上流动。更为有效的设计是在固定床下使用3-4层塔盘，让盐水溶液与气体预先接触。这样在气体与固体CaCl2接触之前已被一般是脱除了部分水分，提高装置性能。位于固定床层顶部的一般是无水CaCl2，气体通过从底部向上流动的过程中将于更干的CaCl2连续接触。

CaCl2是消耗性干燥剂，必须定期更换，同时盐水的排放也会造成环境污染问题。此外，CaCl2颗粒会在某些特定条件下粘连在一起，在脱水塔固定床部分形成固体桥链，这将导致气体的窜流和装置性能变差。下表列出了常用的溶剂吸收脱水法的优缺点。

表1 常用的溶剂吸收脱水法及优缺点对比

1.2.3 固体干燥剂脱水

固体吸附法的原理是利用干燥剂吸附张力使气体中的水分子被干燥剂内孔吸附而从天然气中除去的方法。一般来讲，固体干燥剂装置的投资和运行成本要高于甘醇脱水装置。因此，该装置仅限用于H2S含量高，要求水露点很低、或同时控制水、烃露点气体的脱水。常用的固体干燥剂有：凝胶、矾土和分子筛，其中分子筛脱水技术成熟可靠，应用最为广泛。

1.2.4 凝胶(人造亲水氧化铝或硅胶)吸收法脱水

硅胶绝大部分是由纯二氧化硅(SiO2)，可用于气体和液体的脱水机天然气中烃类(iC5+)的回收。硅胶提供的出口露点大约在-(57-62)℃左右。

1.2.5 矾土(活性氧化铝)吸收脱水法

1.2.6 分子筛脱水

2 工艺原理

分子筛中具有众多的孔径，只有当分子直径小于孔径时才能进入孔径中，将过大的分子阻隔在孔径之外，从而达到脱水的效果。依据分子筛中孔径化学组成晶体结构及SiO2与Al2O3的物质的量比不同，可将常用的分子筛分为A、X和Y型几种类型，应用最广泛的是4A型分子筛，其基本组成是硅铝酸钠，孔径为0.4nm。

2.1 工艺流程

原料气压缩单元经压缩、冷却、分离后的原料气，首先进入过滤分离器将天然气中的油和烃、水雾滴等去除，而后在对天然气中的水气进行去除，将原料气含水脱除至1ppm以下。吸附器脱水、再生、冷却采用两塔流程，两台吸附器内都装填分子筛吸附剂，其中一个塔处于干燥吸附状态，一塔处于再生和冷却过程，两个塔交替循环使用，以达到连续干燥的目的。经吸附法脱水后干气中水的体积分数可达10-6，露点可低至-100℃。

2.2 低温分离法

低温分离法是利用天然气饱和含水量随着压力升高、温度降低而降低的特点，将饱和天然气冷却降温，使水从气体中凝析出来，从而达到脱水的目的。

降温方法可分为节流膨胀制冷降温和外部致冷降温两种类型。膨胀制冷法又可分为J-T阀节流制冷、透平膨胀机制冷法。其中，膨胀机因机组结构和运行都较J-T阀复杂和昂贵，通常用于深度脱水，本文不做讨论。

2.3 J-T阀制冷

J-T阀在油气田上广泛用于有自然压力能可供利用的天然气脱水。J-T阀系等焓节流降温设备[7]，因此制冷效率低，在相同压力降条件下温降小，但其脱水工艺过程和设备都相对简单，易于实施。

2.4 外部致冷

对油田生产的伴生气而言，通常都没有可供气体节流降温的自然压力能，而要将其升压后再节流降温则又很不经济，这时大多采用外部致冷的方式冷却天然气[8]，将其中的会影响天然气输送的那部分气相水组分冷凝并分离出来，以满足输气的水露点和烃露点要求。油田用于外部致冷的冷剂主要有氨(NH3)和丙烷(N3H8)两种。

氨的单位质量的制冷量比丙烷大得多，是最具经济价值的冷剂，但需要水冷；丙烷单位质量的制冷量虽然比氨低得多，但可以采用空冷，并且天然气处理厂所需致冷用丙烷可很方便地从油田NGL组分分馏装置得到，因此致冷系统使用丙烷作冷剂成为一种最佳的选择。

2.5 天然气脱水方法的选择

天然气中除了水之外、还是还有大量需脱除的物质，所以在选择脱水方法前，应当充分考虑脱水的目的、要求、处理的规模和各技术的特点，并进行经济和技术对比，选定适用的脱水技术及配套工艺，从而形成天然气集成处理技术，优化工艺组合，降低经济成本。表2列出了不同种类的天然气脱水方法的露点降及其主要特点。

表2 各种脱水方法的露点降及其主要特点

3 结语

3.1 通常，在有自然压力能可供利用的场合，对油田伴生气和凝析天然气宜选用J-T阀制冷阀，更节约能源，并且同时满足在管输条件下对水露点和烃露点的要求；对于没有自然能量可利用的场合，宜采用外部制冷法，富水地区可选择氨制冷，制冷效率高，节约能源；而缺水地区可以选择丙烷制冷，这两种方法都可以用在需要同时脱水脱烃的场合。

3.2 对不需要脱烃的气层天然气和经液体脱硫后的净化天然气，则宜采用TEG法，该法相对于CaCl2等其他消耗性干燥剂来说，具有再生率高，污染小等优势，以满足在管输条件下对水露点的要求。

3.3 气质组分单一，杂质较少的情况下可以选择CaCl2水溶法。分子筛脱水法则技术适用于要求天然气水露点低于-40℃，脱水的同时要脱去微量硫化物(CO2、H2S、CS2、硫醇)。

[1]王协琴.天然气脱水脱烃方法介绍［J］.天然气技术，2009，3(5)：51－54.

[2]马道克斯,R N等.天然气处理和加工[M].北京:石油工业出版社,1990.