天然气脱水脱烃技术的重大突破.doc

天然气脱水脱烃技术的重大突破 北京金都源泉科技发展有限公司从俄罗斯独家引进了一种有效的分离和加工天然气的新技术----3S超音速分离技术。该技术及装备已在国外石油天然气行业被成功应用。　　超音速分离器(Super Sonic Separator简称3S)，是俄罗斯专家团将航天技术的空气动力学成果应用于油气田天然气处理、加工领域而研发的新型、高效分离设备。天然气超音速脱水、脱烃技术属于低温冷凝法,利用拉瓦尔喷管、导向叶片加速饱和湿天然气达到气水分离之目的.天然气超音速分离器将膨胀机、分离器和压缩机的功能集中到一个管道中,大大简化了工艺流程,提高系统可靠性,并降低其投资、运行费用和减少环境污染。天然气超音速脱水技术易于形成体积小、质量轻、成本低、可靠性高的橇装设备,非常适合单井集气工艺的井口、多井集气工艺的集气站的天然气脱水、脱烃。　　以3S为基础，结合现有的设备，如热交换机、气液分离器、冷却机、蒸馏和精馏塔等，创造出了高效的LTS（低温分离）系统，可用于工业和天然气加工厂，包括海上平台的天然气加工。目前，3S具有解决天然气工业下列问题的能力：　　　　· 天然气脱水，解决天然气输送的水露点控制问题；　　　　· 分离油田气中天然气液烃（NGL）组分，回收其中的C2+或C3+，并解决天然气输送的烃露点控制问题。　　除此之外，俄罗斯专家团还在加紧进行提高3S装置效率的实验研究，将来3S可用于天然气液化、分离丙烷—丁烷（LPG）、分离乙烷等。 一、 3S超音速分离器的研制　　3S设备的研究和测试始于1996年。俄罗斯专家团的研究人员对超音速气流中液滴的形成过程进行了全面的分析研究，测定了液滴沿喷管径向和轴向的分布，并开发了一种用光学方法测定液滴的技术，建立了超音速喷管的天然气旋流的计算程序，反映了天然气的固有属性和过度阶段的状态。　　该公司在俄罗斯建立了天然气日处理量为30×104m3(2.5kg/s)的工业性实验装置，还在国外建立了天然气日处理量为110×104m3(9kg/s)的更大的工业性实验装置，对3S装置的各项技术性能进行验证。实验装置可以测量天然气在3S设备中不同点的流速、压力和温度。用了近4年的时间，在不同温度、压力和不同天然气气体组分的条件下，对3S设备进行了400多次测试，包括对次音速、近音速和超音速分离状况的测试，取得了大量数据和经验，并验证了3S设备的设计计算模型。2004年9月，该公司第一套工业用3S装置在俄罗斯一座处理能力超过4×108m3/y的天然气工厂的低温系统中成功投运，完成了从实验研制到工业化应用的整个过程，3S技术及其装置的工业化设计已经成熟并已经在俄罗斯、美国、德国、意大利、法国、荷兰、英国、挪威、澳大利亚、巴西等国和欧亚专利联盟获得专利。国际专利组织已向这些国家正面推荐使用3S技术。 二、 什么是3S超音速分离器 　　3S超音速分离器是基于天然气旋流在超音速喷管内绝热膨胀降温，分离天然气中的水分和天然气液烃(NGL)组分的一种新型、高效分离设备。　　3S由旋流器、超音速喷嘴、工作段、两相分离器、扩散器和导向叶片等组成，其结构见示意图1. 图.1 3S超音速分离器结构示意图 三、 3S的工作原理　　3S的工作原理是，天然气首先进入旋流器旋转，产生加速度为106m/s2的旋流，该旋转气流在超音速喷管入口表面的切线方向产生一个或多个气体射流(这种有选择性的喷射可以对3S进行优化设计)，并在喷管内降压、降温和增速。由于天然气温度降低，其中的水蒸汽和NGL组分凝结成液滴，在旋转产生的切向速度和离心力的作用下，液滴被“甩”到管壁上从而实现气液分离。然后，液体通过专门设计的工作段出口流出，气体则进入扩散器，减速、增压、升温后流出。在超音速喷管中不会生成水合物。　　天然气流在扩散器内压力回升，使3S进出口压差小于超音速喷嘴的进出口压差，因此3S与传统的、通过天然气自身压力膨胀降温的制冷设备(J-T阀和膨胀机)相比，在相同压差情况下，3S可使天然气产生更大的温降见图2. 图2.膨胀制冷设备进出口压差与温差关系图 　　更大的温降就能使天然气有更低的水露点和烃露点。例如：进口压力为10Mpa，温度为20℃的天然气，在3S中只需降低17-20%的压力，就可使出口天然气的水露点和烃露点达到-10℃；如果降低22-25%的压力，就可达到-15℃的水露点和烃露点。另外，在制冷温度相同的情况下，3S具有更高的NGL收率，见图3. 图3.膨胀制冷设备的制冷温度与液烃收率关系图 　　根据不同用途，3S还可以采用次音速或超音速连接口，可采用不同的旋流器和扩散器。而且还可以在工作段壁体上打孔回收液体。四、 3S用于油气田脱水、脱烃的优势 　　与传统的、通过天然气自身压力膨胀制冷的脱水、脱烃方