[发明专利]一种气、液两相分离的设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种气、液两相分离的设备。

背景技术

随着国内外大型天然气气田的不断开发，天然气在工业领域和城市生活中扮演着越来越重要的角色。刚从气井中开采出来的天然气必须经过脱水、脱硫、除尘等一系列净化处理工序之后方能进入输气干线。常规工业脱水方法有低温冷凝脱水法、溶剂吸收法、固体干燥剂吸附法、膜分离法、超音速分离、离心分离等，各种净化处理方法都有其优缺点和特定的适用范围。相关研究人员通过测量、计算发现，从气井中开采出来的天然气压力在600bar左右，温度在80-100℃之间，因此在对天然气进行处理和输送前必须要对其降压、降温。

传统的降压、降温方法主要是利用节流阀使气体膨胀，但气体膨胀降压后释放出的大量能量在节流阀处被释放掉了，造成了浪费。低温冷凝脱水法是通过透平膨胀机把高压天然气节流降压致冷，再用低温分离法从天然气中回收凝析液。这种方法工艺成熟、成本低廉、处理量大，在国内不少油田应用较为普遍，其主要缺点是：工作过程中容易生成水合物，需要采取添加抑制剂等防止水合物生成的措施，以及相应配套的抑制剂回收系统；需要深度脱水时需配备制冷设备，这样会引起工程投资和使用成本的提高；透平膨胀机有高速运动部件，制造难度大、可靠性差。

溶剂吸收法是利用溶剂、（或溶液）对水蒸气的吸收能力，将天然气中的水蒸气吸收下来，吸收水蒸气后的溶剂或溶液（生产上称为富液）经再生后可循环使用。甘醇类化合物具有很强的吸水性，其溶液冰点较低，所以广泛应用于天然气脱水装置，20世纪30年代最先用于天然气脱水的是二甘醇。由于三甘醇（TEC）相比的热稳定性好，易再生，蒸汽压低，携带损失量更小，而且对相同质量浓度的甘醇溶液而言，三甘醇易获得更大的露点降，因而20世纪50年代后三甘醇逐步取代二甘醇成为最主要的脱水溶剂。但这种脱水方法的系统工艺流程比较复杂，三甘醇再生过程的能耗比较大，而且会有污染，需要净化，加大了操作成本。

固体干燥剂吸附法是利用固体干燥剂对水蒸气的吸附能力，将天然气中的水蒸气吸附下来。固体干燥剂丧失能力后，用高温气流对干燥剂进行再生，再生的干燥剂可以重复利用。常用的干燥剂主要有活性氧化铝、硅胶和分子筛，气体中的水蒸气吸附在分子筛、硅胶等吸附剂上达到脱水的目的。与甘醇吸收法相比，吸附法脱水对进料气温度、压力和流量变化不敏感，小流量脱水较经济。其主要缺点主要有：对于大装置，设备投资和操作费用都比较高，吸附剂容易中毒和破碎。

气体膜分离技术是20世纪70年代开发成功的新一代气体分离技术，其原理是在压力驱动下，借助气体中各组分在高分子膜表面上的吸附能力以及在膜内溶解-扩散上的差异，即渗透速率差来进行分离。天然气膜法脱水是近年来发展起来的新技术，它克服了传统净化的许多不足，表现出较大的发展潜力。美国Separex、Grace和AirProduct等公司相继研制开发出了适合市场需求的膜技术、膜产品及工艺装置，并进行了大量的工业性试验，在美国、加拿大、日本等国家已进入工业应用。虽然膜分离法在天然气脱水应用中有其内在的优点，潜力非常大，但存在的主要问题有：烃的损失，膜的塑化和溶胀性，浓差极化以及一次性投资较大，因此目前尚未在工业上被广泛采用，而且应用规模不大。

为了克服传统脱水装置的不足，进一步提高天然气脱水的效率，人们不断对此类设备进行改进和研究，取得了一些实质性的研究成果，其中超音速分离就是一种相对新颖的方法。超音速分离技术利用天然气在超音速状态下的蒸汽冷凝现象进行天然气脱水，在热力学原理和系统构成上与传统的天然气脱水方法有显著区别。天然气超音速脱水将膨胀机、分离器和压缩机的功能集中到一个管道中，大大简化了脱水系统的结构，提高了系统的可靠性，降低了脱水系统的投资、运行费用和环境污染，具有系统简单、体积小、无运动部件、允许在苛刻的环境中使用、操作方便、运行费用低等优点。由英荷皇家Shell公司投资创办的Twister公司、俄罗斯3S公司等都先后推出了超音速天然气脱水设备。例如，Twister公司为马来西亚的气田设计了一套超音速分离天然气处理装置，该项目已于2004年2月投入生产；2004年9月，第一套工业用3S装置在俄罗斯一座处理能力超过4×10⁸m⁵/a的天然气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。虽然国内江汉石油机械研究所、胜利油田等单位联合相关高校开展了一些应用基础研究，但因技术难度太大，迄今尚未有工业化的产品推出。