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【摘 要】天然氣净化，主要包括天然气脱硫和天然气脱水。天然气脱水的方法主要有低温脱水、溶剂吸收法脱水、固体吸附法脱水和化学反应法脱水。目前溶剂吸收法脱水法是最为有利的，也是使用最为广泛的。
【关键词】天然气;脱水;膜
中图分类号：G4 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2018.08.154
一、概述
天然气是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氮和氯等。在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。广义的天然气是指在地壳中一切天然生成的气体，包括油田气、气田气、泥火山气、煤层气和生物生成气等。按天然气在地下存在的不同相态可以分为游离态、溶解态、吸附态和固态水合物。只有游离态的天然气经聚集形成天然气藏，才可以开发利用。天然气主要由气态的低分子烃和非烃气体混合而成。无色无味，主要成分中85～95%为甲烷（CH4），比重0.65，比空气要轻，具有无色、无味、无毒的特性，极容易挥发，并且在空气中扩散迅速。天然气与空气混合浓度在5～15%时遇明火或大于天然气燃点530°C时即燃烧，属于可燃可爆性气体。
二、天然气脱水工艺的必要性
天然气水合物的形成会对输气管道的起到危害的作用。19世纪30年代初，人们开始注意到天然气输气管线中形成的天然气水合物。因为水合物造成的天然气输气管道堵塞问题给天然气工业带来许多麻烦。1934年，发表了水合物造成天然气输气管线堵塞的有关数据，人们开始更加详细地研究天然气水合物和它的相关性质。
天然气水合物形成的必要条件气体是处于水气饱和或过饱和状态并存在游离水;有足够高的压力和足够低的温度。在具备上述条件时，水合物尚不能形成，还必须有其他的一些辅助条件，如压力，气体的高速流动，因流向的突变产生的搅动，水合物晶种的存在及晶种停留的特定物理位置如弯头、孔板、阀门、粗糙的管壁等。水合物形成的临界温度是水合物可能存在的最高温度，高于此温度，不论压力多高，也不会有水合物形成。
用于天然气脱水的方法有多种，天然气净化通常采用的脱水工艺方法有溶剂脱水法和固体干燥剂吸附法。溶剂吸收法具有设备投资和操作费用较低的优点，较适合大流量高压天然气的脱水，其中应用最广泛的为三甘醇溶液脱水方法，但其脱水深度有限，露点降一般不超过45℃，而固体干燥剂吸附法脱水后的干气，露点可低于-50℃。当要求水露点<-35℃，溶剂脱水法难以达到，因此需采用固体干燥剂脱水工艺，如分子筛脱水工艺，此外还有直接冷却法和化学反应法等。
三、低温分离脱水法
低温分离脱水法主要有膨胀制冷法和丙烷外制冷法。膨胀制冷法又有节流阀制冷、膨胀机制冷等方法。节流制冷法为防止天然气温度在节流阀之前、后迅速降低生成水合物，在预冷器前需要加入水合物抑制剂，以防止水合物的形成。采用节流制冷法脱水，装置设备简单，一次性投资低，装置操作费用较低。该方法主要用于有压力能可供利用的高压气田。优点是设备简单，占地面积小;投资低，装置操作费用低。缺点是只适用于高压天然气并且有足够压力能可利用的气田天然气处理，对于压小的天然气，达不到足够的水露点要求。如果没有足够的压力就必须采用增压时，装置的投资和运行费用将会较高。
四、三甘醇脱水装置
三甘醇脱水由高压吸收系统及低压再生系统两部分组成。来自脱硫装置的湿净化天然气经原料分离器自吸收塔下部进入吸收塔，由于进入吸收塔的气体不允许含有游离液体（水与液烃）、化学剂、压缩机润滑油及泥沙等物，所以湿天然气进入装置后，先经过进口气涤器除去游离液体和固体杂质。如果天然气中杂质过多，还要采用过滤分离器。进口气涤器顶部设有捕雾气（除沫器），用来脱除出口气体中携带的液滴。
五、天然气膜法脱水技术
天然气膜法脱水。自20世纪80年代以来，一些国家对天然气膜脱水技术进行了研究开发，目前已基本实现工业化。美国Speared公司开发了醋酸纤维素螺旋卷式膜组件，用于海上开发平台天然气水，H2O/CH4分离因子为500，在7.8 MPa、38℃下脱水后的天然气的水露点温度可达到-48℃，水蒸汽含量小于10-4，可以除去97%的水分，这对天然气的输送，避免管道腐蚀十分有利。由于膜分离法天然气脱水装置体积小、结构紧凑、重量轻，减少了海上采油平台建设的投资费用。美国Grace公司利用卷式膜组件开发了天然气水分和酸性气体脱除的工业试验装置，并在加拿大等地现场进行了试验，取得了良好的效果。近来挪威Air Product公司已经开发岀适用于海洋开发平台的天然气脱水装置。美国气体产品公司的柏美亚部（Permea）是气体分离膜的开拓者，利用专业的技术力量从八十年代中开始天然气脱水膜的研究，至1999年已经实现天然气脱水膜的商业化，所使用的膜为新型普里森（Prism）气体分离膜，分离系统在4-8 MPa的压力下，并辅以原料气流量的2%-5%干燥气作为返吹气的条件下，可脱除天然气中95%的水分，从而得到含水量达到管线输送标准的干燥天然气。和其它膜分离一样，膜天然气脱水具有结构简单、可靠性高、操作维修方便、无环境污染操作费用及投资低等特点，它将成为对传统脱水法极具竞争性的新工艺。
参考文献
[1]王小林，刘瑞，魏莹鹏.天然气净化过程节优化研究，天然气与石油网2013
[2]王遇东.天然气处理与加工工艺.北京：石油工业出版社，1999
[3]四川石油管理局编，天然气加工手册，北京，石油工业出版社，1982.
[4]H. Zare Aliabad，S. Mirzaei.Removal of CO2 and H2S
using aqueous alkanolamine solutions. World Acadony of Science， Engineering and Technology. 2009
【关键词】天然气;脱水;膜
中图分类号：G4 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2018.08.154
一、概述
天然气是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氮和氯等。在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。广义的天然气是指在地壳中一切天然生成的气体，包括油田气、气田气、泥火山气、煤层气和生物生成气等。按天然气在地下存在的不同相态可以分为游离态、溶解态、吸附态和固态水合物。只有游离态的天然气经聚集形成天然气藏，才可以开发利用。天然气主要由气态的低分子烃和非烃气体混合而成。无色无味，主要成分中85～95%为甲烷（CH4），比重0.65，比空气要轻，具有无色、无味、无毒的特性，极容易挥发，并且在空气中扩散迅速。天然气与空气混合浓度在5～15%时遇明火或大于天然气燃点530°C时即燃烧，属于可燃可爆性气体。
二、天然气脱水工艺的必要性
天然气水合物的形成会对输气管道的起到危害的作用。19世纪30年代初，人们开始注意到天然气输气管线中形成的天然气水合物。因为水合物造成的天然气输气管道堵塞问题给天然气工业带来许多麻烦。1934年，发表了水合物造成天然气输气管线堵塞的有关数据，人们开始更加详细地研究天然气水合物和它的相关性质。
天然气水合物形成的必要条件气体是处于水气饱和或过饱和状态并存在游离水;有足够高的压力和足够低的温度。在具备上述条件时，水合物尚不能形成，还必须有其他的一些辅助条件，如压力，气体的高速流动，因流向的突变产生的搅动，水合物晶种的存在及晶种停留的特定物理位置如弯头、孔板、阀门、粗糙的管壁等。水合物形成的临界温度是水合物可能存在的最高温度，高于此温度，不论压力多高，也不会有水合物形成。
用于天然气脱水的方法有多种，天然气净化通常采用的脱水工艺方法有溶剂脱水法和固体干燥剂吸附法。溶剂吸收法具有设备投资和操作费用较低的优点，较适合大流量高压天然气的脱水，其中应用最广泛的为三甘醇溶液脱水方法，但其脱水深度有限，露点降一般不超过45℃，而固体干燥剂吸附法脱水后的干气，露点可低于-50℃。当要求水露点<-35℃，溶剂脱水法难以达到，因此需采用固体干燥剂脱水工艺，如分子筛脱水工艺，此外还有直接冷却法和化学反应法等。
三、低温分离脱水法
低温分离脱水法主要有膨胀制冷法和丙烷外制冷法。膨胀制冷法又有节流阀制冷、膨胀机制冷等方法。节流制冷法为防止天然气温度在节流阀之前、后迅速降低生成水合物，在预冷器前需要加入水合物抑制剂，以防止水合物的形成。采用节流制冷法脱水，装置设备简单，一次性投资低，装置操作费用较低。该方法主要用于有压力能可供利用的高压气田。优点是设备简单，占地面积小;投资低，装置操作费用低。缺点是只适用于高压天然气并且有足够压力能可利用的气田天然气处理，对于压小的天然气，达不到足够的水露点要求。如果没有足够的压力就必须采用增压时，装置的投资和运行费用将会较高。
四、三甘醇脱水装置
三甘醇脱水由高压吸收系统及低压再生系统两部分组成。来自脱硫装置的湿净化天然气经原料分离器自吸收塔下部进入吸收塔，由于进入吸收塔的气体不允许含有游离液体（水与液烃）、化学剂、压缩机润滑油及泥沙等物，所以湿天然气进入装置后，先经过进口气涤器除去游离液体和固体杂质。如果天然气中杂质过多，还要采用过滤分离器。进口气涤器顶部设有捕雾气（除沫器），用来脱除出口气体中携带的液滴。
五、天然气膜法脱水技术
天然气膜法脱水。自20世纪80年代以来，一些国家对天然气膜脱水技术进行了研究开发，目前已基本实现工业化。美国Speared公司开发了醋酸纤维素螺旋卷式膜组件，用于海上开发平台天然气水，H2O/CH4分离因子为500，在7.8 MPa、38℃下脱水后的天然气的水露点温度可达到-48℃，水蒸汽含量小于10-4，可以除去97%的水分，这对天然气的输送，避免管道腐蚀十分有利。由于膜分离法天然气脱水装置体积小、结构紧凑、重量轻，减少了海上采油平台建设的投资费用。美国Grace公司利用卷式膜组件开发了天然气水分和酸性气体脱除的工业试验装置，并在加拿大等地现场进行了试验，取得了良好的效果。近来挪威Air Product公司已经开发岀适用于海洋开发平台的天然气脱水装置。美国气体产品公司的柏美亚部（Permea）是气体分离膜的开拓者，利用专业的技术力量从八十年代中开始天然气脱水膜的研究，至1999年已经实现天然气脱水膜的商业化，所使用的膜为新型普里森（Prism）气体分离膜，分离系统在4-8 MPa的压力下，并辅以原料气流量的2%-5%干燥气作为返吹气的条件下，可脱除天然气中95%的水分，从而得到含水量达到管线输送标准的干燥天然气。和其它膜分离一样，膜天然气脱水具有结构简单、可靠性高、操作维修方便、无环境污染操作费用及投资低等特点，它将成为对传统脱水法极具竞争性的新工艺。
参考文献
[1]王小林，刘瑞，魏莹鹏.天然气净化过程节优化研究，天然气与石油网2013
[2]王遇东.天然气处理与加工工艺.北京：石油工业出版社，1999
[3]四川石油管理局编，天然气加工手册，北京，石油工业出版社，1982.
[4]H. Zare Aliabad，S. Mirzaei.Removal of CO2 and H2S
using aqueous alkanolamine solutions. World Acadony of Science， Engineering and Technology. 2009