CN102389690A - 一种超音速涡流管气体脱水脱烃的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多级超音速涡流管气体脱水脱烃方法；原料气进入分离器和过滤分离器脱除大颗粒，过滤分离后的原料气与干气在一级气气换热器降温，经精细过滤器除去细小固体颗粒后进入一级预旋流预成核超音速涡流管脱水后分为一级干气和气液混合物；气液混合物进入一级气液分离器分离；分离出的气相汇入一级干气进入二级气气换热器，降温后一级干气进入二级预旋流预成核超音速涡流管脱水，分为二级干气和气液混合物；气液混合物进入二级气液分离器分离；分离出的气相汇入二级干气先后进入二级气气换热器和一级气气换热器与一级干气和原料气换热升温，升温后的干气外输；解决了烃水露点高和堵塞，实现了原料气脱水脱烃，保障了净化装置的平稳运行。

Description

一种超音速涡流管气体脱水脱烃的方法

技术领域：

本发明涉及一种超音速涡流管气体脱水脱烃方法。

背景技术：

超音速涡流管脱水技术，主要研发公司为Translang和Twister公司。

主要形成的专利如下：

1.《Supersonic separator apparatus and method》

(US6776825B2)

2.《Method of and apparatus for the separation of components of gasmixtures and liquefaction of a gas》

(US6372019B1)

3.《Nozzle for supersonic gas flow and an inertia separator》

(US6513345B1)

国内形成(申请)的主要超音速涡流管的专利如下：

1.《锥芯式超音速冷凝旋流分离器》

(CN200810011258.6)

2.《一种超音速旋流凝结组合喷管》

(CN200610105199.X)

3.《多进气道超音速旋流分离与回压装置》

(CN200610043158.2)

4.《一种低流动阻力超音速气体净化分离装置》

(CN200810224499.9)

5.《超音速高效气液分离器》

(CN200520078930.5)

6.《新型天然气超音速旋流分离器》

(CN200520111901.4)

7.《涡流气体净化分离装置》

(CN200410074338.8)

8.《超声速旋流天然气分离器的超声速扩压器》

(CN200710013703.8)

9.《超声速旋流天然气分离器的超声速喷管》

(CN200810157472.2)

上述国内外专利中所陈述技术的工作原理均是利用压力经拉伐尔喷管加速至超音速降压降温产生冷凝，而在加速前或后设有涡流发生器产生高速涡流。高速旋转的低温流体在离心力的作用下使凝结产生的液体附在管壁，而气体则在管道中心位置，通过不同管径的气、液相收集管实现气液分离。气相部分经扩压管部分恢复压力后外输。

超音速涡流管脱水、脱烃工艺属于冷冻法脱水、脱烃，工艺核心为低温条件下的气液分离过程，即液体在低温时凝结成核、长大并在高速旋转过程中与气体实现分离的过程。天然气采用冷冻法脱水、脱烃，易产生水合物堵塞的问题。

传统的超音速涡流管脱水、脱烃工艺见图1，其工作过程为：含有饱和水及少量游离水的原料气1经过原料气分离器2、原料气过滤分离器3、气气换热器4和精细过滤器5预处理后进入超音速涡流管6脱水、脱烃。分出的混合物进入气液分离器7实现分离。而干气8则进入气气换热器4升温后外输。

从以上工艺流程可以看出，为了避免水合物的形成，进超音速涡流管6前的天然气温度不能低于水合物形成温度，故气气换热器4不能充分换热充分利用冷量。另外，由于出气气换热器4原料气温度不能低于水合物形成温度，要获得更低的露点温度就需要更大的超音速涡流管进出口压差。而进出口压差越大，产生的过冷度也越大，也就越容易产生水合物堵塞。

发明内容：

本发明的目的是利用通过一级(或前级)换热、脱水后可产生低温非饱和含水一级干气的特点，在二级(或次级)换热器中将原料气换热至更低温度进入二级(或次级)超音速涡流管脱水，以达到提高压力能利用效率和降低单级超音速涡流管进出口压降要求的目的，从而最终实现增大露点降和防止管路堵塞的目标。为超音速涡流管在气液分离领域，特别是在天然气脱水、脱烃过程的工程应用提供一种新的方法选择。

本发明申请的专利改变原有超音速涡流管气液分离采用的单一超音速涡流管脱水、脱烃工艺，串联两级(或多级)预旋流预成核(专利申请号：2010101155270.0)超音速涡流管、气气换热器和气液分离器，既保持了超音速涡流管脱水、脱烃技术不添加水合物抑制剂的优点，又能充分利用压力能产生的冷量，防止水合物堵塞，使天然气的水、烃露点降至更低的水平，形成了两级(或多级)超音速涡流管天然气脱水、脱烃工艺。

由于超音速涡流管直接脱水能获得的露点降有限，要达到更低的干气露点温度需要将低温干气与常温的原料气进行换热。但水合物堵塞问题的存在，使干气达到更低的露点温度有换热器原料气出口温度不能过低的瓶颈限制。本专利则利用超音速涡流管脱水、脱烃能产生低温不饱和含水干气的特点，设计串联两级(或多级)脱水、脱烃工艺，一级(或前级)超音速涡流管主要起预脱除作用。由于经过预脱除的原料气露点降低，其中不含游离水且非饱和含水，不能满足水合物形成的原料条件，故原料气可在二级(或后级)换热至更低的温度，提高了能量的利用效率，可减小压降并获得更大的总露点降和更低的露点温度。另外，由于分级后单级超音速涡流管的进出口压差降低，过冷度也将随之减小，从而使产生水合物堵塞的几率降低。

两级超音速涡流管天然气脱水、脱烃工艺见图2。其工作过程如下：含有饱和水及少量游离水的原料气11首先进入原料气分离器12和原料气过滤分离器13分别脱除大颗粒以减小高速条件下的磨蚀，过滤分离后的原料气与干气在一级气气换热器14换热降温并经精细过滤器15除去细小固体颗粒后进入一级预旋流预成核超音速涡流管16初脱烃水后分为一级干气和气液混合物。气液混合物进入一级气液分离器17实现分离。分离出的气相汇入一级干气进入二级气气换热器18与二级干气换热继续降温，降温后一级干气进入二级预旋流预成核超音速涡流管19进行更为深度的脱水，分为二级干气和气液混合物。气液混合物进入二级气液分离器20实现分离。分离出的气相汇入二级干气先后进入二级气气换热器18和一级气气换热器14与一级干气和原料气换热升温，升温后的干气21外输。在原料气分离器12、原料气过滤分离器13、一级气液分离器17和二级气液分离器20产生的烃水23汇入烃水储罐22暂存，定期外输处理。

多级超音速涡流管天然气脱水、脱烃工艺与两级工艺类似，都是通过串联更多级的预旋流预成核(专利申请号：2010101155270.0)超音速涡流管、气气换热器和气液分离器，在不注入水合物抑制剂的条件下可使原料气的烃、水露点达到更低的水平。

发明的效果：

与背景技术相比较，本发明专利结合两级(或多级)换热、两级(或多级)超音速涡流分离和超音速扩压等技术，通过两级(或多级)超音速涡流管脱水、脱烃工艺，可降低后级超音速涡流管入口温度和进出口压差，增大总露点降，减少总压降，能有效地防止堵塞的发生，最终获得更低的干气露点温度。

另外，在解决烃、水露点高和堵塞问题后，既实现了原料气脱水、脱烃的目的，又保障了净化装置的平稳运行，同时还能防止堵塞带来的原料气超压爆炸或外泄等安全、环保问题，对装置的安全、环保生产起到技术支撑作用。

本发明特别适用于原料气烃、水露点要求较高，而受低温形成固体的影响常规流程不能满足净化要求的场合。

附图说明：

图1常规超音速涡流管天然气脱水、脱烃工艺流程图

图2两级超音速涡流管天然气脱水、脱烃工艺流程图

标号说明：1-原料气2-原料气分离器3-原料气过滤分离器4-气气换热器5-精细过滤器6-超音速涡流管7-气液分离器8-干气9-烃水储罐10-烃水11-原料气12-原料气分离器13-原料气过滤分离器14-一级气气换热器15-精细过滤器16-一级预旋流预成核超音速涡流管17-一级气液分离器18-二级气气换热器19-二级预旋流预成核超音速涡流管20-二级气液分离器21-干气22-烃水储罐23-烃水

具体实施方式

两级(或多级)超音速涡流管工艺实施以高压天然气应用两级超音速涡流管脱水为例进行说明。

原料天然气进口压力为10MPa，其具体组成见表1。

表1实例原料天然气组成表

经计算，此原料天然气的水合物形成温度16.35℃，为防止水合物堵塞气气换热器，一级超音速涡流管进口温度定为20℃。

其工艺流程如图2所示。

含有饱和水及少量游离水，压力为10.0MPa，温度为30℃的原料气11首先进入原料气分离器12和原料气过滤分离器13分别脱除大颗粒以减小高速条件下的磨蚀，过滤分离后的原料气与干气在一级气气换热器14换热降温至20℃并经精细过滤器15除去细小固体颗粒后进入一级预旋流预成核超音速涡流管16初脱水后分为一级干气和气液混合物。此时天然气压力降至8.5MPa，温度降到14℃。气液混合物进入一级气液分离器17实现分离。分离出的气相汇入一级干气进入二级气气换热器18与二级干气换热继续降温至10℃，降温后一级干气进入二级预旋流预成核超音速涡流管19进行更为深度的脱水，并也分为二级干气和气液混合物。此时天然气压力降至7.0MPa，温度降到4℃。气液混合物进入二级气液分离器20实现分离。分离出的气相汇入二级干气先后进入二级气气换热器18和一级气气换热器14与一级干气和原料气换热升温至19℃，升温后的干气21外输。在原料气分离器12、原料气过滤分离器13、一级气液分离器17和二级气液分离器20产生的烃水23汇入烃水储罐22暂存，定期外输处理。

通过ChemCAD计算得出，含水天然气通过两级超音速涡流管天然气脱水工艺处理后，水露点达到-5℃以下，能够满足生产的要求。

Claims (1)

1.一种超音速涡流管气体脱水脱烃的方法，其特征在于：含有饱和水及少量游离水，压力为10.0MPa，温度为30℃的原料气(11)首先进入原料气分离器(12)和原料气过滤分离器(13)分别脱除大颗粒以减小高速条件下的磨蚀，过滤分离后的原料气与干气在一级气气换热器(14)换热降温至20℃并经精细过滤器(15)除去细小固体颗粒后进入一级预旋流预成核超音速涡流管(16)脱水后分为一级干气和气液混合物；此时天然气压力降至8.5MPa，温度降到14℃；气液混合物进入一级气液分离器(17)实现分离；分离出的气相汇入一级干气进入二级气气换热器(18)与二级干气换热继续降温至10℃，降温后一级干气进入二级预旋流预成核超音速涡流管(19)进行更为深度的脱水，分为二级干气和气液混合物；此时天然气压力降至7.0MPa，温度降到4℃；气液混合物进入二级气液分离器(20)实现分离；分离出的气相汇入二级干气先后进入二级气气换热器(18)和一级气气换热器(14)与一级干气和原料气换热升温至19℃，升温后的干气(21)外输；在原料气分离器(12)、原料气过滤分离器(13)、一级气液分离器(17)和二级气液分离器(20)产生的烃水(23)汇入烃水储罐(22)暂存，定期外输处理。

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