本发明专利技术属于天然气处理技术领域，具体涉及低温旋流式超音速分离装置及天然气脱水脱烃工艺。所述工艺为：天然气原料气经换热器降温后，进入NGsd装置，并在NGsd装置内经过高速旋流、在喷管内膨胀降压、降温和增速，分离得到水和轻烃的气液混合物、干气；得到的水和轻烃的气液混合物进入气液分离器，分离得到水和轻烃、分流干气。采用本发明专利技术装置和工艺进行天然气脱水脱烃效率高，能耗低，并且集致冷、气液分离、一次性产生干气等功能于一体，应用于气体处理工艺流程，可以减少设备、实现真正意义的短流程，节省投资成本。
Low temperature cyclone supersonic separation device and natural gas dehydration and hydrocarbon removal process
The invention belongs to the technical field of natural gas treatment, in particular to a low temperature cyclone supersonic separation device and a natural gas dehydration and hydrocarbon removal process. The process is: the natural gas feed gas by cooling heat exchanger, into the NGsd device, and in the NGsd device through the high-speed cyclone, decreasing pressure and temperature and the growth rate of expansion in the nozzle, dry gas separation, gas-liquid mixture water and light hydrocarbon; gas-liquid mixture derived water and light hydrocarbons into gas separator, isolated water and light hydrocarbon, dry gas flow. The device and process of natural gas dehydration and dealkylation of high efficiency, low energy consumption, and cooling, gas-liquid separation, one-off production of dry gas and other functions in one, suitable for gas treatment process, short process can reduce the equipment, realize the true meaning, save investment cost.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于天然气处理
，具体涉及低温旋流式超音速分离装置及天然气脱水脱烃工艺。
技术介绍
天然气脱水脱烃是天然气净化过程中必不可少的环节，选择合适的脱水、脱烃技术和工艺是非常必要的。目前，国内外油气田普遍应用的传统天然气脱水、脱烃技术，主要包括溶剂吸收法、固体吸附法、冷冻分离法等，其中化学反应法的工业应用极少，而溶剂吸收法和固体吸附法应用极为广泛。溶剂吸收技术：利用具有很强的吸水性的醇类化合物作为吸收剂，如乙二醇、二甘醇和三甘醇(TEG)。其中以三甘醇的热稳定性更好，且易于再生，蒸汽压低，携带损失量更小，所以大量使用。这种脱水系统包括分离器、吸收塔和三甘醇再生系统，应用了吸收、分离、气液接触、传质、传热及抽提等工艺原理，露点降可以达到30～60℃。目前，三甘醇脱水面临的主要问题有：系统比较复杂，三甘醇溶液再生能耗大，存在损失、被污染、氧化生成腐蚀性有机酸等问题，设备所占空间大，设备维护复杂。以上原因造成三甘醇脱水法投资和运行成本过高，而且随着装置运行时间延长，三甘醇消耗逐渐增加，因此三甘醇消耗量成为影响生产成本的重要因素。固体吸附技术：采用固体吸附剂脱水，常用有硅胶、活性氧化铝、分子筛。分子筛具有更多的优点，因而得到广泛应用。分子筛脱水系统主要包括2个或3个处于脱水、再生和冷吹状态的干燥器，以及再生气加热系统，更适合于深度脱水，露点可以降低到-73℃以下。但分子筛脱水的主要问题为设备投资和操作费用比较高，分子筛再生能耗大，而且天然气中的重烃、H2S和CO2等可使固体吸附剂污染。另外，分子筛脱水的再生过程能耗比较大，干燥器下层的吸附剂需要经常更换。冷冻分离技术：冷冻分离技术包括直接冷却法、加压冷却法、节流膨胀制冷和机械制冷等方法。J-T阀和透平膨胀机脱烃属于低温冷凝方法脱烃，具有流程简单、成本低等优点，该方法是国内气田中除三甘醇法外应用较多的天然气脱水工艺。特别适合用于高压气体，但当天然气压力不足时，使用冷冻分离法脱水达不到外输要求，而增压或外部引入冷源不经济时，则必须采用其他脱水方法。该方法目前的主要问题为耗能高、水露点高等。而且，透平膨胀机有高速运动部件，制造难度大、可靠性差。天然气脱水和轻烃分离是油气田地面生产的重要工艺环节，而上述传统的低温分离工艺分离效率低、投资和运行费用高、加热防冻困难、防冻剂用量大。针对此类问题提出的免加热或免加注防冻剂的低温旋流式超音速分离新技术是天然气处理工艺技术的一大革新。2011年，塔里木油田牙哈作业区在天然气脱水中现在采用的首台低温旋流式超音速分离脱除装置，并获得成功。通过天然气脱水超音速分离技术所涉及的机械、物理、工艺、设备等多专业的综合研究，解决烯烃处理，抗冻剂消耗，可处理气量受限等技术难题，研发适应海上平台环境、大幅减轻平台负重、缩减设备占地面积、可处理含高酸性气体的天然气脱水技术，组织实施超音速分离技术的规模化推广应用，为“十三五”在油田建设提高天然气脱水效率，节能降本增效提供技术支撑。
技术实现思路
本专利技术所要解决的第一个技术问题是提供一种低温旋流式超音速分离装置，该装置包括气体入口、导流叶轮旋流器、超音速拉法尔喷管、分离倒锥、升压扩散器、液体出口、分离后气体出口组成。进一步的，上述低温旋流式超音速分离装置中，所述超音速拉伐尔喷管分为四部分：稳定段、亚声速收缩段、喉部、超音速扩张段。本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供天然气脱水脱烃工艺，所述工艺包括以下步骤：(1)、天然气原料气经换热器降温后，进入NGsd装置，并在NGsd装置内经过高速旋流、在喷管内膨胀降压、降温和增速，分离得到水和轻烃的气液混合物、干气；(2)、所述步骤(1)得到的水和轻烃的气液混合物进入气液分离器，分离得到水和轻烃、分流干气。其中，上述天然气脱水脱烃工艺还包括步骤(3)：所述步骤(1)得到的干气和步骤(2)得到的分流干气，经气体混合器混合，回注到所述换热器，与天然气原料气换热后外输，得到干气产物。其中，上述天然气脱水脱烃工艺步骤(1)中，所述天然气原料气经换热器降温后的温度为-80℃。其中，上述天然气脱水脱烃工艺步骤(1)中，所述高速旋流产生切向加速度为l×106m/s2的旋流。其中，上述天然气脱水脱烃工艺步骤(1)中，所述原料天然气经高速旋流后产生温度20℃、压力10MPa的饱和天然气。其中，上述天然气脱水脱烃工艺步骤(1)中，所述增速后的速度＞550m/s。其中，所述NGsd装置为所述低温旋流式超音速分离装置的简称。本专利技术的有益效果是：(1)效率高：发生在低温旋流式超音速分离装置超音速喷管中的降压、降温、增速过程，以及发生在喷管后部至扩散器减速、升压、升温过程，都是气体内部能量转换，不存在能量消耗和损失。因此，利用低温旋流式超音速分离脱除技术制造的分离装置不仅比等焓节流膨胀制冷的J-T阀效率高，而且也比等熵节流膨胀的膨胀机效率高；(2)能耗低：在NGL(NGL即轻烃，是指从天然气中回收到的液烃混合物，包括乙烷、丙烷、丁烷及戊烷以上烃类)收率相同的情况下，使用低温旋流式超音速分离装置与使用J-T阀相比，利用低温旋流式超音速分离脱除技术制造的分离装置可减少功耗50％～70％；用分离装置替代膨胀机可减少压缩功15％～20％。特别是当膨胀机由于技术原因(诸如进口压力太高)，或在中小油气田使用膨胀机不经济的场合，低温旋流式超音速分离装置的优势更加突出；(3)利用低温旋流式超音速分离脱除技术制造的分离装置无转动部件，属静设备，不仅检修工作量小，而且还使运行更加安全、可靠；(4)工艺过程和设备都很简单，低温旋流式超音速分离技术是一种创新的致冷、脱水脱烃高效技术，集致冷、气液分离、一次性产生干气等功能于一体，应用于气体处理工艺流程，可以减少设备、实现真正意义的短流程，从而节省投资成本；(5)本身无消耗，因此运行成本低；(6)运行过程中，噪声小、无排放、无污染，对环境无影响，可实行全绿色工艺；(7)体积小，因此设备占地和占有空间小；(8)可根据不同的用途配置超音速和次音速喷管，配置不同的旋流器和扩散器，以适应不同的需要，甚至还可以根据需要在工作段壁上进行打孔回收液体。附图说明图1为NGsd装置结构示意图，其中，1-气体入口；2-导流叶轮旋流器；3-超音速拉法尔喷管；4-外管；5-分离倒锥；6-扩散器；7-液体出口；8-分离后气体出口。图2为实施例天然气脱水脱烃工艺工艺流程图。具体实施方式本专利技术采用专利技术人经创造性劳动所得的低温旋流式超音速分离装置，结合气体动力学、热力学和流体力学的理论，经过绝热膨胀形成低温超音速流动，利用旋流场分离经绝热膨胀形成的低温冷凝水份和重烃组分。有效解决在勘探开发和油气田生产过程中缩减设备占地面积，减轻基础负重，降本增效，处理含高含硫化氢、二氧化碳等高酸性气体的迫切需求。本专利技术提供了低温旋流式超音速分离装置，该装置包括气体入口1、导流叶轮旋流器2、超音速拉法尔喷管3、外管4、分离倒锥5、扩散器6、液体出口7、分离后气体出口8组成。进一步的，上述NGsd装置中，所述超音速拉伐尔喷管分为四部分：稳定段、亚声速收缩段、喉部、超音速扩张段。所述低温旋流式超音速分离装置在天然气液化流程中的作用与传统液化工艺的膨胀机以及J-T阀相当，一般更适于气源压力较高情况下本文档来自技高网...
【技术保护点】
低温旋流式超音速分离装置，其特征在于，该装置包括气体入口、导流叶轮旋流器、超音速拉法尔喷管、分离倒锥、升压扩散器、液体出口、分离后气体出口组成。
【技术特征摘要】
1.低温旋流式超音速分离装置，其特征在于，该装置包括气体入口、导流叶轮旋流器、超音速拉法尔喷管、分离倒锥、升压扩散器、液体出口、分离后气体出口组成。2.根据权利要求1所述低温旋流式超音速分离装置，其特征在于，所述超音速拉伐尔喷管分为四部分：稳定段、亚声速收缩段、喉部、超音速扩张段。3.天然气脱水脱烃工艺，其特征在于，所述工艺包括以下步骤：(1)、天然气原料气经换热器降温后，进入NGsd装置，并在NGsd装置内经过高速旋流、在喷管内膨胀降压、降温和增速，分离得到水和轻烃的气液混合物、干气；(2)、所述步骤(1)得到的水和轻烃的气液混合物进入气液分离器，分离得到水和轻烃、分流干气。4.根据权利要求3所述天然气脱水脱烃工艺，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘新哲，马艳，尹湘权，
申请(专利权)人：力冠能源天津有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12
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