[发明专利]油气田天然气冷冻法脱水预处理方法

说明书

本发明涉及气体的脱水方法，尤其是涉及油气田天然气冷冻法脱水预处理方法。

天然气中水蒸汽的含量，一般要求，每百万立方米中不超过1.0～1.2公斤，以确保天然气输气管的顺利操作。特别是对于寒冷地区的冬季长距离输送，要求每百万立方米天然气中的含水量应不高于0.6公斤。

天然气中水分的主要来源是贮存于汽田或油田地层，开采时又加入了大量的水蒸汽或热水，在地层中的温度与压力下天然气中水分呈饱和状态。天然气引到地面后，温度与压力略降，部分水分凝结经预分离器分出，但残余的水分仍会在输送过程中因温度或压强降低而形成水化物或冰块阻碍操作以至堵塞管道。特别是在寒冷地区冬季气温低于-20℃之后，输送管道可能由于水化物或冰块的形成而无法操作甚至导致管道的破裂。故从气田或油田来的天然气或油田伴生气应将其中水分脱除到一定的程度。天然气脱水的方法很多，有吸附法、吸收法、冷却、加压冷却法、化学处理法等。但常用的脱水法是吸收法与吸附法。

吸收法脱水是采用二乙二醇及三乙二醇等为吸收剂。在吸收塔内将天然气中的水分吸收。吸水后乙二醇稀溶液须经加热减压脱水增浓再生，然后浓乙二醇溶液循环使用。用此法脱水前，需先将天然气中含有的游离油先除净，以免乙二醇发生起泡现象造成吸收操作的困难。吸收法脱水的缺点是设备复杂、造价高，操作条件控制不易、脱水程度不高，且吸收剂损耗大，操作成本较高。

吸附法脱水比吸收法可脱除更多水分。该脱水方法是用活性铝、硅胶、铝氧土及分子筛等固体吸附剂在吸附塔中吸附天然气中水分，吸附剂饱和后停止操作，进行加热再生。再启用另一只吸附器继续脱水。二只吸附器交替使用。但此法脱水需先将天然气加压冷却，然后减压加热再生。所以，它脱水效果虽好但设备与操作费用昂贵，适合于天然气加工时所需的深度脱水。至于传统的冷却法脱水是将天然气冷却到一定温度，凝析出水分后分离之。但由于脱水程度低，达不到天然气在寒冷地区冬季的长距离输送的要求。采用加压冷却法，虽可以提高脱水程度，但设备与操作费用甚高，且操作工艺问题较多，难以应用。

本发明的目的是提供一种油气田天然气冷冻法脱水预处理方法，以确保油气田天然气输气管的顺利输送。

为了达到上述目的本发明采取下列方法，它是采用周期切换冷冻方式，将油气田天然气中的水分和烃类水化物冻结在冷凝-蒸发器中，然后用制冷剂释放的冷凝热将其解冻脱除水分的预处理方法。

下面结合附图作详细说明。

附图是油气田天然气冷冻法脱水预处理方法流程示意图。

油气田天然气处理流程为：油气田天然气(简称NG)由输送总管送入换热器1与冷干气换热而冷却，经气液分离器2除去冷凝的水分与重烃液后，通过NG换向阀4，再经冷凝-蒸发器6，在此，它与管内沸腾的液体制冷剂进行换热，将其水分和烃类水化物冻结在冷凝-蒸发器中。制冷剂与制冷温度由脱水深度(露点)来确定。然后经NG换向阀5，气液分离器3，返回换热器1，复热后输入输气总管。

制冷剂流程为：由制冷压缩机13出来的高温高压制冷剂气体，经水冷却器11冷却，通过制冷剂换向阀8，再经冷凝-蒸发器7冷凝成制冷剂液体，然后通过节流器10在冷凝-蒸发器6内降压节流制冷，放出冷量后自身汽化再通过制冷剂换向阀9返回制冷压缩机低压吸入口。

由于冷凝-蒸发器6在冷凝NG时其管外冻结了一定量的冰(霜)而导致换热性能恶化。所以需周期切换四个换向阀4、5、8、9，进入另一个流程。切换周期一般为8-12小时。

其后，油气田天然气流程为：油气田天然气送入换热器1冷却，经气液分离器2除去冷凝的水分与重烃液后，通过NG换向阀4，再经冷凝蒸发器7将其水分和烃类水化物冻结，然后经NG换向阀5，气液分离器3返回换热器1。

制冷剂流程为：由压缩机13出来的高温高压制冷剂气体经水冷却器11冷却，通过制冷剂换向阀9，再经冷凝-蒸发器6冷凝成制冷剂液体，然后通过节流器10在冷凝-蒸发器7内降压节流制冷，放出冷量后自身气化，再通过制冷剂换向阀9，返回制冷压缩机低压入口。就这样周而复始，达到冷冻脱水的目的。

气液分离器2、3和冷凝-蒸发器6、7分离和解冻的水分及混烃排入贮液罐14。一般采用压缩式制冷循环，制冷剂采用氨，氟利昂和丙烷。为了控制冷凝-蒸发器冷凝放热量。采用压力或温度调节阀12来控制水冷却器的进水量。冷量与热量的平衡需经过精确的热平衡计算。

本发明与其它脱水方法相比，具有工艺流程简单合理、设备投资费与运行费用均省，脱水程度可根据地区不同而方便调整，脱水效果明显，保证天然气或油田伴生气在冬季不冻结安全输送。而且，在脱水的同时，可附产一定数量的混烃，特别是对富NG，其经济效益更为可观。