CN104774664A

CN104774664A - 一种天然气组合脱水***及方法

Info

Publication number: CN104774664A
Application number: CN201410015834.XA
Authority: CN
Inventors: 安延涛; 马汝建; 高兆栋; 李月
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2014-01-14
Filing date: 2014-01-14
Publication date: 2015-07-15

Abstract

本发明具体公开了一种天然气组合脱水***及方法，包括天然气采集设备、离心脱水装置、超音速脱水装置、旋流脱水装置、天然气储存设备和水蒸气储存设备，所述的天然气采集设备、离心脱水装置、超音速脱水装置、旋流脱水装置和天然气储存设备依次相连，所述的离心脱水装置、超音速脱水装置和旋流脱水装置与水蒸气储存设备相连。本发明的有益效果是：通过离心脱水装置，实现天然气的一级脱水，通过超音速脱水装置，实现天然气的二级脱水，通过旋流脱水装置，实现天然气的三级脱水，该组合脱水***具有控制参数可调、技术先进、整体结构紧凑及脱水效率高的特点。

Description

一种天然气组合脱水***及方法

技术领域

本发明涉及一种天然气组合脱水***，尤其涉及一种通过一级离心脱水装置、二级超音速脱水装置及三级旋流脱水装置来实现天然气的深度脱水，属于天然气脱水技术领域。

背景技术

天然气作为一种优质高效的清洁能源，具有单位热值高、排气污染小、供应可靠、价格低的特点，其排放的二氧化碳和氮氧化物分别约为煤炭的50％和20％，二氧化硫几乎为零，因此其开发和利用越来越受到人们的重视。

但自地层开采出来的天然气中含有水蒸气，水蒸气的存在，不仅会形成水合物，引起整个管道***的堵塞，降低天然气的流速，而且与天然气中的CO₂或H₂S等酸性气体接触易形成具有腐蚀性的酸液，引起管道设备的腐蚀。为提高设备的使用寿命及管道的输送能力，需对开采出来的天然气进行净化处理。

现如今对天然气的脱水技术的研究虽取得了一定成果，但仍存在一些问题。如专利（CN 201220270427.X）中，只是解决了天然气脱水设备对物料前期分离和后期回收与排放功效较差的问题，但对天然气脱水效率的提高并未涉及。专利（CN 200520020118.7）和CN 201120072632.0）中只是将罐式分离器或塔式处理设备简单的在数量上增加，而专利（CN 201220559915.2）虽通过流体的切向流入实现螺旋运动进行气液分离，而切向流大小影响分离力及分离效果，其缺点是切向流入的流速只是被动输入，无法主动控制。而由于海洋气田开采出来的天然气压力大、水蒸气及盐离子含量高，造成使用现有的脱水设备时出现了脱水不彻底、进而结盐等问题。针对天然气脱水***脱水不彻底、结盐以及旋转流速无法控制等问题，可结合海洋气田中天然气的特点，采用新的方法脱去天然气的水蒸气，设计适合海洋气田的天然气脱水***及方法，以便能可控旋转流速，进而脱水彻底，消除结盐现象。

发明内容

本发明针对现有天然气脱水存在的旋转流速被动输入、脱水不彻底问题，提供一种可有效净化天然气中的水蒸气，进而消除结盐的天然气组合脱水***及方法。

本发明的天然气组合脱水***及方法采用以下技术方案：

天然气组合脱水***，包括天然气采集设备、离心脱水装置、超音速脱水装置、旋流脱水装置、天然气储存设备和水蒸气储存设备，所述的天然气采集设备、离心脱水装置、超音速脱水装置、旋流脱水装置和天然气储存设备依次相连，所述的离心脱水装置、超音速脱水装置和旋流脱水装置与水蒸气储存设备相连。

所述的离心脱水装置作为一级脱水，主要包括旋流生成器、旋流筒和扩散器，所述的旋流生成器上安装有旋流叶片，所述的旋流筒上设有分离水出口，所述的扩散器上安装有扩散叶片。

所述的超音速脱水装置作为二级脱水，主要包括膨胀段、旋流分离段和压缩段，所述的膨胀段上设有超音速翼和拉瓦尔管，所述的旋流分离段上设有锥形增速管和分离水出口，所述的压缩段上设有扩压管。

所述的旋流脱水装置作为三级脱水，主要包括旋流发生器、旋流筒和锥筒，所述的旋流发生器上设有造旋器，所述的旋流筒上设有中心管，并且中心管与溢流口相连，所述的锥筒上设有底流口。

本发明在组合脱水***中采用离心脱水装置作为一级脱水，通过离心脱水装置中的旋流生成器带动旋流叶片旋转，产生离心旋流；通过控制旋流叶片的转速来控制离心力的大小；通过旋流筒实现气液分离；通过分离水出口实现分离水蒸气初次排出；通过扩散器再次产生旋转离心力，为后续的超音速脱水装置提供初始的流速及离心力。

本发明在组合脱水***中采用超音速脱水装置作为二级脱水，通过超音速脱水装置中的固定的超音速翼产生带高离心力的旋流流体；通过拉瓦尔管实现离心力和流速激增，通过锥形增速管实现气液分离；通过分离水出口实现水蒸气的二次排出。通过扩压管实现流体排出。

本发明在组合脱水***中采用旋流脱水装置作为三级脱水，通过造旋器产生切向离心旋流；通过旋流筒和锥筒实现气液分离；通过底流口实现水蒸气的排出；通过中心管和溢流口实现天然气的排出。

本发明的有益效果是：通过离心脱水装置，实现天然气的初级脱水，即通过离心脱水装置中的旋流生成器产生离心旋流，并且离心力的大小可由旋流叶片的转速来控制；通过旋流筒中的分离水出口，实现分离水蒸气初次排出；通过扩散器再次产生旋转离心力，为后续的超音速脱水装置提供初始的流速及离心力。通过超音速脱水装置，实现天然气的二次脱水，即通过固定的超音速翼，产生带高离心力的旋流流体；通过拉瓦尔管实现流体加速；通过锥形增速管和分离水出口，实现气液分离及水蒸气的二次排出；通过旋流脱水装置，实现天然气的三级脱水，即通过造旋器产生切向离心旋流；通过旋流筒和锥筒实现气液分离；通过底流口和溢流口分别实现水蒸气和天然气的排出。该组合脱水***具有控制参数可调、技术先进、整体结构紧凑及脱水效率高的特点。

附图说明

图1是本发明组合脱水***结构示意图；

图2是本发明中离心脱水装置结构示意图；

图3是本发明中超音速脱水装置结构示意图；

图4是本发明中旋流脱水装置结构示意图。

图中：1、天然气采集设备，2、离心脱水装置，3、超音速脱水装置，4、旋流脱水装置，5、天然气储存设备，6、水蒸气储存设备，7、离心脱水扩散器，8、离心脱水旋流筒，9、离心脱水旋流生成器，10、离心脱水旋流叶片，11、离心脱水分离水出口，12、离心脱水扩散叶片，13、超音速脱水压缩段，14、超音速脱水旋流分离段，15、超音速脱水膨胀段，16、超音速脱水超音速翼，17、超音速脱水拉瓦尔管，18、超音速脱水锥形增速管，19、超音速脱水分离出水口，20、超音速脱水扩压管，21、旋流脱水底流口，22、旋流脱水锥筒，23、旋流脱水旋流筒，24、旋流脱水旋流发生器，25、旋流脱水造旋器，26、旋流脱水中心管，27、溢流口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

如图1所示，本发明的天然气组合脱水***主要由天然气采集设备1、离心脱水装置2、超音速脱水装置3、旋流脱水装置4、天然气储存设备5和水蒸气储存设备6组成，其中的天然气采集设备1、离心脱水装置2、超音速脱水装置3、旋流脱水装置4和天然气储存设备5依次相连，离心脱水装置2、超音速脱水装置3和旋流脱水装置4与水蒸气储存设备6相连。

如图2所示，本发明的离心脱水装置2主要包括旋流生成器9、旋流筒8和扩散器7，其中的旋流生成器9上安装有旋流叶片10，旋流筒8上设有分离水出口11，扩散器7上安装有扩散叶片12。

如图2所示，本发明在组合脱水***中采用离心脱水装置2作为一级脱水，离心脱水是根据离心分离原理来实现天然气和水蒸气的分离，以此达到天然气的初级脱水。首先，利用离心脱水装置2中的旋流生成器9带动旋流叶片10旋转，使进入离心脱水装置2中的湿天然气产生离心旋流，通过控制旋流叶片10的转速，可控制离心力的大小。然后，旋流的湿天然气进入旋流筒8，由于水蒸气较天然气的比重大，因此，在惯性的作用下，水蒸气被离心力甩在沿旋流筒8内壁，并经分离水出口流出，防止分离水蒸气对后续脱水效果的影响。最后，天然气经扩散器7上的扩散叶片12流出，旋转的扩散叶片12可使天然气再次产生旋转离心力，为后续的超音速脱水装置3提供初始的高流速、高旋转离心力。

如图3所示，本发明的超音速脱水装置3主要包括膨胀段15、旋流分离段14和压缩段13，其中的膨胀段15上设有超音速翼16和拉瓦尔管17，旋流分离段14上设有锥形增速管18和分离水出口19，压缩段13上设有扩压管20。

如图3所示，本发明在组合脱水***中采用超音速脱水装置3作为二级脱水，超音速脱水利用天然气在超音速喷管内绝热膨胀降温，实现天然气和水蒸气的分离，以此达到天然气的二次脱水。首先，由离心脱水装置2中扩散器7上的扩散叶片12产生的旋转状态下天然气进入膨胀段15，经固定的超音速翼16再次旋转，产生带高离心力的旋流流体，并进入拉瓦尔管17，由于此管段截面积急剧减小，则此处的流体的离心力和流速激增。然后，流体之后进入旋流分离段14，此处有锥形增速管18，因水蒸气和天然气的密度的差异，在高离心力和高转度下，水蒸气在离心力作用下逐渐甩向锥形增速管18内壁，并由分离水出口19排出。最后天然气进入压缩段13，在扩压管20的作用下，流速降低，并由此处排出天然气。

如图4所示，本发明的旋流脱水装置4主要包括旋流发生器24、旋流筒23和锥筒22，其中的旋流发生器24上设有造旋器25，旋流筒23上设有中心管26，并且中心管26与溢流口27相连，锥筒22上设有底流口21。

如图4所示，本发明在组合脱水***中采用旋流脱水装置4作为三级脱水，旋流脱水利用流体切向流入产生离心旋流，通过密度差实现气水分离，以此达到天然气的三级脱水，进而实现深度脱水的目的。首先由超音速脱水装置3出来的天然气进入旋流脱水装置4中，经旋流发生器24中的造旋器25，使得天然气产生切向离心旋流。然后，经过旋流筒23并在其内处于旋流状态，此时，比重大的水蒸气被离心力甩向外层。最后，在上游压力及重力的双重作用下，天然气旋转进入锥筒22，由于锥筒22内径逐渐减小而使其流速增加，被甩到锥筒22壁面的水蒸气沿锥筒22壁下滑，并经底流口21流出，而脱水后的天然气在压力作用下，经中心管26及溢流口27排出。

Claims

1.天然气组合脱水，其特征在于：包括天然气采集设备、离心脱水装置、超音速脱水装置、旋流脱水装置、天然气储存设备和水蒸气储存设备，所述的天然气采集设备、离心脱水装置、超音速脱水装置、旋流脱水装置和天然气储存设备依次相连，所述的离心脱水装置、超音速脱水装置和旋流脱水装置与水蒸气储存设备相连。

2.如权利要求1所述的天然气组合脱水，其特征在于：所述的离心脱水装置包括旋流生成器、旋流筒和扩散器，所述的旋流生成器上安装有旋流叶片，所述的旋流筒上设有分离水出口，所述的扩散器上安装有扩散叶片。

3.如权利要求1所述的天然气组合脱水，其特征在于：所述的超音速脱水装置包括膨胀段、旋流分离段和压缩段，所述的膨胀段上设有超音速翼和拉瓦尔管，所述的旋流分离段上设有锥形增速管和分离水出口，所述的压缩段上设有扩压管。

4.如权利要求1所述的天然气组合脱水，其特征在于：所述的旋流脱水装置包括旋流发生器、旋流筒和锥筒，所述的旋流发生器上设有造旋器，所述的旋流筒上设有中心管，并且中心管与溢流口相连，所述的锥筒上设有底流口。

5.如权利要求2所述的离心脱水装置，其特征在于：所述的离心脱水装置中的旋流生成器可产生离心旋流，并且离心力的大小可由旋流叶片的转速来控制；所述的离心脱水装置中的旋流筒中的分离水出口，可实现分离水蒸气初次排出；所述的离心脱水装置中的扩散器可通过扩散叶片再次产生旋转离心力，为后续的超音速脱水装置提供初始的流速及离心力。

6.如权利要求3所述的超音速脱水装置，其特征在于：所述的超音速脱水装置中的超音速翼可产生带高离心力的旋流流体；所述的超音速脱水装置中的拉瓦尔管可实现流体加速；所述的超音速脱水装置中的锥形增速管可实现气液分离；所述的超音速脱水装置中的离水出口可实现水蒸气的二次排出。

7.如权利要求4所述的旋流脱水装置，其特征在于：所述的旋流脱水装置中的造旋器可产生切向离心旋流；所述的旋流脱水装置中的旋流筒和锥筒实现气液分离；所述的旋流脱水装置中的底流口可实现水蒸气的排出；所述的旋流脱水装置中的溢流口可实现天然气的排出。