專利名稱：一種超音速渦流管氣體脫水脫烴的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超音速渦流管氣體脫水脫烴方法。
背景技術(shù)：
超音速渦流管脫水技術(shù)，主要研發(fā)公司為Translang和Twister公司。主要形成的專利如下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)國內(nèi)形成(申請)的主要超音速渦流管的專利如下1.《錐芯式超音速冷凝旋流分離器》(CN200810011258. 6)2.《一種超音速旋流凝結(jié)組合噴管》(CN200610105199. X)3.《多進氣道超音速旋流分離與回壓裝置》(CN200610043158. 2)4.《一種低流動阻力超音速氣體凈化分離裝置》(CN200810224499.9)5.《超音速高效氣液分離器》(CN200520078930. 5)6.《新型天然氣超音速旋流分離器》(CN200520111901. 4)7.《渦流氣體凈化分離裝置》(CN200410074338. 8)8.《超聲速旋流天然氣分離器的超聲速擴壓器》(CN200710013703. 8)9.《超聲速旋流天然氣分離器的超聲速噴管》(CN200810157472. 2)上述國內(nèi)外專利中所陳述技術(shù)的工作原理均是利用壓力經(jīng)拉伐爾噴管加速至超音速降壓降溫產(chǎn)生冷凝，而在加速前或后設(shè)有渦流發(fā)生器產(chǎn)生高速渦流。高速旋轉(zhuǎn)的低溫流體在離心力的作用下使凝結(jié)產(chǎn)生的液體附在管壁，而氣體則在管道中心位置，通過不同管徑的氣、液相收集管實現(xiàn)氣液分離。氣相部分經(jīng)擴壓管部分恢復(fù)壓力后外輸。
超音速渦流管脫水、脫烴工藝屬于冷凍法脫水、脫烴，工藝核心為低溫條件下的氣液分離過程，即液體在低溫時凝結(jié)成核、長大并在高速旋轉(zhuǎn)過程中與氣體實現(xiàn)分離的過程。 天然氣采用冷凍法脫水、脫烴，易產(chǎn)生水合物堵塞的問題。傳統(tǒng)的超音速渦流管脫水、脫烴工藝見圖1，其工作過程為含有飽和水及少量游離水的原料氣1經(jīng)過原料氣分離器2、原料氣過濾分離器3、氣氣換熱器4和精細(xì)過濾器5 預(yù)處理后進入超音速渦流管6脫水、脫烴。分出的混合物進入氣液分離器7實現(xiàn)分離。而干氣8則進入氣氣換熱器4升溫后外輸。從以上工藝流程可以看出，為了避免水合物的形成，進超音速渦流管6前的天然氣溫度不能低于水合物形成溫度，故氣氣換熱器4不能充分換熱充分利用冷量。另外，由于出氣氣換熱器4原料氣溫度不能低于水合物形成溫度，要獲得更低的露點溫度就需要更大的超音速渦流管進出口壓差。而進出口壓差越大，產(chǎn)生的過冷度也越大，也就越容易產(chǎn)生水合物堵塞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是利用通過一級(或前級)換熱、脫水后可產(chǎn)生低溫非飽和含水一級干氣的特點，在二級(或次級)換熱器中將原料氣換熱至更低溫度進入二級(或次級) 超音速渦流管脫水，以達到提高壓力能利用效率和降低單級超音速渦流管進出口壓降要求的目的，從而最終實現(xiàn)增大露點降和防止管路堵塞的目標(biāo)。為超音速渦流管在氣液分離領(lǐng)域，特別是在天然氣脫水、脫烴過程的工程應(yīng)用提供一種新的方法選擇。本發(fā)明申請的專利改變原有超音速渦流管氣液分離采用的單一超音速渦流管脫水、脫烴工藝，串聯(lián)兩級(或多級)預(yù)旋流預(yù)成核(專利申請?zhí)?010101155270. 0)超音速渦流管、氣氣換熱器和氣液分離器，既保持了超音速渦流管脫水、脫烴技術(shù)不添加水合物抑制劑的優(yōu)點，又能充分利用壓力能產(chǎn)生的冷量，防止水合物堵塞，使天然氣的水、烴露點降至更低的水平，形成了兩級(或多級)超音速渦流管天然氣脫水、脫烴工藝。由于超音速渦流管直接脫水能獲得的露點降有限，要達到更低的干氣露點溫度需要將低溫干氣與常溫的原料氣進行換熱。但水合物堵塞問題的存在，使干氣達到更低的露點溫度有換熱器原料氣出口溫度不能過低的瓶頸限制。本專利則利用超音速渦流管脫水、 脫烴能產(chǎn)生低溫不飽和含水干氣的特點，設(shè)計串聯(lián)兩級(或多級)脫水、脫烴工藝，一級 (或前級)超音速渦流管主要起預(yù)脫除作用。由于經(jīng)過預(yù)脫除的原料氣露點降低，其中不含游離水且非飽和含水，不能滿足水合物形成的原料條件，故原料氣可在二級(或后級)換熱至更低的溫度，提高了能量的利用效率，可減小壓降并獲得更大的總露點降和更低的露點溫度。另外，由于分級后單級超音速渦流管的進出口壓差降低，過冷度也將隨之減小，從而使產(chǎn)生水合物堵塞的幾率降低。兩級超音速渦流管天然氣脫水、脫烴工藝見圖2。其工作過程如下含有飽和水及少量游離水的原料氣11首先進入原料氣分離器12和原料氣過濾分離器13分別脫除大顆粒以減小高速條件下的磨蝕，過濾分離后的原料氣與干氣在一級氣氣換熱器14換熱降溫并經(jīng)精細(xì)過濾器15除去細(xì)小固體顆粒后進入一級預(yù)旋流預(yù)成核超音速渦流管16初脫烴水后分為一級干氣和氣液混合物。氣液混合物進入一級氣液分離器17實現(xiàn)分離。分離出的氣相匯入一級干氣進入二級氣氣換熱器18與二級干氣換熱繼續(xù)降溫，降溫后一級干氣進入二級預(yù)旋流預(yù)成核超音速渦流管19進行更為深度的脫水，分為二級干氣和氣液混合物。氣液混合物進入二級氣液分離器20實現(xiàn)分離。分離出的氣相匯入二級干氣先后進入二級氣氣換熱器18和一級氣氣換熱器14與一級干氣和原料氣換熱升溫，升溫后的干氣21外輸。 在原料氣分離器12、原料氣過濾分離器13、一級氣液分離器17和二級氣液分離器20產(chǎn)生的烴水23匯入烴水儲罐22暫存，定期外輸處理。多級超音速渦流管天然氣脫水、脫烴工藝與兩級工藝類似，都是通過串聯(lián)更多級的預(yù)旋流預(yù)成核(專利申請?zhí)?010101155270.0)超音速渦流管、氣氣換熱器和氣液分離器，在不注入水合物抑制劑的條件下可使原料氣的烴、水露點達到更低的水平。發(fā)明的效果與背景技術(shù)相比較，本發(fā)明專利結(jié)合兩級(或多級)換熱、兩級(或多級)超音速渦流分離和超音速擴壓等技術(shù)，通過兩級(或多級)超音速渦流管脫水、脫烴工藝，可降低后級超音速渦流管入口溫度和進出口壓差，增大總露點降，減少總壓降，能有效地防止堵塞的發(fā)生，最終獲得更低的干氣露點溫度。另外，在解決烴、水露點高和堵塞問題后，既實現(xiàn)了原料氣脫水、脫烴的目的，又保障了凈化裝置的平穩(wěn)運行，同時還能防止堵塞帶來的原料氣超壓爆炸或外泄等安全、環(huán)保問題，對裝置的安全、環(huán)保生產(chǎn)起到技術(shù)支撐作用。本發(fā)明特別適用于原料氣烴、水露點要求較高，而受低溫形成固體的影響常規(guī)流程不能滿足凈化要求的場合。


圖1常規(guī)超音速渦流管天然氣脫水、脫烴工藝流程2兩級超音速渦流管天然氣脫水、脫烴工藝流程圖標(biāo)號說明1-原料氣2-原料氣分離器3-原料氣過濾分離器4-氣氣換熱器5-精細(xì)過濾器6-超音速渦流管7-氣液分離器8-干氣9-烴水儲罐10-烴水11-原料氣12-原料氣分離器13-原料氣過濾分離器14-一級氣氣換熱器15-精細(xì)過濾器16-—級預(yù)旋流預(yù)成核超音速渦流管17- —級氣液分離器18- 二級氣氣換熱器19- 二級預(yù)旋流預(yù)成核超音速渦流管20- 二級氣液分離器21-干氣22-烴水儲罐23-烴水
具體實施例方式兩級(或多級)超音速渦流管工藝實施以高壓天然氣應(yīng)用兩級超音速渦流管脫水為例進行說明。原料天然氣進口壓力為lOMPa，其具體組成見表1。表1實例原料天然氣組成表
權(quán)利要求
1. 一種超音速渦流管氣體脫水脫烴的方法，其特征在于含有飽和水及少量游離水， 壓力為lO.OMPa，溫度為30°C的原料氣(11)首先進入原料氣分離器(12)和原料氣過濾分離器(13)分別脫除大顆粒以減小高速條件下的磨蝕，過濾分離后的原料氣與干氣在一級氣氣換熱器(14)換熱降溫至20°C并經(jīng)精細(xì)過濾器(1 除去細(xì)小固體顆粒后進入一級預(yù)旋流預(yù)成核超音速渦流管(16)脫水后分為一級干氣和氣液混合物；此時天然氣壓力降至 8. 5MPa，溫度降到14°C ；氣液混合物進入一級氣液分離器(17)實現(xiàn)分離；分離出的氣相匯入一級干氣進入二級氣氣換熱器(18)與二級干氣換熱繼續(xù)降溫至10°C，降溫后一級干氣進入二級預(yù)旋流預(yù)成核超音速渦流管(19)進行更為深度的脫水，分為二級干氣和氣液混合物；此時天然氣壓力降至7. OMPa，溫度降到4°C ；氣液混合物進入二級氣液分離器QO) 實現(xiàn)分離；分離出的氣相匯入二級干氣先后進入二級氣氣換熱器(18)和一級氣氣換熱器(14)與一級干氣和原料氣換熱升溫至19°C，升溫后的干氣外輸；在原料氣分離器 (12)、原料氣過濾分離器(13)、一級氣液分離器(17)和二級氣液分離器00)產(chǎn)生的烴水 (23)匯入烴水儲罐0 暫存，定期外輸處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多級超音速渦流管氣體脫水脫烴方法；原料氣進入分離器和過濾分離器脫除大顆粒，過濾分離后的原料氣與干氣在一級氣氣換熱器降溫，經(jīng)精細(xì)過濾器除去細(xì)小固體顆粒后進入一級預(yù)旋流預(yù)成核超音速渦流管脫水后分為一級干氣和氣液混合物；氣液混合物進入一級氣液分離器分離；分離出的氣相匯入一級干氣進入二級氣氣換熱器，降溫后一級干氣進入二級預(yù)旋流預(yù)成核超音速渦流管脫水，分為二級干氣和氣液混合物；氣液混合物進入二級氣液分離器分離；分離出的氣相匯入二級干氣先后進入二級氣氣換熱器和一級氣氣換熱器與一級干氣和原料氣換熱升溫，升溫后的干氣外輸；解決了烴水露點高和堵塞，實現(xiàn)了原料氣脫水脫烴，保障了凈化裝置的平穩(wěn)運行。
文檔編號B01D50/00GK102389690SQ20111007111
公開日2012年3月28日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月23日
發(fā)明者宋彬, 常宏崗, 熊鋼, 計維安, 陳勝永, 高曉根, 黃黎明 申請人:中國石油天然氣股份有限公司