页岩气开发中的脱水工程

1.页岩气中心处理站（也称净化站）脱水的目的和作用

1）脱水的目的

页岩气脱水实质就是使页岩气从饱和状态变为不被水饱和状态，达到页岩气净化或管输标准。

2）页岩气脱水的作用

（1）降低页岩气的露点，防止液相水析出；

（2）保证输气管道的管输效率；

（3）防止CO2对管道造成腐蚀损失；

（4）防止水合物的生成。

2.脱水方法

页岩气的脱水方法也就是天然气净化站的脱水方法。

1）冷冻法

这类方法可采用节流膨胀冷却或加压冷却，它们一般和轻烃回收过程相结合。节流膨胀的方法适用于高压气田，它使高压页岩气经过所谓的焦耳—汤姆孙效应制冷而使气体中的部分水蒸气冷凝下来。为了防止在冷冻过程中生成水合物，可在过程气流中注入乙二醇作为水合物抑制剂（在-40～-18℃有效）。如需进一步冷却，可再使用膨胀机制冷。加压冷却是先用增压的方法使页岩气中的部分水蒸气分离出来，然后再进一步冷却，此法适用于低压气田。(www.xing528.com)

用冷冻分离法进行页岩气脱水时，当页岩气田的压力不能满足制冷要求，增压或由外部供给冷源又不经济时，就应采用其他类型的脱水方法。

2）溶剂吸收法脱水

溶剂吸收法是目前天然气工业中使用较为普遍的脱水方法，虽然有多种溶剂（或溶液）可以选用，但绝大多数装置都用甘醇类溶剂，被广泛采用的甘醇类溶剂是三甘醇。三甘醇法（TEG法）脱水装置的露点降可达40℃左右。

3）固体吸附法脱水

吸附是用多孔性的固体吸附剂处理气体混合物，使其中所含的一种或数种组分吸附于固体表面上以达到分离的操作。吸附作用有两种情况：一是固体和气体间的相互作用并不是很强，类似于凝缩，引起这种吸附所涉及的力同引起凝缩作用的范德瓦尔斯分子凝聚力相同，称之为物理吸附；另一种是化学吸附，这一类吸附需要活化能。物理吸附是一可逆过程；而化学吸附是不可逆的，被吸附的气体往往需要在很高的温度下才能逐出，且所释出的气体往往已发生化学变化。

目前用于天然气脱水的多为固定床物理吸附。用吸附剂除去气体混合物的杂质，一般都使吸附剂再生循环使用。升温脱吸是工业上常用的再生方法。这是基于所有干燥剂的湿容量都随温度上升而降低这一特点来实现的。通常采用一种经过预热的解吸气体来加热床层，使被吸附物质的分子脱吸，然后再用载气将它们带出吸附器，这样就可达到吸附剂再生。吸附剂再生所需的热量由载气带入吸附床，一般吸附剂的再生温度为175～260℃。

天然气脱水过程使用的吸附剂主要有硅胶、分子筛等。

溶剂吸收脱水具有设备投资和操作费用较低廉的优点，较适合大流量高压天然气的脱水。但其脱水深度有限，露点降一般不超过45℃，对于诸如天然气液化等需要原料气深度脱水的工艺过程，则必须采用固体吸附法脱水。用这类方法脱水后的干气，含水量可低于1 mL/m3，露点可低于-50℃，而且装置对原料气的温度、压力和流量变化不甚敏感，也不存在严重的腐蚀和发泡问题。因此，尽管固体吸附法脱水在天然气工业上的应用不及TEG法那样广泛，但在露点降要求超过44℃时就应考虑采用，至少要在TEG法脱水装置后面串接一个这样的设备。

4）膜分离法

膜分离法是利用膜的选择渗透性脱除天然气中水分的方法。20世纪80年代以来，膜分离脱水技术已经在一些国家进行技术开发，并逐步实现工业化。美国气体产品公司是气体膜分离技术应用的开拓者，该公司的膜分离技术应用于天然气脱水工艺，脱水率达到95%。我国在20世纪90年代才开始了膜分离脱水技术的研究应用，并最初在长庆气田进行了先导性试验，取得较好实验效果。膜分离法由于工艺简单、可靠性高、无污染、成本低等优点，给常规脱水方法带来冲击，但是目前在我国还没有广泛推广。同时，膜分离法也有烃损失、膜塑化溶胀性等需要解决的问题。