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新型天然气气水分离装置节省空间 强力高效

新型天然气气水分离装置节省空间 强力高效

在天然气生产过程中如何实现快速高效的天然气脱水是天然气生产的一项关键技术,特别是在偏远地区和海上,巨大的脱水塔是作业者共同的痛点。

来自 | ExxonMobil
编译 | 钱佳成

在产出天然气处理方面,作业者主要关注的问题之一就是如何将产出水与产出气分离开,因为这样可以减少腐蚀和设备干扰,保证产出流体的有效运输。

埃克森美孚的设备技术经理Don Shatto说:“地层产出的天然气中含有饱和地层水,在生产过程中,需要去除天然气中的这部分水。

因为天然气开采中需要进行气水分离,因此常规脱水塔技术得到了极大的发展,这种工艺主要依靠大型压力容器或接触器,在这些装置的配合下,乙二醇与天然气充分接触,并从产出天然气中吸收水分。乙二醇可再生、再利用,而脱水后的天然气将输送到销售管道。

埃克森美孚公司的工程专家Norman Yeh表示:“cMIST简化了运营的流程,大大提升了气水分离效率。我们正在努力将脱水塔接触器和其它可更换配件标准化。”

常规脱水塔是脱水系统中最重的设备,有的系统中脱水塔重达100吨,占地3000多立方英尺。减少脱水系统的占地面积和重量会降低设备的生产成本,同时也可提高系统运营效率。

Yeh估计cMIST技术可将大型压力容器的占地面积和重量减少70%左右。Yeh表示,因为cMIST技术能够与旋风分离器和常规乙二醇再生包(再沸器、泵、过滤器等)配合使用,因此“对于整套脱水系统而言,cMIST系统可比常规系统轻50%。”

Shatto说:“cMIST系统的另一个好处是缩短了设备高度,这对脱水塔的安装施工有着很大的意义。

“最高的cMIST管路分离器高约14英尺(4.25米)。分离器可撬装或模块化,可车载。”他说。“与传统脱水塔相比,cMIST管路分离器的成本更低,尤其是在偏远或海上时,这种差异更为明显。

“cMIST是过程强化一个很好的例子”。埃克森美孚上游研究公司Don Shatto说。

cMIST系统于2008年开始研发。2015年埃克森美孚在俄克拉荷马州阿德莫尔的压缩机站开始了现场测试。去年完成的现场试验表明,cMIST可以有效脱除产出气中的水。同时,该公司还完成了一些技术资质评定,并于2017年1月将cMIST的技术证书授权给Chemtech公司的分离技术专家Sulzer,以促进cMIST系统在石油和天然气行业的应用推广。

埃克森美孚公司总裁Tom Schuessler说:“利用我们在油气上游领域的经验,我们的研究人员研发出了这种先进的天然气脱水技术,大幅提升了天然气脱水效率,降低了设备的占用空间。”

这项技术主要是为新气田开发的,但简易改装后也可应用到老气田,Yeh说:“这项技术只是现有管道的附加部分。”

注:过程强化是在实现既定生产目标的前提下,通过大幅度减小生产设备的尺寸、减少装置的数目等方法来使工厂布局更加紧凑合理,单位能耗更低,废料、副产品更少,并最终达到提高生产效率、降低生产成本,提高安全性和减少环境污染的目的。过程强化是实现绿色工艺的关键技术。

分离技术

利用专有的液滴发生器,这项技术可将常规溶剂分解成微小的液滴,使其可以很好地分散在天然气气流中,从而增加了吸收水的溶剂与天然气接触的面积。接下来,使用管路分离器将富含水的乙二醇液滴聚集运送到管道外,实现气水的有效分离。然后,使用常规系统处理含水乙二醇,使其再生变成液滴后送回发生器再次使用。

Yeh说,cMIST技术主要通过气体流动来剪切液体并旋转流体,所以分离效率主要取决于气体速度。

他说,如果分离系统以50%的设计流量运行可能导致分离效率有一定程度的下降。无法将全部乙二醇不从气流中分离出来,因此下游需要对流体进行进一步处理。

他说,运行两个并行单元可以解决这个问题,尽管第二个cMIST单元会增加系统的重量和占地面积。

该过程可多级重复。俄克拉何马先导性测试进行了两级脱水,最终产出的天然气满足了销售管道对天然气脱水的要求,但是,Yeh估计,如果需要满足更严格的脱水要求,脱水过程可能要增加到四级。他说,该系统可能不适合更高难度的脱水过程,如NGL开采,这主要是因为NGL开采需要的级数过多,或无法乙二醇干燥天然气。

传统塔是垂直的,但是cMIST系统的塔既可以是水平的也可以是垂直的。

“这套系统对方向或运动不敏感,”Yeh说,这对海上应用十分重要,海上浮动生产平台的常规脱水塔随海浪晃动,会引起塔中的液体晃动。

研发成功

“为提高项目的经济性,我们工作的重点是使设备更加紧凑,,特别是对于海上和高压环境而言。”Yeh说。“我们很高兴能使我们的设备变得更紧凑,同时使设备实现了更多的功能。”

油气行业对cMIST的兴趣始于2008年左右。Yeh说,筛选后,研究人员确定脱水能够满足公司的业务需求,同时这项技术在天然气开采中已有广泛应用。这项研究从概念从验证到实验测试共花费了6500多小时。

“cMIST是过程强化一个很好的例子,”Shatto说,这套系统的性能达到了预期。“这是一个激动人心的时刻,我们看到cMIST从2008年的概念演变成今天一个真正的商业产品。这说明这个想法是有用的,是创新的,这项技术是真正有用的。“

2017年1月运营商宣布推出该技术的商业化版本后,埃克森美孚和Sulzer收到了多个技术方案咨询。

“接下来,Sulzer需要根据收到的技术和商务咨询邮件来推荐适合他们的解决方案,”Yeh说。“我们在美孚内部也有项目,我们也正在关注cMIST。”

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白矾
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(华东),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。