[发明专利]一种天然气膨胀制冷脱水脱烃实验装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种制冷、天然气、石油化工等行业的脱水脱烃实验装置，具体涉及一种天然气膨胀制冷脱水脱烃实验装置。

背景技术：

水是天然气从采出至消费过程中，在各个处理或加工步骤中最常见的杂质，而且其含量经常达到饱和状态。水汽的存在，不仅减少了管线的有效输送能力，还降低单位气体体积的热值。天然气中含水量达到饱和状态时，当输送量和其它参数变化时，还可能引起水汽从天然气流中析出，形成液态水或与天然气中分子量较小的烃类生成水化物，从而减少管线截面积，增加管路压降，严重时堵塞管道。因此天然气脱水是进行长距离管道安全输送或进行轻烃回收前必不可少的环节。只有将天然气中的水汽含量控制在工艺流程要求的范围内，才能保证气体输送或冷凝分离法轻烃回收工艺的实施。

目前天然气工业常用的脱水方法主要有固体吸附法、溶液吸收法和冷却分离法。固体吸附法主要利用气体在固体表面上积聚的特性，使某些气体组分吸附在分子筛、硅胶等吸附剂上达到脱水的目的。此法常用于气体或溶液的脱湿和深度干燥，由于吸附剂的吸附饱和周期很短，切换操作频繁，虽能满足天然气脱水的露点要求，但其再生干燥剂要消耗大量的热能，使用寿命也有限，是不经济的。另外，由于投资高，运行费用昂贵也使其应用受到限制。

溶剂吸收法是利用溶剂与水的亲和力来达到脱水的目的。吸收溶剂一般采用相对分子质量较高的醇类，如三甘醇(TEG)、二甘醇(DEG)和乙二醇(EG)等。其中三甘醇溶液具有热温度性好、易于再生、吸湿性很高、蒸汽压低、携带损失量小、运行可靠、达到的露点降大、浓溶液不会固化等优点，是目前世界上应用最为广泛的天然气脱水技术。三甘醇脱水适用于较大规模的天然气脱水，主要应用在集气站或集中脱水净化厂。该技术露点降要求较低时(22～28℃)较经济，露点降较高时，要求甘醇浓度较高。一般脱除1kg水需甘醇循环量约25～60L，脱水过程中存在甘醇损失。吸收剂再生时会产生苯、甲苯等物质，对环境造成污染。当天然气中含有轻烃液体时，还会引起甘醇起泡、乳化等。

冷却分离法常采用膨胀降温使天然气中的水气冷凝并分离。利用气源压力降使能量得到充分的利用。传统的膨胀脱水方法如节流膨胀、透平机膨胀等方法或适用范围窄，或造价高、系统复杂，应用具有较大的局限性。

发明内容：

本发明的目的是解决目前天然气工业中应用的各种脱水方法存在的问题，提供了一种天然气膨胀制冷脱水脱烃实验装置。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：

一种天然气膨胀制冷脱水脱烃实验装置，包括变截面膨胀管以及设置在变截面膨胀管左右两端的膨胀管进口法兰和膨胀管出口法兰；其中，变截面膨胀管的内部从左至右依次为过渡段、膨胀段和稳定段；过渡段的侧壁上从左至右依次设置有注醇管道、来流温度传感器接头和前侧引压管接头，稳定段的侧壁上从左至右依次设置有后侧引压管接头和去流温度传感器接头；

来流温度传感器设置在来流温度传感器接头处，去流温度传感器设置在去流温度传感器接头处；

三阀组通过其顶部设置的引压管分别连接至前侧引压管接头和后侧引压管接头，三阀组的底端连接有差压传感器；

来流温度传感器、去流温度传感器和差压传感器的输出端分别连接至仪表箱的输入端。

本发明进一步的改进在于：仪表箱上设置有24V的外接电源接口。

本发明进一步的改进在于：该实验装置的工作流量为250000m³/day，工作温度为-8℃，工作压力为6.4MPa。

本发明进一步的改进在于：变截面膨胀管从膨胀管进口法兰的进口到膨胀管出口法兰的出口总长度为1000mm；其中，过渡段的管道内径为57mm，长度为521mm；膨胀段(14)的长度为106mm，管道内经由57mm逐渐缩小为21mm；稳定段的管道内径为21mm，长度为215mm。

本发明进一步的改进在于：变截面膨胀管材质选用20#碳钢，设计压力为10MPa，设计温度为-20℃。

本发明进一步的改进在于：三阀组包括左侧阀门、中央阀门和右侧阀门；且三阀组顶部设有引压管接口，底部设有差压传感器接口。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本实验装置原理是以有限的变截面技术，使得流体流经通道时符合压强和密度的变化规律，流体的压力和温度能够有效地得到控制，即在有限的压力降和温度差内，提高天然气中水分和重烃的凝聚与雾化。

1、与现有的固体吸附技术相比具有操作简单、投资少、运行可靠等优点；

2、与溶液吸收法相比具有环保方面的优势；