天然气膜分离法脱水基本原理

天然气膜分离法(简称膜法)脱水是近年来发展起来的新技术。它克服了传统净化的许多不足,具有投资少、低能耗、维修保养费用低、环境友好及结构紧凑等优点。膜分离法脱水具有较大的发展潜力和广阔的应用前景,尤其适用于海上采油平台等对空间要求较严格的场所。另外,膜分离法在天然气脱水同时,还可以进行部分轻烃回收。

膜法脱水材料主要有聚砜、醋酸纤维素、聚酰亚胺等,通常制备成中空纤维或卷式膜组件^[10,11]。

天然气膜分离技术是利用特殊设计和制备的高分子气体分离膜,对天然气中酸性组分的优先选择渗透性。当原料天然气流经膜表面时,其酸性组分(如H₂O、CO₂和少量H₂S)优先透过分离膜而被脱除掉。图2-4示出膜分离法脱水基本原理。

图2-4 膜分离法脱水基本原理

膜分离法具有下列特点:

1)利用天然气自身压力作为净化的推动力,几乎无压力损失。(www.xing528.com)

2)无试剂加入,属“干法”净化。净化过程中无额外材料消耗;无须再生,无二次污染。

3)工艺相容性强,具有同时脱除性,如在脱水的同时,部分地脱除H₂S、CO₂。

4)工艺简单,组装方便;易操作,易撬装。

5)技术单元灵活,占地面积小。

与其他几种脱水方法相比,膜分离法脱水占地面积小,运转维修方便,所能达到的脱水露点范围较宽。另外,膜分离法脱水装置规模主要由膜组件的数量决定,装置较为灵活,因此它不仅适用于净化厂集中脱水和集气站小站脱水,同时也能够灵活、方便地应用于边远井站单井脱水。

天然气中水蒸气为微量、可凝性组分,水蒸气分压较低,从而膜两侧水蒸气渗透推动力较低。另外,水蒸气在膜的渗透侧富集,可能产生冷凝,降低传质推动力,影响膜的寿命。因此,在膜法脱水过程中,一般采用渗透侧干燥气体吹扫或抽真空工艺,以迅速排出渗透侧水蒸气,提高传质推动力。同时,还有将渗透侧的水蒸气干燥的膜吸收法和温差推动技术。