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摘 要：本文概述了目前国内外油气田普遍应用天然气脱水技术，包括低温冷凝法、吸收脱水法、吸附法等。总结了传统天然气脱水技术的原理、应用现状及目前存在的主要问题。阐述了近年来新型脱水技术的原理、技术优势及其不足，并分析了天然气脱水技术未来的发展趋势。
关键词：天然气 脱水技术
天然气从地层开采出来后都含有一定量的游离水和气态水。游离水可以通过分离器实现分离，但气态水通常以饱和状态存在于天然气中，用分离器不能完成分离。在一定的条件下, 这些气态水可能会析出, 形成液态水。这些液态水将导致水合物生成造成冻堵，还会引起管道腐蚀。因此，必须脱除天然气中的气态水，防止水合物和酸液的形成，保证设备及工艺的安全正常运行。
一、傳统脱水工艺
天然气脱水的方法多种多样，传统的方法有低温冷凝法、吸收脱水法和吸附脱水法三大类。
1.低温冷凝法
低温冷凝法也称为低温分离法，是依据焦耳-汤姆逊效应，使高压天然气膨胀制冷获得低温，将气体中一部分水蒸气和烃类冷凝析出，再进行分离。这种方法多用于高压凝析气田。
该法使用的装置设备简单，不需要增压设备；一次性投资低，装置操作费用低。但是部分脱水循环处于水合物生成范围内，需添加抑制剂防止水合物生成，并配备相关抑制剂回收系统；深度脱水时需配备制冷设备，相应提高了工程投资和使用成本高。
2.吸收脱水法
吸收脱水是利用溶剂对天然气中烃类的溶解度低，而对水的溶解度高，且对水蒸气具有较强的吸收能力，使天然气中的水蒸气及液态水被溶剂吸收。吸水后溶剂经过再生后，能够返回系统循环使用。
目前，普遍采用的吸收脱水溶剂主要有甲醇、乙二醇、二甘醇（DEG）和三甘醇（TEG），其中主要是三甘醇。主要原因是，与甲醇、二甘醇相比， 三甘醇（TEG）的贫液浓度可以达到99%以上，露点降通常为33～47℃，甚至更高，操作过程中携带损失少，热稳定性较好。但是，当存在轻质油时，三甘醇会有一定程度的发泡倾向；天然气含有酸性组分时，易造成设备和管道的腐蚀，并使三甘醇溶液呈酸性；不能脱除天然气中含有的凝析油。
3.吸附脱水法
吸附脱水法是利用某些多孔性固体吸附剂吸附天然气中的水蒸气。根据气体或液体与固体表面中间的作用力不同，分为物理吸附和化学吸附。物理吸附是由流体中介质分子与固体吸附剂表面之间的范德华力作用，不发生化学反应，吸附速度快，该过程是可逆，吸附剂可再生；而化学吸附则是吸附质与固体吸附剂表面的未饱和化学键力作用的结果，具有选择性，吸附速度较慢，该过程不可逆，吸附剂不能再生。因此，用于天然气脱水的吸附过程多为物理吸附，如分子筛脱水。
分子筛脱水可使天然气中的水露点达到-90℃；可在脱水同时脱除硫醇等硫化物；对于进料气体温度、压力、流量变化不敏感；操作简单，占地面积小；无严重腐蚀和发泡方面的问题。该法主要应用于工艺要求水露点降大以及深度脱水的场合，如下游有采用深冷法回收乙烷或液化石油气的轻烃回收装置系统，避免形成水合物。但是，分子筛脱水法中的设备投资和操作费用较高，气体压降较大；另外分子筛的再生耗热量较高；干燥器下层的吸附剂需要定期更换。
二、新型脱水技术及发展趋势
近年来，随着天然气工业的快速发展，一些新技术逐渐被应用到天然气脱水行业中，如天然气脱水撬装置、膜分离脱水技术和超音速脱水技术等。
1.三甘醇天然气脱水撬
三甘醇天然气脱水撬是利用三甘醇作为脱水剂降低天然气中含水量的装置，装置上有一个撬式平台，其上装有高效换热器、高效分离器、空冷器和输液系统等。此装置利用冷空气进行换热，不需要任何动力设备。具有设备布置紧凑、易搬迁及气动控制系统稳定可靠等优点。便于安装在油田转运站，可以无人职守，解决了油田转运站存在的多项工程技术问题，并且在实现天然气脱水的同时，可以获得NGL作为液化石油气使用。
但是，三甘醇脱水撬也存在一些问题，主要包括一次性投资比较大；各种零配件和消耗品不易购买,且价格昂贵等。而且随着装置运行时间延长, 三甘醇消耗逐渐增加，增加生产成本。
2.膜分离脱水技术
天然气膜分离脱水技术是利用物质通过半透膜的可释性机理，各组分在膜中不同的优先或选择渗透性来实现组分分离。主要利用特殊设计制备的膜材料对天然气中的 H2O、CO2和H22S等组分的优先选择渗透进行脱除，如醋酸纤维膜对水汽的渗透流速比甲烷要大500倍左右，非常适合用于从天然气中脱除水分。
膜分离脱水技术装置具有操作简单方便和体积小的特点，这对海上气田和偏远地区气田具有较强的吸引力和竞争力。但在工业应用中依然存在一些问题，主要包括烃损失问题、膜的塑化和溶胀性问题、浓差极化问题和一次性投资较大问题。另外，膜材料也是发展膜分离技术的关键问题之一，理想的膜材料应具有高透气性、高强度、良好的热稳定性、化学稳定性等。因此，要实现该技术的广泛应用仍需不断改进、优化。
3.超音速脱水技术
天然气超音速脱水技术按照其原理属于传统方法中的冷凝分离法，该技术的发展基于航天技术的空气动力学应用成果，它的核心部件为超音速分离器，它利用拉瓦尔喷管使天然气在自身压力作用下加速到超音速，此时天然气温度和压力会急剧降低，天然气中的水蒸汽将冷凝成小液滴，利用气流旋转将这些小液滴分离，并对干气进行再压缩。天然气超音速脱水系统将膨胀机、分离器和压缩机的功能集中到一个管道中，使得该技术具有效率高、能耗低、体积小、允许在苛刻的环境中使用、运行成本低、环保、安全可靠和经济效益高等优点，克服了传统脱水技术的诸多缺点。非常适合单井集气工艺的井口、多井集气工艺的集气站的天然气脱水、脱烃。但是，该项技术目前存在应用经验不足和具有一定的局限性问题。与传统脱水技术相比，它是一种典型的节能环保新型天然气脱水技术，具有突出的优点和市场实际应用前景。
三、结束语
综上所述，现阶段天然气工业中脱水技术比较多，且各有优缺点，而超音速脱水法是当今天然气脱水技术发展的必然趋势。在实际生产中，应结合现场实际脱水的目的、要求、处理规模和各技术的特点进行经济和技术对比，确定最为合适的脱水技术和工艺。
关键词：天然气 脱水技术
天然气从地层开采出来后都含有一定量的游离水和气态水。游离水可以通过分离器实现分离，但气态水通常以饱和状态存在于天然气中，用分离器不能完成分离。在一定的条件下, 这些气态水可能会析出, 形成液态水。这些液态水将导致水合物生成造成冻堵，还会引起管道腐蚀。因此，必须脱除天然气中的气态水，防止水合物和酸液的形成，保证设备及工艺的安全正常运行。
一、傳统脱水工艺
天然气脱水的方法多种多样，传统的方法有低温冷凝法、吸收脱水法和吸附脱水法三大类。
1.低温冷凝法
低温冷凝法也称为低温分离法，是依据焦耳-汤姆逊效应，使高压天然气膨胀制冷获得低温，将气体中一部分水蒸气和烃类冷凝析出，再进行分离。这种方法多用于高压凝析气田。
该法使用的装置设备简单，不需要增压设备；一次性投资低，装置操作费用低。但是部分脱水循环处于水合物生成范围内，需添加抑制剂防止水合物生成，并配备相关抑制剂回收系统；深度脱水时需配备制冷设备，相应提高了工程投资和使用成本高。
2.吸收脱水法
吸收脱水是利用溶剂对天然气中烃类的溶解度低，而对水的溶解度高，且对水蒸气具有较强的吸收能力，使天然气中的水蒸气及液态水被溶剂吸收。吸水后溶剂经过再生后，能够返回系统循环使用。
目前，普遍采用的吸收脱水溶剂主要有甲醇、乙二醇、二甘醇（DEG）和三甘醇（TEG），其中主要是三甘醇。主要原因是，与甲醇、二甘醇相比， 三甘醇（TEG）的贫液浓度可以达到99%以上，露点降通常为33～47℃，甚至更高，操作过程中携带损失少，热稳定性较好。但是，当存在轻质油时，三甘醇会有一定程度的发泡倾向；天然气含有酸性组分时，易造成设备和管道的腐蚀，并使三甘醇溶液呈酸性；不能脱除天然气中含有的凝析油。
3.吸附脱水法
吸附脱水法是利用某些多孔性固体吸附剂吸附天然气中的水蒸气。根据气体或液体与固体表面中间的作用力不同，分为物理吸附和化学吸附。物理吸附是由流体中介质分子与固体吸附剂表面之间的范德华力作用，不发生化学反应，吸附速度快，该过程是可逆，吸附剂可再生；而化学吸附则是吸附质与固体吸附剂表面的未饱和化学键力作用的结果，具有选择性，吸附速度较慢，该过程不可逆，吸附剂不能再生。因此，用于天然气脱水的吸附过程多为物理吸附，如分子筛脱水。
分子筛脱水可使天然气中的水露点达到-90℃；可在脱水同时脱除硫醇等硫化物；对于进料气体温度、压力、流量变化不敏感；操作简单，占地面积小；无严重腐蚀和发泡方面的问题。该法主要应用于工艺要求水露点降大以及深度脱水的场合，如下游有采用深冷法回收乙烷或液化石油气的轻烃回收装置系统，避免形成水合物。但是，分子筛脱水法中的设备投资和操作费用较高，气体压降较大；另外分子筛的再生耗热量较高；干燥器下层的吸附剂需要定期更换。
二、新型脱水技术及发展趋势
近年来，随着天然气工业的快速发展，一些新技术逐渐被应用到天然气脱水行业中，如天然气脱水撬装置、膜分离脱水技术和超音速脱水技术等。
1.三甘醇天然气脱水撬
三甘醇天然气脱水撬是利用三甘醇作为脱水剂降低天然气中含水量的装置，装置上有一个撬式平台，其上装有高效换热器、高效分离器、空冷器和输液系统等。此装置利用冷空气进行换热，不需要任何动力设备。具有设备布置紧凑、易搬迁及气动控制系统稳定可靠等优点。便于安装在油田转运站，可以无人职守，解决了油田转运站存在的多项工程技术问题，并且在实现天然气脱水的同时，可以获得NGL作为液化石油气使用。
但是，三甘醇脱水撬也存在一些问题，主要包括一次性投资比较大；各种零配件和消耗品不易购买,且价格昂贵等。而且随着装置运行时间延长, 三甘醇消耗逐渐增加，增加生产成本。
2.膜分离脱水技术
天然气膜分离脱水技术是利用物质通过半透膜的可释性机理，各组分在膜中不同的优先或选择渗透性来实现组分分离。主要利用特殊设计制备的膜材料对天然气中的 H2O、CO2和H22S等组分的优先选择渗透进行脱除，如醋酸纤维膜对水汽的渗透流速比甲烷要大500倍左右，非常适合用于从天然气中脱除水分。
膜分离脱水技术装置具有操作简单方便和体积小的特点，这对海上气田和偏远地区气田具有较强的吸引力和竞争力。但在工业应用中依然存在一些问题，主要包括烃损失问题、膜的塑化和溶胀性问题、浓差极化问题和一次性投资较大问题。另外，膜材料也是发展膜分离技术的关键问题之一，理想的膜材料应具有高透气性、高强度、良好的热稳定性、化学稳定性等。因此，要实现该技术的广泛应用仍需不断改进、优化。
3.超音速脱水技术
天然气超音速脱水技术按照其原理属于传统方法中的冷凝分离法，该技术的发展基于航天技术的空气动力学应用成果，它的核心部件为超音速分离器，它利用拉瓦尔喷管使天然气在自身压力作用下加速到超音速，此时天然气温度和压力会急剧降低，天然气中的水蒸汽将冷凝成小液滴，利用气流旋转将这些小液滴分离，并对干气进行再压缩。天然气超音速脱水系统将膨胀机、分离器和压缩机的功能集中到一个管道中，使得该技术具有效率高、能耗低、体积小、允许在苛刻的环境中使用、运行成本低、环保、安全可靠和经济效益高等优点，克服了传统脱水技术的诸多缺点。非常适合单井集气工艺的井口、多井集气工艺的集气站的天然气脱水、脱烃。但是，该项技术目前存在应用经验不足和具有一定的局限性问题。与传统脱水技术相比，它是一种典型的节能环保新型天然气脱水技术，具有突出的优点和市场实际应用前景。
三、结束语
综上所述，现阶段天然气工业中脱水技术比较多，且各有优缺点，而超音速脱水法是当今天然气脱水技术发展的必然趋势。在实际生产中，应结合现场实际脱水的目的、要求、处理规模和各技术的特点进行经济和技术对比，确定最为合适的脱水技术和工艺。