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超音速分离工艺技术 研究进展 工艺原理及系统构成 关键部件 技术特点 应用前景 一、研究进展 超音速分离技术是天然气脱水、脱烃技术的重大突破。它是航天技术的空气动力学成果应用于油气田天然气处理、加工领域而研发的新型、高效分离技术。 该技术及装备已在国外石油天然气行业被成功应用。它简化了工艺流程，提高系统可靠性，并降低其投资、运行费用和减少环境污染。 一、研究进展 从1997年起，荷兰壳牌石油公司开展了天然气超音速脱水技术的研究，包括基础理论研究、数值模拟、实验室研究和现场试验研究。 基础理论研究和数值模拟研究主要在荷兰的埃因霍恩科技大学等几所大学、Stork Product Engineering公司和Shell的研究机构中进行，发展了一些描述分离器内部复杂流动的分析和数值模拟工具。 一、研究进展 1998年，壳牌石油公司在荷兰进行了500 ×104 m3 /d规模的现场试验。该试验的进口条件是11 MPa和40 ℃ ，分离器内部的参数是3 MPa和-45 ℃， 出口条件是8 MPa和30 ℃。 1999年初，安装了一套试验设备，用于研究富天然气的处理。 2000年11月在尼日利亚的试验装置开始运转，成功地将85 ×104 m3/d的天然气脱水到管线要求的标准。共测试了6个不同的管，探索了超音速脱水技术在富天然气中的应用。 在尼日利亚的水露点降低22～28 ℃ （进气温度为20 ℃时， 出口气体的露点为-2～-8 ℃） 一、研究进展 俄罗斯在1996年开始对超音速分离技术进行了研究。对超音速气流中液滴的形成过程进行了全面的分析，测定了液滴沿喷管径向和轴向的分布，并开发了一种用光学方法测定液滴的技术，建立了超音速喷管的天然气旋流的计算程序，反映了天然气的固有属性和过度阶段的状态。 在俄罗斯建立了天然气日处理量为30×104m3（2.5kg/s）的工业性实验装置，还在国外建立了天然气日处理量为110×104m3（9kg/s）的更大的工业性实验装置，对超音速分离装置的各项技术性能进行验证 。 一、研究进展 加拿大卡尔加里超音速分离装置 二、工艺原理及系统构成 二、工艺原理及系统构成 二、工艺原理及系统构成 超音速喷管进出口压差与温差关系图 二、工艺原理及系统构成 超音速喷管的制冷温度与液烃收率关系图 三、关键部件 四、技术特点 效率高，能耗低，不会形成水合物；　　 无活动部件、系属静设备，因此运转更加安全可靠； 工艺过程和设备简单，投资省； 本身无消耗，因此运行成本低； 检修工作量小，因此维修费用低； 无废水、废液排出，因此对环境无影响； 体积小，所以占地和占有的空间小。 五、应用前景 以超音速分离技术为基础，结合现有的设备，如热交换机、气液分离器、冷却机、蒸馏和精馏塔等，创造出了高效的LTS（低温分离）系统。目前，超音速分离技术具有解决天然气工业下列问题的能力： 天然气脱水，解决天然气输送的水露点控制问题 分离油田气中天然气液烃（NGL）组分，解决天然气输送的烃露点控制问题。 将来使超音速分离技术可用于天然气液化、分离丙烷-丁烷（LPG）、分离乙烷等工艺。 具有很高的运转安全性和可靠性，并能获得很好的经济收益，是非常适合陆上和海上油气田，在各种不同场合使用的天然气脱水、脱烃设备。 天然气超音速分离器原理图 天然气超音速分离系统构成图 超音速分离器剖面图