天然气跨音速气水分离技术

1 绪论

1．1 研究的背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究内容与技术路线

1．4 主要成果及创新点

2 气体动力学基础

2．1 气体一维定常流动的基本方程组

2．2 气体的一维定常等熵流动

2．3 一维等熵流的三种特定状态

2．4 一维等熵流气体参数的各种常用关系式

2．5 气流参数与管道截面积的关系

2．6 喷管的性能参数

2．7 喷管的流动特性

2．8 拉法尔喷管流动状态的计算

2．9 膨胀波与激波

3 天然气收敛-扩张喷管设计

3．1 收敛-扩张喷管几何结构

3．2 天然气焓熵计算

3．3 天然气在喷管中的流动模型及求解

3．4 实例计算与结果分析

3．5 本章小结

4 天然气高速流动凝结模型

4．1 液滴成核理论及其修正

4．2 液滴成长理论

4．3 高速天然气在喷管内的凝结

4．4 实例计算与结果分析

4．5 本章小结

5 三角翼参数设计及水洞实验研究

5．1 大后掠角细长三角翼气动原理

5．2 三角翼几何参数设计

5．3 水洞实验

5．4 本章小结

6 高速流体绕三角翼流动的数值模拟

6．1 控制方程

6．2 求解条件

6．3 网格划分

6．4 方程的数值求解

6．5 模拟结果与分析

6．6 本章小结

7 气液两相流体旋流机理与规律

7．1 液滴受力分析

7．2 液滴运动方程的建立与简化

7．3 压降与分离效率模型

7．4 实例计算与结果分析

7．5 本章小结

8 流动全过程的数值仿真

8．1 几何模型

8．2 计算网格、边界条件与计算过程

8．3 系统典型流场的结果分析

8．4 旋流分离系统中回压段内的流动分析

8．5 本章小结

9 结论与建议

9．1 主要结论

9．2 进一步研究的建议

附录A 常规天然气气水分离方法

A．1 低温冷却法

A．2 液体吸收法

A．3 固体吸附法

附录B 用M—H方程计算天然气的焓熵值

B．1 实际气体的M—H方程

B．2 余函数法基本原理

B．3 实际气体的余焓方程

B．4 实际气体的余熵方程

B．5 天然气混合气体的焓熵计算

参考文献2100433B

《天然气跨音速气水分离技术》从天然气跨音速气水分离技术的实际出发，结合国内外最新进展和成就，反映了天然气跨音速气水分离理论的最新研究成果。《天然气跨音速气水分离技术》由石油工业出版社出版。

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。它具有以下技术特点：

(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；

(2)无试剂加人，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；

(4)工艺简单，组装方便；易操作，易橇装；

(5)技术单元使用灵活；

(6)占地面积小。与其他几种脱水方法相比占地面积小，运转维修方便，所能达到的脱水露点范围较宽。另外，膜法脱水装置规模主要由膜组件的数量决定，装置规模较为灵活，因此，天然气膜法脱水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。将避免单井至脱硫厂输送含硫天然气管道腐蚀严重爆管事故发生，管道积水产生的管输效率低等影响正常、安全生产的问题。

若天然气中含有水分，则在液化装置中，水在低于零度时，将以冰或霜的形式冻结在换热器的表面和节流阀的工作部分。另外，天然气和水会形成天然气水合物，它是半稳定的固态化合物，可以在零度以上形成，它不仅可以导致管线堵塞，也可造成喷嘴和分离设备的堵塞。水合物形成温度的影响因素主要有以下三个方面：(1)混合物中重烃特别是异丁烷的含量；(2)混合物的组分，即使密度相同而组分不同，气体混合物形成水合物的温度也大不相同；(3)压力越高，生成水合物的起始温度也越高。

为了避免天然气中由于水的存在造成堵塞现象，通常需在高于水合物形成温度时就将原料气中的游离水脱除，使其露点达到-100℃以下。常用的天然气脱水方法有冷却法吸收法和吸附法等。天然气脱水的必要性如下：

(1)水的析出将降低输气量，增加动力消耗；

(2)水的存在将加速H₂S或CO，对管线和设备的腐蚀；

(3)导致生成水合物，使管线和设备堵塞。

因上述三方面原因，有必要对天然气进行脱水处理。天然气脱水方法有冷却脱水、吸收脱水、吸附脱水、膜分离技术脱水。