膜法天然气脱水技术优化：多工艺设计的经济性与环境可持续性分析

本文综述了膜法天然气(NG)脱水技术的创新突破，通过7种工艺设计（含3种循环流方案）的系统模拟，优化了压力比、水蒸气渗透率(H2O permeance)和H2O/CH4选择性等关键参数。研究发现真空/N2吹扫设计可降低膜面积需求，而集成真空循环方案在20年经济评估中成本最优，为海上等空间受限场景提供替代三甘醇(TEG)脱水的新选择。

　　

Highlight
膜法天然气脱水技术通过优化工艺设计实现突破性进展。本研究开发了7种膜工艺方案（含3种循环流设计），采用Symmetry过程模拟器评估其性能。关键发现表明：压力比是工程应用中的首要限制因素，而真空和N₂吹扫设计能显著减少膜面积需求和甲烷损失——这对海上平台等空间受限场景尤为重要，尽管真空密封和氮气来源问题仍需考量。

Methodology
研究方法分为两部分：第一部分针对无循环的单级膜工艺，通过模拟分析压力比、水蒸气渗透率（单位：GPU）、H₂O/CH₄选择性和吹扫比等参数的影响；第二部分扩展至含循环流的工艺设计，并进行经济性对比。所有模拟均基于实际工况数据，渗透侧压力设定为450 kPa（常规设计）或45 kPa（真空设计）。

Base-case conditions
基准条件模拟显示：真空设计可将甲烷损失降至0.14%，但需考虑真空泵能耗；而N₂吹扫方案在无外部氮源时适用性受限。有趣的是，简单的气液分离系统即可提升甲烷回收率，无需额外膜级数——这颠覆了传统多级设计的必要性认知。

Conclusions
研究得出颠覆性结论：单级膜工艺已是天然气脱水的最佳解决方案，多级设计虽理论优越却带来不必要的复杂性和能耗。由于90%水蒸气在第一阶段即被脱除，后续阶段收益甚微。集成真空循环设计在20年周期内展现出最低处理成本，为工业规模应用首选方案。