吸附法在天然气脱水工艺中的应用

天然气脱水方法有低温分离法、剂吸收法、体干燥剂吸附法。该文对采用吸附法脱水的原因、分子筛吸附剂的选择，以及吸附脱水的原理脱水工艺流程的确定和可行性进行了阐述，并提出了操作中需注意的问题和建议。

分子筛；吸附法；脱水；应用

对于高酸性天然气进行集中脱水处理，对集输干线的管理、全运行和维护都具有重要意义。

1.高酸性天然气脱水方法选择

天然气常用的脱水方法有低温分离法、溶剂吸收法和固体干燥剂吸附法。低温分离法一般采用注醇节流膨胀制冷，一般和轻烃回收过程相结合，适合于高压且有足够自由压降可利用的天然气。气田运行一定年限后压力降低不能满足制冷要求时，需外补冷或增压后节流，非常不经济。故不考虑该方法。溶剂吸收法是根据吸收原理，采用一种亲水液体与天然气逆流接触，从而脱出气体中的水蒸汽。其中由于三甘醇(TEG)的热稳定性好，易于再生，携带损失量小，露点可降至34℃，因此TEG得到了普遍的运用。

固体吸附法是利用多孔的干燥剂表面吸附湿天然气中的水分子以脱除天然气中饱和水。该类方法中分子筛脱水应用最广泛，技术成熟可靠，脱水后干气水露点可达到100℃，操作简单，占地面积小，对进料气的温度、力和流量变化不敏感。

2.吸附剂的选择

固体吸附法脱水主要采用的吸附剂有活性氧化铝、胶和分子筛。在较高温度下分子筛的温容量比其他吸附剂高得多。活性氧化铝主要成分为部分水合的、多孔和无定形的氧化铝，并含有少量的其他金属化合物。其干燥后的气体露点可达60℃，由于氧化铝呈碱性，可与无机酸发生化学反应，故不宜处理酸性天然气。

硅胶是一种晶粒状无定形氧化硅，分子式为SiO2.nH2O。硅胶干燥后的气体露点可达到60℃，再生温度比活性氧化铝和分子筛都低，吸水能力强，但容易被液态水损坏和缓蚀剂腐蚀，从而使其结构受到破坏并影响其脱水能力。

3.分子筛脱水流程的选择

两塔流程的确定。分子筛脱水装置流程有两塔流程、三塔流程和四塔流程。在两塔流程中，一塔进行脱水操作，另一塔进行吸附剂的再生，即加热和冷吹。在三塔或多塔流程中，切换的程序有所不同，通常三塔流程采用一塔吸附、塔加热、塔冷吹。再生气可以是脱水之后的干气，也可以是饱和状态下不含游离水的原料天然气，即湿气。干气再生往往用于露点非常低的场合，如轻烃深冷装置要求露点低于70℃。干气再生需要压缩机增压，再生后气体一般用作燃料气。但对于高含硫天然气，再生气则不能直接作为燃料气使用。如用湿气再生，再生气利用自身压力再生气流向的确定。干燥塔再生时，加热和冷吹气可以为同向流程，也可以为异向流程。异向再生可使分子筛再生得更彻底，加热再生气往往从下往上，冷吹气则自上而下，这样，一方面可以脱出靠近干燥器床层上部被吸附的物质，并使其不流过整个床层，另一方面可以确保与湿进料气最后接触的下部床层得到充分再生，始终让塔底分子筛保持非常低的水含量，从而使出塔气体具有很低的水露点。但每个塔的进出口将分别增加一个切换阀。同向再生流程往往用于露点要求不是很高的场所，加热气和冷吹气流向均采用自上而下，加热结束后，塔底的分子筛仍含有少量的水分。

工艺流程简述。高酸性原料气经过滤分离器除去所携带大于燥塔的吸附过程为放热过程，但如果操作压力较高，气体中水分则相对较少，大量的吸附热将被气体带走，因此床层的温升一般只有1℃~2℃。

4.主要设备及材料的选择

入口过滤分离器。过滤分离器设置在干燥塔前，主要是除去天然气中的固体杂质和液体，防止分子筛的孔穴被固体颗粒堵塞和污染。由于分子筛脱水装置之前已设置有重力分离和过滤分离器，过滤效率为:大于5m颗粒杂质脱出率为99%。而分子筛脱水装置的过滤器的过滤效率为:0.3m以上杂质的脱出率不低于99.8%，因此远远低于分子筛厂家给予的AW500分子筛可承受不大于20m固体杂质的要求。

干燥塔每套装置有两个干燥塔，当其中一个塔吸附脱水时，另一个塔同时进行再生。干燥塔内装有用于脱水的1/8"AW500分子筛。为了均匀分布入口原料气，防止气体出现沟流现象和损坏分子筛，干燥塔入口不但设有气流分配器，而且分子筛床层顶部构不同于活性氧化铝，不会被酸性气体破坏)用于改善气体分布并使床层颗粒的移动减到最小程度。球、分子筛和氧化铝球用不锈钢丝网隔开，防止分子筛被气流带走。干燥塔采用内保温型式，其内壁上用铆钉固定热再生时，可更充分的利用再生热量，比外保温节约能量约30%左右。采用内保温还可避免高酸性气体直接与塔内壁接触，防止形成高温腐蚀。干燥塔顶部设有分子筛装填孔，底部设有分子筛泄放孔，检修时可通过人孔进入内部检查内保温和支撑情况。塔内支撑件全部采用不锈钢材料。

直焰加热炉。加热炉主要是用来加热再生气，由于加热和冷却时间均为4h，因此，加热炉只有50%工作时间。为了保证安全，停止加热时，冷吹气仍要通过炉内翅管，同时在加热炉选择上，选择了美国生产加热炉的专业厂家GTS公司生产的对流式加热炉，该加热炉与普通加热炉不同之处在于增加了一个循环风机，让出口烟气2/3的气体重新返回燃烧室，不但可防止炉膛温度超高，而且炉膛温度分布更均匀，热效率高于89%，常用的辐射加热炉热效率只有69%左右，因此更节约燃料气。

加热炉形状为“┛”，这种加热炉主要由两部分组成:燃烧段和对流传热段。在燃烧段，燃烧器采用短火焰燃烧器，防止火焰直接与翅管接触，燃料气和空气混合燃烧产生的高温烟气与循环气混合后流向对流段的翅管，使工艺流体均匀的被加热，同时使烟囱的烟道气温度低于245℃，远远低于天然气的自燃温度538℃。在冷吹停炉时，由于有循环风机，整个炉内温度可很快的均匀冷却下来，保证冷吹过程不受影响。

其他主要材料的选择。在阀门选择上，由于干燥塔进出口切换阀动作频繁，这些切换阀的高可靠性和高密封性能成为分子筛脱水装置正常运行的重要保证，因此特意指定供货商选择满足气质条件的ORBIT阀，调节阀选择了FISHER阀门。鉴于再生加热气温度达到288℃，高温酸气会加剧对管线的腐蚀，因此凡是与高温气体接触的管线均采用了304L不锈钢，加热炉翅管采用了316L不锈钢。

5.仪表控制方案

分子筛脱水装置有一套独立的PLC及ESD控制系统，可实现整个装置的自动化控制，同时该PLC及ESD系统可与站控系统进行通讯，可从站控系统对脱水装置进行监控。干燥塔进出口阀门的切换完全由逻辑控制程序自动控制，不需要人为干预。

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