固體干燥劑脫水油氣集輸李迎旭

固體干燥劑脫水油氣集輸主講教師：李迎旭一、吸附操作原理二、固體干燥劑目錄三、脫水流程和設(shè)備四、操作五、吸收與吸附脫水的比較用加熱或減壓等方法可使吸附質(zhì)與固體表面分離，使固體恢復(fù)吸附能力，這一過程稱再生、活化或脫吸。用固體干燥劑脫除天然氣內(nèi)的水汽屬物理吸附。固體表面對(duì)臨近氣體分子存在吸收力，在固體表面可捕捉臨近的氣液分子，這種現(xiàn)象稱吸附。吸附有化學(xué)吸附和物理吸附兩種。若氣體和固體原子間以某種化學(xué)鍵結(jié)合、形成新的物質(zhì)并以單層分子形式附著于固體表面上，稱化學(xué)吸附，多數(shù)為不可逆過程。化學(xué)吸附若氣體和固體間依靠范德華力，使固體表面形成多層被吸附的氣體分子，稱物理吸附，是可逆過程。物理吸附總述第一部分吸附操縱原理（二）吸附特性（一）吸附過程一、吸附操作原理（一）吸附過程開始水濃度極低，與吸附劑殘余水含量相平衡，tB時(shí)刻水濃度開始增加最終床出口氣體水濃度與進(jìn)口氣體相等。tB稱為吸附過程的轉(zhuǎn)效點(diǎn)，相應(yīng)的水濃度CB為轉(zhuǎn)效點(diǎn)濃度，濃度隨時(shí)間變化曲線稱轉(zhuǎn)效曲線。單組分的吸附過程天然氣吸附脫水裝置都為固定床吸附塔，即在立式圓柱體內(nèi)充填多孔性固體吸附劑，氣體流行吸附塔的同時(shí)使水含量減少。一、吸附操作原理（一）吸附過程隨含水氣體不斷通過吸附床，吸附傳質(zhì)段不斷向下移動(dòng)，當(dāng)傳質(zhì)段前邊線AA達(dá)到床層出口端，即吸附過程轉(zhuǎn)效點(diǎn)達(dá)到出口端時(shí)，流出床層的氣體中，水濃度開始迅速上升。在該區(qū)內(nèi)水濃度分布如轉(zhuǎn)效曲線所示，由飽和水濃度CS降為轉(zhuǎn)效濃度CB。同種陰影部分為吸附傳質(zhì)段，用高度hZ表示。在吸附傳質(zhì)段后邊線BB上方的吸附劑已被水飽和，稱飽和吸附段，用高度hS表示。在吸附傳質(zhì)段前邊線AA下方，吸附劑尚未吸附水汽，稱未吸附段，用高度hB表示。單組分的吸附過程水汽率先在床頂被吸附，其余氣體組分在較下層面上被吸附，按吸附順序各組分轉(zhuǎn)效曲線沿床長的分部如圖所示。一、吸附操作原理（二）吸附特性1.吸附平衡氣體與固體吸附劑接觸時(shí)，有一定量的氣體被吸附。被吸附的氣體，由于熱運(yùn)動(dòng)又會(huì)發(fā)生脫附，脫附速度隨固體表面被吸附氣體量的增加而增大。最后在一定溫度和壓力下，脫附速度和吸附速度相等，便達(dá)到了吸附平衡。在平衡條件下，單位質(zhì)量吸附劑吸附物質(zhì)的多少，稱平衡吸附量，或簡稱吸附量。常把平衡吸附量也稱為平衡濕容量或濕容量。吸附量隨溫度的升高而減少，隨吸附質(zhì)在氣相中分壓的增大而增加。因而，吸附劑脫水設(shè)計(jì)中不可能以動(dòng)態(tài)平衡濕容量確定所需的吸附劑用量，一般約取70%動(dòng)態(tài)平衡濕容量為設(shè)計(jì)濕容量，或稱有效濕容量。一、吸附操作原理（二）吸附特性1.吸附平衡吸附量隨溫度的升高而減少，隨吸附質(zhì)在氣相中分壓的增大而增加。吸附劑濕容量隨時(shí)間延長而降低，開始時(shí)濕容量降低很快，之后降低緩慢，最終降低至某一很低的水平上，失去經(jīng)濟(jì)脫水能力而更換。在同一吸附劑上，氣體內(nèi)各組分的吸附量與組分的沸點(diǎn)成正比。在氣體脫水工業(yè)中，常把平衡吸附量也稱為平衡濕容量或濕容量，以100g吸附劑吸附水蒸氣的g數(shù)即質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。吸附速率取決于外部擴(kuò)散速率、內(nèi)部擴(kuò)散速率及吸附本身的速率。吸附速率的變化范圍很大，可以從百分之幾秒到幾十小時(shí)。由于吸附速率的影響因素眾多，在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，一般依據(jù)經(jīng)驗(yàn)或通過實(shí)驗(yàn)方法取得數(shù)據(jù)。一、吸附操作原理氣體分子被吸附到吸附劑表面時(shí)所放出的熱量稱為吸附熱。物理吸附總是放熱過程。（二）吸附特性3.吸附熱實(shí)際吸附過程常在絕熱的條件下進(jìn)行，隨吸附過程的進(jìn)行由于吸附熱，使吸附劑和氣流溫度升高，從而降低了吸附劑的吸附性能。2.吸附速率一、吸附操作原理氣體分子被吸附到吸附劑表面時(shí)所放出的熱量稱為吸附熱。物理吸附總是放熱過程。4.吸附劑再生當(dāng)吸附劑的吸附量達(dá)到平衡吸附量后，吸附劑已喪失吸附能力或活性，應(yīng)進(jìn)行再生，使吸附劑脫吸，恢復(fù)吸附劑吸附能力，以便循環(huán)使用。再生是吸附的逆過程，因而需在高溫或降壓下進(jìn)行。（二）吸附特性第二部分固體干燥劑二、固體干燥劑固體干燥劑或吸附劑是多孔性物質(zhì)，有極大內(nèi)表面、孔穴間有半徑很小的通道相連。這種內(nèi)表面上方的水蒸氣分壓遠(yuǎn)小于固體表面上方的分壓，因而對(duì)水有極強(qiáng)的親和力。這種干燥劑的吸濕能力在5%~40%間，能使天然氣露點(diǎn)降至-100℃以下。：硅膠、活性氧化鋁和分子篩。用于天然氣脫水的吸附劑主要有三種硅膠活性氧化鋁分子篩第三部分脫水流程和設(shè)備三、脫水流程和設(shè)備由吸附脫水過程可知，用固定吸附塔進(jìn)行脫水不能連續(xù)生產(chǎn)，當(dāng)塔內(nèi)吸附劑達(dá)到飽和、出塔氣體水含量上升前應(yīng)中止進(jìn)氣。接近飽和的吸附塔需要加熱再生，恢復(fù)吸附劑的吸附能力，再生后的塔還需冷卻至接近原料濕氣溫度時(shí)才能重新投入脫水作業(yè)。為使生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行，必須有兩個(gè)或三個(gè)吸附塔輪流脫水。設(shè)兩個(gè)塔吸附塔脫水再生與冷卻設(shè)三個(gè)塔吸附塔脫水再生加熱冷卻三、脫水流程和設(shè)備（一）兩塔流程原料濕氣在入口分離器或滌氣器除去液、固體雜質(zhì)后，向下進(jìn)入左側(cè)的在線脫水吸附塔，經(jīng)干燥后的氣體由塔底向外輸送。再生氣經(jīng)加熱爐加熱后，由下向上流入右側(cè)吸附塔加熱床層，驅(qū)除吸附劑所吸附的水，恢復(fù)吸附劑活性。之后，再生氣再生氣經(jīng)加熱爐旁通閥，進(jìn)塔冷卻床層。由再生吸附塔頂流出的再生氣經(jīng)冷卻器冷卻后，大部分水蒸氣在再生分離器內(nèi)凝析、分出。脫出游離水的再生氣由分離器返回原料氣，與原料氣一起進(jìn)行干燥。每個(gè)吸附塔的工作過程由吸附、加熱再生和冷卻三階段組成，周而復(fù)始循環(huán)進(jìn)行。兩塔流程三、脫水流程和設(shè)備（二）吸附塔塔頂部和底部為氣體進(jìn)出口，中間為吸附劑。在塔頂部和底部的側(cè)壁上有裝斜口和卸料口，更換吸附劑用。支撐格柵上方有一層開孔10目的不銹鋼絲網(wǎng)，防止吸收及漏失。絲網(wǎng)上方為兩層陶瓷球。吸附劑上方的篩網(wǎng)上，改善原料氣的分配并避免由于氣體旋轉(zhuǎn)而損壞吸附劑。原料氣應(yīng)經(jīng)分配器慢速、徑向進(jìn)入塔頂空間，均勻通過吸附劑床層。吸附塔需要保溫層。管壁外保溫施工容易，內(nèi)保溫的施工難度較大。內(nèi)保溫應(yīng)特別注意施工質(zhì)量，若有裂縫，濕氣將經(jīng)裂縫繞過吸附床，得不到有效脫水。吸附塔結(jié)構(gòu)第四部分操作四、操作固體干燥劑脫水系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)和正確操作是延長吸附劑壽命、節(jié)省運(yùn)行能耗和費(fèi)用的關(guān)鍵。原料氣壓力和溫度應(yīng)綜合考慮脫水系統(tǒng)上下游工藝要求。固體吸附劑應(yīng)在較低溫度下工作，一般在確保不產(chǎn)生水合物前提下，原料氣溫度應(yīng)低于38℃，最高不要超過50℃，分子篩脫水溫度可略微放寬。否則，吸附劑濕容量降低使吸附效果變差。壓力降低，吸附劑濕容量降低，但壓力對(duì)濕容量的影響比溫度小得多。因此，吸附操作壓力可按后續(xù)工藝所需壓力決定，一般應(yīng)在0.7MPa以上。1.原料氣壓力和溫度四、操作2.保持脫水系統(tǒng)潔凈系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)游離水、液烴、腐蝕產(chǎn)物、化學(xué)劑、蠟、泥沙等雜質(zhì)，將影響吸附劑濕容量和使用壽命。（1）入口分離器或滌氣器是對(duì)原料濕氣進(jìn)行潔凈的關(guān)鍵設(shè)備。（2）新建系統(tǒng)投產(chǎn)前，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行干燥處理，塔內(nèi)有內(nèi)保溫層時(shí)用甲醇干燥。（3）自再生吸附塔流出的熱再生氣經(jīng)冷卻、分離出凝液后，返回脫水流程原料濕氣內(nèi)，進(jìn)吸附塔脫水。（4）在確保不生成水合物前提下，應(yīng)盡量降低再生分離器溫度，盡可能多地從再生氣內(nèi)分出水和液烴等解吸物。（5）經(jīng)常檢查再生分離器排出液體的pH值，有助于確定系統(tǒng)的腐蝕傾向。四、操作3.保持吸附劑長效（1）在吸收塔再生加熱是為使被吸附水和其他雜質(zhì)解吸，應(yīng)在吸附劑制造商提供的再生溫度范圍內(nèi)，使用較高的再生溫度。如吸附劑內(nèi)殘留吸附質(zhì)，將影響脫水效率和吸收劑壽命。（2）冷卻再生吸附塔的氣體需用干氣（3）吸附塔實(shí)際操作壓力不應(yīng)低于設(shè)計(jì)壓力太多，在一定氣體處理量下，壓力愈低吸附塔內(nèi)氣體流速愈高，可能擾動(dòng)吸附劑顆粒，使吸附劑磨損、破碎。（4）需要改變吸附塔壓力時(shí)，應(yīng)緩慢增壓或減壓，壓力變化速度控制在240kPa/min以下，避免擾動(dòng)吸附劑床層。四、操作4.節(jié)能（1）盡量利用廢熱再生。（2）目前多數(shù)脫水裝置采用8h脫水循環(huán)、對(duì)較大吸附塔最優(yōu)循環(huán)周期應(yīng)為10~12h。（3）用再生氣流量控制閥提取再生氣降低了原料氣的壓力。（4）吸附塔采用內(nèi)保溫層。（5）據(jù)統(tǒng)計(jì)，從吸附塔脫出1kg吸附水需熱15~16MJ，若熱耗過大應(yīng)查清原因。（6）吸附劑濕容量隨使用時(shí)間而變，不采用定時(shí)切換吸附周期，按脫水后干氣露點(diǎn)靈活確定吸附周期，吸附床達(dá)到最大吸濕負(fù)荷時(shí)再生將減少再生熱耗。四、操作4.節(jié)能（1）盡量利用廢熱再生。（2）目前多數(shù)脫水裝置采用8h脫水循環(huán)、對(duì)較大吸附塔最優(yōu)循環(huán)周期應(yīng)為10~12h。（3）用再生氣流量控制閥提取再生氣降低了原料氣的壓力。（4）吸附塔采用內(nèi)保溫層。（5）據(jù)統(tǒng)計(jì)，從吸附塔脫出1kg吸附水需熱15~16MJ，若熱耗過大應(yīng)查清原因。（6）吸附劑濕容量隨使用時(shí)間而變，不采用定時(shí)切換吸附周期，按脫水后干氣露點(diǎn)靈活確定吸附周期，吸附床達(dá)到最大吸濕負(fù)荷時(shí)再生將減少再生熱耗。第五部分吸收與吸附脫水比較五、吸收與吸附脫水比較從以下幾方面對(duì)比吸收法與吸附法脫水。（1）吸收法的建設(shè)費(fèi)用低。（2）吸收法操作費(fèi)用低。（3）吸收法甘醇再生在常壓下進(jìn)行，補(bǔ)充甘醇容易。（4）吸收裝置脫水深度低。（5）吸收法對(duì)原料氣壓力、溫度、流量變化的敏感性較強(qiáng)；固體吸附劑脫水效果受工藝參數(shù)變化的影響相對(duì)較小。（6）甘醇受