焦爐煤氣脫水工藝簡析

王國強 王寧博

（1、必維（天津）安全技術有限公司，天津300202 2、洛陽新奧華油燃氣有限公司，河南 洛陽471000）

焦爐煤氣制液化天然氣的常規總體流程包括凈化、甲烷化、液化分離等三部分。總流程如圖1 所示。

焦爐煤氣制液化天然氣的主要反應機理為：

CO+3H2=CH4+H2O △H0=206.2kJ/mol

CO2+4H2=CH4+2H2O △H0=165.0kJ/mol

焦爐煤氣在制備液化天然氣甲烷化反應過程中會生成少量水，如不處理，則會在后續深冷液化時，以冰或霜的形式凍結在換熱器等工藝設備的表面和節流閥處；同時在0℃以上時，甲烷會與水形成一種半穩定的固態氣水化合物，易造成管線和工藝分離設備、噴嘴的堵塞。因此,焦爐煤氣脫水是煤氣凈化十分重要的環節之一。

1 焦爐煤氣脫水工藝技術簡介

焦爐煤氣脫水常用的方法目前有冷卻脫水法、吸收法和吸附法。為避免賈璐煤氣中水的存在造成的堵塞現象，須高于水合物形成溫度時就要將原料氣中的游離水脫除，露點在100℃以下。冷卻脫水法是在保持壓力不變的情況下原料、原料氣中水含量隨溫度降低而減少的原理來實現的。冷卻脫水法可分為直接冷卻法、加壓冷卻法、膨脹制冷法。

焦爐煤氣中水和重烴組分均是較易液化的物質，單獨或聯合采用加壓和降溫的措施，可促使焦爐煤氣中水分的析出。脫水是為了使原料氣中的水的露點足夠低，防止水合物的形成，降低水冷凝和凍結的可能性。但是在工藝中的加壓、冷卻有時不是以脫水為目的，而是工藝需要。

吸收脫水法是利用焦爐氣中的水分具有強親和力的吸收劑預焦爐氣逆流接觸來脫除水分的。脫水劑須熱穩定性好、與水不發生化學反應、易再生、粘度小、對焦爐氣的溶解度低、對設備無腐蝕，同時須易得價低。目前常用的脫水劑是甘醇類化和物和氯化鈣水溶液。

吸附脫水是利用某些多孔固體吸附劑對焦爐氣中水分的吸附力來吸附脫除氣流中的水分。按吸附作用力性質的不同分為化學吸附和物理吸附兩種。但在實際應用過程中，在適當的工藝條件下，兩者是可以同時發生的，提升吸附效率。

固體吸附法脫水是目前較為普遍的制備LNG 用焦爐氣脫水方法。 常規的LNG 制備原料氣的凈化指標如下。

圖1 常規焦爐氣制LNG 總體流程圖

表1 常規LNG 制備原料氣凈化指標

2 固體吸附法

2.1 吸附劑類型

常用的吸附劑類型有硅膠、活性氧化鋁、分子篩等，特性參數如下。

表2 吸附劑參數

2.2 吸附脫水原理及流程

吸附是一種建立在分子擴散基礎上的物質表面現象。以固體表面和吸附分子間作用力的性質區分，吸附作用大致可分為物理吸附、化學吸附和離子交換吸附。工藝技術上主要包括吸附過程、再生過程、分子篩脫水等三個方面。

圖2 常規焦爐氣分子篩脫水流程圖

吸附過程：現階段焦爐煤氣脫水裝置中采用比較多的是固定床吸附，利用多孔性的固體吸附劑處理氣體混合物，有選擇性的吸附某些物質，達到吸附分離目的。操作上多采用半連續操作。再生過程：吸附劑的再生對吸附效果、操作的連續性、處理量、生產成本等都有較大影響。對焦爐氣常用的氣- 固吸附，主要有溫度轉換、壓力轉換、沖洗解吸等再生法。分子篩脫水工藝：焦爐煤氣分子篩脫水工藝一般根據需要分為兩塔、三塔、多塔流程。兩塔流程中一塔脫水，一塔吸附劑再生。此流程具有流程相對簡單，吸附時間增長，能耗較低，采購和維護費用較低，消減了管轄、設備因腐蝕等穿孔的危險，安全性提高；但也存在操作不連續，點火、停爐頻繁，不利于長周期運行等缺點。三塔及多塔流程具有再生速度快，同處理量下可使得單塔再生與冷卻時間更長，提高再生效果、保護分子篩，延長分子篩的使用壽命，提升加熱爐的連續操作性，降低下游過濾器的堵塞風險。

常用的焦爐氣分子篩脫水流程如圖2 所示。

3 結論

綜上所述，相對冷卻脫水法和吸收脫水法，固體吸附法因具有焦爐氣脫水后氣體含水量低，露點溫度低（可小于-100℃）；焦爐氣進氣溫度、流量、壓力允許范圍寬，有效操作彈性大、操作相對簡單；設備占地面積小等優點獲得了廣泛應用；但也存在工藝操作中氣體壓降大于溶劑吸收脫水；吸附劑吸收壽命較短，頻繁的更換增加了生產維護成本；低處理量時能耗高、再生氣量大；大裝置設備投資大、操作費用高等缺點。各企業應結合自身情況和當地的原料、產品價格、工藝要求、產品目標等選擇適合的脫水工藝。