試論天然氣的脫水處理工藝與應(yīng)用

馬銀蔓

摘 要：天然氣所用的脫水方法包括低溫分離法，吸收溶劑法和固體吸附法。根據(jù)吸附脫水原理，闡述了吸附法失水的重要原理，吸附劑的選擇，整個(gè)過程的確定和方案的可行性。提出了運(yùn)行模式中應(yīng)注意的問題和有力的建議。因高酸天然氣的工藝主要集中在脫水和后處理上，所以保持總體運(yùn)行和維護(hù)狀況良好，具有重要意義。

一、高酸性天然氣脫水方法選擇

天然氣所用的脫水方法包括低溫分離法，吸收溶劑法和固體吸附法。低溫分離法主要是通過把迅速擴(kuò)漲的天然氣再制冷，收集分離液來實(shí)現(xiàn)的。一般是通過天然氣與輕烴回收過程結(jié)合進(jìn)行。這種方法適用于已做增壓處理和有足夠的內(nèi)部自由壓降的天然氣。當(dāng)采集的天然氣壓力無法滿足制冷系統(tǒng)要求時(shí)，就需要對外部輔助冷卻或外部輔助增壓，此時(shí)因成本原因就不再適合采用這種方法了。根據(jù)溶劑吸收的主要原理，溶劑吸收方法使用一種先進(jìn)的親水性透明液體，該液體與天然氣供應(yīng)源直接接觸，可以從采集的混合氣體中去除水蒸氣。其中由于三甘醇（TEG） 熱穩(wěn)定性好，且易于再生，同時(shí)攜帶量損失少，被廣泛使用[1]。固體吸附法是使用多孔的干燥劑吸收管道氣體中的水分子，以除去管道氣體中的飽和水。在這兩種方法中，通過固態(tài)分子篩脫水是使用最廣泛的方法，該方法具有成熟可靠的技術(shù)，易于操作，設(shè)備總體積小，對環(huán)境溫度、氣體溫度，氣體壓力和流量的變化也不是很敏感。

二、吸附劑的選擇

分子篩、氧化鋁和膠是固體吸附法中用于脫水的主要吸附劑。在相同溫度環(huán)境中，分子篩的最大溫容量遠(yuǎn)高于常用吸附劑的最大溫容量。活性氧化鋁是具備部分水合性、多孔性、高分散度的固體材料。氣體材料經(jīng)干燥后露點(diǎn)在-60℃時(shí)，氧化鋁是一種堿性物質(zhì)，它可以再次與無機(jī)酸發(fā)生化學(xué)變化，因此不適合再處理微堿性天然氣。硅膠是晶粒長程無序狀的硅氧化物，化學(xué)名稱為SiO2nH2O，干燥后硅膠露點(diǎn)在-60℃，硅膠的組織再生的總體溫度低于活性氧化鋁和分子篩的再生溫度，具有很強(qiáng)的再生能力和吸收水分的能力，但其被液體和腐蝕抑制劑破壞時(shí)，也會(huì)嚴(yán)重影響對水的吸收能力[2]。

三、分子篩脫水流程的選擇

分子篩脫水裝置流程有兩塔流程、三塔流程和四塔流程。 在兩塔流程中，一塔處于脫水的模式時(shí)，另一塔同時(shí)在進(jìn)行吸附劑的再生，即交替加熱和除水。而在三個(gè)或更多塔的流程中，多塔切換過程不同。三塔工藝通常采用同時(shí)啟動(dòng)，分別運(yùn)行的方式，其中一個(gè)塔在吸附的工作狀態(tài)，一個(gè)塔在加熱狀態(tài)，一個(gè)塔除水狀態(tài)。排出的氣體可能是大量的脫水氣，以及處于飽和狀態(tài)的原料天然氣，即含有內(nèi)部水分的氣體。可以再生的天然氣通常用作燃料氣，但對于高硫天然氣，則不能將其用作航空燃料氣。處于再生狀態(tài)的塔中加熱和冷卻氣體可以在同一方向或不同方向。不同方向的再生可以使分子篩的組織再生更加充分。被加熱的再生氣體通常是自下而上，冷卻氣體是自上而下，這樣的方式干燥器附近的吸附氣體也可以去除，從而確保與濕原料氣穩(wěn)定直接接觸的下層物料層完全再生。長時(shí)間停留在塔底的分子篩，含水量很低，所以出口氣體物質(zhì)的露點(diǎn)很低，但是每個(gè)塔的入口和直接出口需要增加開關(guān)閥。在露點(diǎn)不太高的地方，通常采用同向再生工藝。連續(xù)加熱的氣體和冷卻氣都從下往上流動(dòng)。再加熱后，塔內(nèi)的分子篩仍含有少量水。但是，若在很高壓力下操作，氣體中含水量相對較小，吸附熱會(huì)被氣體帶走，而吸附材料層的溫升一般只有1～2℃。

四、主要設(shè)備及材料的選擇

1.入口過濾分離器

過濾分離器安裝在干燥塔的前面，主要是要去除天然氣中的雜質(zhì)和液體，以防止分子篩被液體污染而阻塞。因此，分子篩脫水設(shè)備都必須配備過濾效率明顯大于5μm的小顆粒雜質(zhì)的提取率為99%的重力分離和過濾器分配器，用以保證分子篩脫水控制裝置的過濾率為：0.3微米以上所有雜質(zhì)的提取率高于99.8%。干燥機(jī)的每個(gè)主要單元都有兩個(gè)干燥塔，氣體大量脫水后，可以通過另一座吸附塔再生。干燥機(jī)配有1 / 8aw-500分子篩用于脫水。為了使原料氣體在進(jìn)口處均勻分布，并有效防止各種氣體出現(xiàn)明顯的溝水現(xiàn)象導(dǎo)致破壞分子篩，干燥塔的入口和出口都設(shè)置氣流直接分配器。為減少床層中顆粒的運(yùn)動(dòng)，至少要用不銹鋼篩網(wǎng)將分子篩和活性氧化鋁球隔開，以防止分子篩被氣流直接帶走。干燥塔采用內(nèi)部能量隔熱方法，內(nèi)壁用金屬扣固定，進(jìn)行再生時(shí)，它可以充分利用自身的再生熱量，與外部隔熱相比，可以節(jié)省大約30%的能量[3]。為了避免形成超高溫腐蝕，使用內(nèi)部隔熱還可以避免高酸性氣體與塔架內(nèi)壁之間的直接接觸。同時(shí)在干燥塔的底部增加了分子篩過孔，箱體設(shè)有分子篩通氣孔。

2.直焰加熱爐

加熱爐通常用于再生氣體，但是由于再加熱后冷卻時(shí)間4h，連續(xù)加熱爐50%的時(shí)間在工作。為保證安全。當(dāng)直接加熱完全停止時(shí)，冷卻氣仍然要通過爐壁翅片管。另外，在選擇內(nèi)部加熱爐時(shí)，可以看到美國后部加熱爐的專業(yè)制造商GTS制造的空氣對流內(nèi)部加熱爐，這與普通的直接加熱爐有很大的不同。它對重復(fù)循環(huán)排氣風(fēng)扇做了改善，將煙氣的2/3排入連續(xù)燃燒室，不僅可以防止?fàn)t溫過高，而且可以使?fàn)t溫分布更均勻。通過改善這個(gè)設(shè)備最高的熱效率超過89%，而輻射源最多的直接加熱爐的最高熱效率僅為69%，顯然節(jié)省了燃?xì)狻?nèi)部加熱爐的形狀和尺寸為J型，由兩部分組成：強(qiáng)燃燒部分和熱對流部分。在強(qiáng)燃燒部分，使用短焰燃燒器，以有效防止白焰直接接觸翅片管。燃料氣體和空氣的燃燒產(chǎn)生的混合物是高溫加熱的有毒煙氣和循環(huán)氣體，混合物流入下游部分的翅片管，使氣體被均勻加熱，并讓煙道氣室內(nèi)的溫度略低于245℃，遠(yuǎn)低于天然氣自燃溫度538℃。在冷卻降溫時(shí)，將開啟往復(fù)式風(fēng)扇，爐頂?shù)臏囟瓤梢钥焖伲鶆蛏⑷ィ瑥亩_保不影響冷卻的過程。

總結(jié)

綜上所述，液化天然氣在國內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用。對水分損失過大的氣體進(jìn)行再處理是非常重要的。在實(shí)踐和操作中，根據(jù)以上差異，我們可以選擇科學(xué)合理的處理工藝，大幅度提高各種技術(shù)的整體水平，滿足更多的技術(shù)需求。

參考文獻(xiàn)

[1]李明星，范麗娟，于磊.天然氣集輸及凈化處理工藝技術(shù)探討[J].石化技術(shù)，2020，27（01）：225+227.

[2]陳桂玲.儲(chǔ)氣庫輕質(zhì)油脫水處理工藝改造研究[J].內(nèi)蒙古石油化工，2016，42（07）：8-9.

[3]崔連來，張濤，王紀(jì)，鄭天寶.乙二醇脫水工藝在大型高壓天然氣處理裝置中的優(yōu)化運(yùn)行[J].河南化工，2016，33（04）：31-34.