天然氣的脫水處理工藝與應用

天然氣脫水方法有低溫分離法、劑吸收法、體干燥劑吸附法。該文對采用吸附法脫水的原因、分子篩吸附劑的選擇 ，以及吸附脫水的原理脫水工藝流程的確定和可行性進行了闡述 ，并提出了操作中需注意的問題和建議。

對于高酸性天然氣進行集中脫水處理，對集輸干線的管理、全運行和維護都具有重要意義。

1 高酸性天然氣脫水方法選擇

天然氣常用的脫水方法有低溫分離法、溶劑吸收法和固體干燥劑吸附法。低溫分離法一般采用注醇節流膨脹制冷 ，一般和輕烴回收過程相結合 ，適合于高壓且有足夠自由壓降可利用的天然氣。氣田運行一定年限后壓力降

低不能滿足制冷要求時 ，需外補冷或增壓后節流 ，非常不經濟。故不考慮該方法。溶劑吸收法是根據吸收原理 ，采用一種親水液體與天然氣逆流接觸 ，從而脫出氣體中的水蒸汽。其中由于三甘醇 （ TEG）的熱穩定性好 ，易于再生 ，攜帶損失量小 ，露點可降至 - 34℃，因此 TEG得到了普遍的運用。

固體吸附法是利用多孔的干燥劑表面吸附濕天然氣中的水分子以脫除天然氣中飽和水。該類方法中分子篩脫水應用最廣泛 ，技術成熟可靠 ，脫水后干氣水露點可達到 - 100℃，操作簡單 ，占地面積小 ，對進料氣的溫度、力和流量變化不敏感。

2 吸附劑的選擇

固體吸附法脫水主要采用的吸附劑有活性氧化鋁、膠和分子篩。在較高溫度下分子篩的溫容量比其他吸附劑高得多。活性氧化鋁主要成分為部分水合的、多孔和無定形的氧化鋁 ，并含有少量的其他金屬化合物。其干燥后的氣體露點可達 - 60℃，由于氧化鋁呈堿性 ，可與無機酸發生化學反應 ，故不宜處理酸性天然氣。

硅膠是一種晶粒狀無定形氧化硅 ，分子式為SiO2. nH2 O。硅膠干燥后的氣體露點可達到 -60℃，再生溫度比活性氧化鋁和分子篩都低 ，吸水能力強 ，但容易被液態水損壞和緩蝕劑腐蝕 ，從而使其結構受到破壞并影響其脫水能力。

3 分子篩脫水流程的選擇

3. 1 兩塔流程的確定

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 ，一塔進行脫水操作 ，另一塔進行吸附劑的再生 ，即加熱和冷吹。在三塔或多塔流程中 ，切換的程序有所不同 ，通常三塔流程采用一塔吸附、塔加熱、塔冷吹。再生氣可以是脫水之后的干氣 ，也可以是飽和狀態下不含游離水的原料天然氣 ，即濕氣。干氣再生往往用于露點非常低的場合 ，如輕烴深冷裝置要求露點低于 - 70℃。干氣再生需要壓縮機增壓 ，再生后氣體一般用作燃料氣。但對于高含硫天然氣 ，再生氣則不能直接作為燃料氣使用。如用濕氣再生 ，再生氣利用自身壓力

3. 2 再生氣流向的確定

干燥塔再生時 ，加熱和冷吹氣可以為同向流程 ，也可以為異向流程。異向再生可使分子篩再生得更徹底 ，加熱再生氣往往從下往上 ，冷吹氣則自上而下 ，這樣 ，一方面可以脫出靠近干燥器床層上部被吸附的物質 ，并使其不流過整個床層 ，另一方面可以確保與濕進料氣最后接觸的下部床層得到充分再生 ，始終讓塔底分子篩保持非常低的水含量 ，從而使出塔氣體具有很低的水露點。但每個塔的進出口將分別增加一個切換閥。同向再生流程往往用于露點要求不是很高的場所 ，加熱氣和冷吹氣流向均采用自上而下 ，加熱結束后 ，塔底的分子篩仍含有少量的水分 。

3. 3 工藝流程簡述

高酸性原料氣經過濾分離器除去所攜帶大于燥塔的吸附過程為放熱過程 ，但如果操作壓力較高 ，氣體中水分則相對較少 ，大量的吸附熱將被氣體帶走 ，因此床層的溫升一般只有 1℃～2℃。

4主要設備及材料的選擇

4. 1 入口過濾分離器

過濾分離器設置在干燥塔前 ，主要是除去天然氣中的固體雜質和液體 ，防止分子篩的孔穴被固體顆粒堵塞和污染。由于分子篩脫水裝置之前已設置有重力分離和過濾分離器 ，過濾效率為 ：大于 5μm顆粒雜質脫出率為 99%。而分子篩脫水裝置的過濾器的過濾效率為 ： 0. 3μm以上雜質的脫出率不低于 99. 8% ，因此遠遠低于分子篩廠家給予的 AW -500分子篩可承受不大于 20μm固體雜質的要求。

4. 2 干燥塔每套裝置有兩個干燥塔 ，當其中一個塔吸附脫水時 ，另一個塔同時進行再生。干燥塔內裝有用于脫水的 1 /8\" AW - 500分子篩。為了均勻分布入口原料氣 ，防止氣體出現溝流現象和損壞分子篩 ，干燥塔入口不但設有氣流分配器 ，而且分子篩床層頂部構不同于活性氧化鋁 ，不會被酸性氣體破壞 ）用于改善氣體分布并使床層顆粒的移動減到最小程度。該文原載于中國社會科學院文獻信息中心主辦的《環球市場信息導報》雜志http：//www.ems86.com總第526期2013年第43期-----轉載須注名來源球 ，分子篩和氧化鋁球用不銹鋼絲網隔開 ，防止分子篩被氣流帶走。干燥塔采用內保溫型式 ，其內壁上用鉚釘固定 熱再生時 ，可更充分的利用再生熱量 ，比外保溫節約能量約 30%左右。采用內保溫還可避免高酸性氣體直接與塔內壁接觸 ，防止形成高溫腐蝕。干燥塔頂部設有分子篩裝填孔 ，底部設有分子篩泄放孔 ，檢修時可通過人孔進入內部檢查內保溫和支撐情況。塔內支撐件全部采用不銹鋼材料。

4. 3 直焰加熱爐

加熱爐主要是用來加熱再生氣 ，由于加熱和冷卻時間均為 4 h，因此 ，加熱爐只有 50%工作時間。為了保證安全 ，停止加熱時 ，冷吹氣仍要通過爐內翅管 ，同時在加熱爐選擇上 ，選擇了美國生產加熱爐的專業廠家 GTS公司生產的對流式加熱爐 ，該加熱爐與普通加熱爐不同之處在于增加了一個循環風機 ，讓出口煙氣 2 /3的氣體重新返回燃燒室 ，不但可防止爐膛溫度超高 ，而且爐膛溫度分布更均勻 ，熱效率高于 89% ，常用的輻射加熱爐熱效率只有 69%左右 ，因此更節約燃料氣。

加熱爐形狀為 \"┛\" ，這種加熱爐主要由兩部分組成 ：燃燒段和對流傳熱段。在燃燒段 ，燃燒器采用短火焰燃燒器 ，防止火焰直接與翅管接觸 ，燃料氣和空氣混合燃燒產生的高溫煙氣與循環氣混合后流向對流段的翅管 ，使工藝流體均勻的被加熱 ，同時使煙囪的煙道氣溫度低于 245℃，遠遠低于天然氣的自燃溫度 538℃。在冷吹停爐時 ，由于有循環風機 ，整個爐內溫度可很快的均勻冷卻下來 ，保證冷吹過程不受影響。

4. 4 其他主要材料的選擇

在閥門選擇上 ，由于干燥塔進出口切換閥動作頻繁 ，這些切換閥的高可靠性和高密封性能成為分子篩脫水裝置正常運行的重要保證 ，因此特意指定供貨商選擇滿足氣質條件的 ORB IT閥 ，調節閥選擇了 F ISHER閥門。鑒于再生加熱氣溫度達到 288℃，高溫酸氣會加劇對管線的腐蝕 ，因此凡是與高溫氣體接觸的管線均采用了 304 L不銹鋼 ，加熱爐翅管采用了 316 L不銹鋼。

5 儀表控制方案

分子篩脫水裝置有一套獨立的 PLC及 ESD控制系統 ，可實現整個裝置的自動化控制 ，同時該 PLC及 ESD系統可與站控系統進行通訊 ，可從站控系統對脫水裝置進行監控。干燥塔進出口閥門的切換完全由邏輯控制程序自動控制 ，不需要人為干預。

（作者單位：中國石油遼河油田油氣工程技術處）