試論天然氣的脫水處理工藝與應用

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，整個過程的確定和方案的可行性。提出了運行模式中應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，所以保持總體運行和維護狀況良好，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漲的天然氣再制冷，收集分離液來實現的。一般是通過天然氣與輕烴回收過程結合進行。這種方法適用于已做增壓處理和有足夠的內部自由壓降的天然氣。當采集的天然氣壓力無法滿足制冷系統要求時，就需要對外部輔助冷卻或外部輔助增壓，此時因成本原因就不再適合采用這種方法了。根據溶劑吸收的主要原理，溶劑吸收方法使用一種先進的親水性透明液體，該液體與天然氣供應源直接接觸，可以從采集的混合氣體中去除水蒸氣。其中由于三甘醇（TEG） 熱穩定性好，且易于再生，同時攜帶量損失少，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，易于操作，設備總體積小，對環境溫度、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。在相同溫度環境中，分子篩的最大溫容量遠高于常用吸附劑的最大溫容量?；钚匝趸X是具備部分水合性、多孔性、高分散度的固體材料。氣體材料經干燥后露點在-60℃時，氧化鋁是一種堿性物質，它可以再次與無機酸發生化學變化，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，化學名稱為SiO2nH2O，干燥后硅膠露點在-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，也會嚴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，另一塔同時在進行吸附劑的再生，即交替加熱和除水。而在三個或更多塔的流程中，多塔切換過程不同。三塔工藝通常采用同時啟動，分別運行的方式，其中一個塔在吸附的工作狀態，一個塔在加熱狀態，一個塔除水狀態。排出的氣體可能是大量的脫水氣，以及處于飽和狀態的原料天然氣，即含有內部水分的氣體。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定直接接觸的下層物料層完全再生。長時間停留在塔底的分子篩，含水量很低，所以出口氣體物質的露點很低，但是每個塔的入口和直接出口需要增加開關閥。在露點不太高的地方，通常采用同向再生工藝。連續加熱的氣體和冷卻氣都從下往上流動。再加熱后，塔內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，吸附熱會被氣體帶走，而吸附材料層的溫升一般只有1～2℃。

四、主要設備及材料的選擇

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，分子篩脫水設備都必須配備過濾效率明顯大于5μm的小顆粒雜質的提取率為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微米以上所有雜質的提取率高于99.8%。干燥機的每個主要單元都有兩個干燥塔，氣體大量脫水后，可以通過另一座吸附塔再生。干燥機配有1 / 8aw-500分子篩用于脫水。為了使原料氣體在進口處均勻分布，并有效防止各種氣體出現明顯的溝水現象導致破壞分子篩，干燥塔的入口和出口都設置氣流直接分配器。為減少床層中顆粒的運動，至少要用不銹鋼篩網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。干燥塔采用內部能量隔熱方法，內壁用金屬扣固定，進行再生時，它可以充分利用自身的再生熱量，與外部隔熱相比，可以節省大約30%的能量[3]。為了避免形成超高溫腐蝕，使用內部隔熱還可以避免高酸性氣體與塔架內壁之間的直接接觸。同時在干燥塔的底部增加了分子篩過孔，箱體設有分子篩通氣孔。

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間4h，連續加熱爐50%的時間在工作。為保證安全。當直接加熱完全停止時，冷卻氣仍然要通過爐壁翅片管。另外，在選擇內部加熱爐時，可以看到美國后部加熱爐的專業制造商GTS制造的空氣對流內部加熱爐，這與普通的直接加熱爐有很大的不同。它對重復循環排氣風扇做了改善，將煙氣的2/3排入連續燃燒室，不僅可以防止爐溫過高，而且可以使爐溫分布更均勻。通過改善這個設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%，顯然節省了燃氣。內部加熱爐的形狀和尺寸為J型，由兩部分組成：強燃燒部分和熱對流部分。在強燃燒部分，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生的混合物是高溫加熱的有毒煙氣和循環氣體，混合物流入下游部分的翅片管，使氣體被均勻加熱，并讓煙道氣室內的溫度略低于245℃，遠低于天然氣自燃溫度538℃。在冷卻降溫時，將開啟往復式風扇，爐頂的溫度可以快速，均勻散去，從而確保不影響冷卻的過程。

總結

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

參考文獻

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

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

[3]崔連來，張濤，王紀，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化運行[J].河南化工，2016，33（04）：31-34.