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1、加气站天然气脱水之露点1概述在地球上水分子无处不在,天然气中具有限度不同的水分。从B 53.气体中微量水分的测定 第2部分：露点法附录中，可知虽然在-100、大气压下的饱和空气中,仍然有0.0103mg/m3的水以水蒸气状态存在。在诸多工业生产和科学研究中，水是必须清除的有害组分。天然气中具有水、硫化氢、二氧化碳等有害组分,对这些组分必须进行控制。天然气中有害组分控制规定和国内重要管道天然气的有害组分参数见表。从表1可以看到，国内车用天然气原则GB 8047车用压缩天然气对水分、硫化氢的规定2，要高于都市管道天然气的原则G 17821999天然气3。各条长输管道天然气实际的水分、硫化氢、二氧化
2、碳等有害组分的控制成果也各不相似。未经解决的天然气中所具有的水分、硫和其她杂质,不仅会影响天然气的热值及辛烷值，还会影响管道、加气站设备和天然气汽车的安全。当水分子处在气体状态时，天然气中的硫化氢、二氧化碳对于解决和储存天然气的设备无害或者危害极小,可以忽视不计。当气态的水分子一旦凝结成液体后,便和硫化氢、二氧化碳形成酸性的腐蚀性液体,给设备的长期运营带来安全隐患。此外，水分的存在也会直接导致加气站设备(如加气机等)在运营中浮现冰堵等故障，影响正常生产。天然气中的水分脱除是加气站建设中一项重要的工艺过程，它对加气站的安全运营和CN汽车的安全行驶起着至关重要的作用。因此合理地选择天然气脱水装置成
3、为压缩天然气加气站建设中一项不可忽视的工作。2 气体脱水措施的分类目前用于工业上的气体水分脱除措施重要有加压冷却、冷冻降温分离、膜分离、吸取、物理吸附等措施。加压冷却和冷冻降温分离的原理相似，都是通过使气体中水蒸气的分压力超过其当时温度下的饱和压力，导致水蒸气凝结成液态水，再通过机械分离的措施将液态水排除,以减少气体中的水分含量。两者的不同之处在于加压冷却是采用压缩机将气体压力提高到合适的值，然后将压缩后的气体再冷却到接近常温;当水蒸气的分压力超过其温度下的饱和压力时,一部分水蒸气便凝结成液体;随着气体水分子的凝结，水蒸气分压力也随之下降,直到与该温度下的饱和压力相等，气态的水蒸气分子不再凝结
4、;然后，用机械的措施排除凝结水,再将气体减压膨胀到所需的压力,气体由此得到干燥。而冷冻降温分离则运用冷冻机冷却气体，随着温度的减少,水蒸气的饱和压力也逐渐下降，直到低于水蒸气的分压力，水蒸气便凝结成液体,被排出系统。气体温度越低，从水蒸气凝结的液态水也越多,气体干燥的限度也越高。冷冻降温法仅合用于干燥度规定不高的工业气体,如压缩空气等。膜分离运用气体组分在有机高聚合物膜内的渗入能力、扩散速度不同，以压力或化学位能为推动力,达到分离水分或某种组分的目的。膜式干燥器目前可将气体的水露点减少203。由于气体通过中空的纤维膜时,水分子或某种特定组分是依托分子的渗入率及扩散速度差实现分离,因此过程中不需
5、要耗电。膜分离目前重要应用于压缩空气的干燥及化工领域的气体分离。吸取分离法重要是运用甘醇类物质的吸水性，通过洗淋等措施将气体中的水分吸取,达到干燥气体的目的，可使气体水露点减少4,合用于大流量、水分含量较高的气体的干燥。吸附分离是一种非相变状态下的组分在吸附剂微孔表面的富集,其机理是在两相界面上,因异相分子间作用力与主体分子间作用力不同，导致相界面上流体分子密度不同于主体密度而产生吸附作用。多孔介质颗粒吸附剂拥有大量的微孔，具有较大的比表面积(00100m2/)，见表，适合于不同类型的吸附分离过程。工业用多孔介质颗粒吸附剂的性能参数见表2。目前常用于加气站天然气脱水的吸附剂重要是人工合成的分子
6、筛,如钾A型分子筛、钠A型分子筛。3天然气深度脱水原理目前国内外重要的天然气深度脱水装置，是运用合成氟石分子筛对气体中的水蒸气分子的强烈吸附作用,达到深度脱水的目的。合成氟石分子筛是一种有严格骨架构造的硅铝酸盐晶体，其硅铝四周体形成的内部骨架具有三维连通的无数微孔，是一种孔径大小均一的强极性吸附剂，具有很高的选择吸附分离能力。随着硅铝比的增长，分子筛的极性逐渐减少，因此低硅铝比的分子筛具有更强烈的吸附水分的能力，适合于气体的深度脱水。分子筛是压缩天然气常用的高效脱水剂，其重要长处如下: 分子筛可以使气体深度脱水。在一般状况下,它的吸附量比其她吸附剂高，因而可以缩小干燥塔的尺寸，节省资金。 分子
7、筛在较高温度下也能有效地干燥气体。分子筛能选择性地吸附水分，避免发生重烃类共吸附而使吸附剂失效。分子筛不易被液态水损坏,而硅胶等吸附剂遇水则容易破脆。按不同的分子结晶构造和不同的互换金属离子,分子筛微孔孔径的大小也各异。如钾型分子筛的有效孔径为0.30.33m，称为3A型分子筛；钠A型分子筛的有效孔径为0420.47m,称为A型分子筛。天然气脱水多用4A型分子筛。当气体通过度子筛床层时，气体中的水蒸气分子随气流进入分子筛内部的孔道。由于水分子属于强极性分子,因此被吸附在孔道上不再随气体流动;而甲烷等烃类气体属于非极性分子,会顺利通过,气体从而得到干燥。随着吸附塔内的分子筛吸附的水分增长,分子筛
8、对水分子的吸附能力也逐渐下降,当达到一定值时，吸附塔出口的气体中的水分子就会超过规定值,阐明该塔内的分子筛已吸附饱和。此时,必须对该吸附塔内的分子筛进行再生。再生流程就是将分子筛微孔内吸附的水分子驱逐出去,使分子筛重新活化的过程。再生流程的设计对于干燥器的持续运营至关重要。作为吸附水分的分子筛填装塔体，不管选用了多大的设计余度,分子筛究竟会饱和，失去吸附水分的能力。因此，选择合理的再生流程和参数成为干燥器设计的重点。一种合理的再生流程可以做到用尽量少的消耗（电加热功率、气体耗损率）,达到有效再生的目的。吸附剂的再生措施重要有降压再生法、电热再生法、将降压与电热结合的降压电热再生法。在某些领域,
9、尚有采用降压再生法的变种真空再生法。根据再气愤流的流动方式，分为开式再生法和闭式循环再生法。开式再生法是将脱水后的气体减压后,先加热或者不加热（无热再生）,再通过吸附塔将分子筛上吸附的水分带走,再排出干燥器外。根据再气愤体的价值高下，分为回收和不回收两种。对于空气等便宜气体，一般是排出到大气中,不再回收;而对于天然气等气体,则该部分气体必须回收，一般是放回进气管路。闭式循环再生时,通过循环风机,气体被加热后反向流动(与分子筛吸附水分时的气流方向逆向流动)通过吸附塔，将吸附塔内分子筛微孔表面所吸附的水分子带走,分子筛便重新获得吸附能力。开式再生法和闭式循环再生法各有优缺陷，分别应用于不同的领域。
10、4 干燥器脱水工艺天然气干燥器采用双吸附塔(A塔和B塔）并联工作方式。当一种塔工作，即脱去气体中的水分时，另一种塔活化再生。除了电控箱设立在操作室，干燥器的其他部件均集中安装在同一橇体上,用管道、阀门、电缆等联成整体，以以便运送、安装、操作、控制。4.1 前置式干燥器脱水工艺一般地，前置式天然气干燥器最重要的长处是在压缩前将天然气中存在的水分脱除,给天然气压缩机提供较好品质的天然气，延长压缩机气阀、活塞环、填料函等运动密封件的使用寿命。另一方面,由于大多数的管输天然气在长距离集输前，通过了相称限度的净化，其中的水分含量很低,此时采用前置式干燥器，由于天然气压力较低，整个脱水系统压力级别较低，设
11、计、制造、检查、运营、维护管理都较简便,一次性投资费用少。因此,实际运营成本较低(特别是在加气母站运营的干燥器),这也是大部分的天然气加气站采用前置式干燥器的重要因素之一。闭式循环再生干燥器工艺流程见图1。运用两组阀门(A塔侧的切换阀4和B塔侧的切换阀B4)的启动或关闭组合,使天然气在从循环风机，通过加热器,到吸附塔(A塔或塔),再通过冷却器、分离器,最后又回到循环风机,形成封闭循环的气流。此循环中的天然气即是再气愤，功能是将吸附在塔内分子筛内孔壁面上的水分子带出吸附塔。假设塔工作,B塔再生，其工艺流程如下:当塔工作时，湿气体经稳压罐稳压后，通过入口过滤器和切换阀A1进入干燥器的A塔脱水干燥。
12、脱水后的干燥气体由上端出气,通过滤器后汇入压缩机进气总管。另一塔(塔)则通过阀门的启动、关闭与循环风机、冷却器、加热器等构成一种闭式循环回路。再生时,循环风机将气体送往加热器加热至一定温度,然后进入B塔吹洗吸附剂，使其获得活化再生。A塔与B塔的吸附-再生过程交替进行,自动切换,供气过程得以持续不断。由于分子筛内部的微孔壁面对水分子类的极性分子有着强烈的吸附力，再生时，水分子需要获得足够的能量，才干挣脱这种分子间的吸附力。因此再气愤在进入吸附塔前，需要被加热到一定温度，一般是0030，其目的是:将能量通过热互换传递给水分子和分子筛；通过提高再气愤的温度,以减少再气愤的相对湿度,使其获得携带水蒸气
13、分子的能力，将分子筛内解吸出来的水分子带出吸附塔,实现再生的目的。出塔后的再气愤,温度较高，携带了大量的水蒸气,在冷却器中冷却后,水蒸气凝结成液态水,通过度离器分离后排出。闭式再生循环中实现气体循环的动力来自于循环风机,它是干燥器能否实现分子筛再生的核心。目前广泛使用的是罗茨鼓风机，重要应用于鼓风压力不超过0.P的工业领域。采用罗茨鼓风机作为循环动力时,需选用带机械密封的天然气专用型,以避免润滑油进入机壳，污染分子筛。4.2后置式干燥器脱水工艺后置式天然气干燥器事实上是加压冷却脱水法和吸附分离法的串联应用。先运用压缩机在逐级的压缩-冷却过程中，将天然气中的大量水分脱出,再采用吸附分离法进行深度
14、干燥。由于天然气在压缩过程中已脱出了其原始含水量中95%以上的水分,因此，与前置干燥器相比,同等解决量的后置干燥器具有更小的体积,其电加热功率也较低。在某些特定区域,如川、渝地区油气田,天然气未进行解决,天然气中的水分含量不稳定，且气体中还具有大量的有害杂质。19年，后置式天然气干燥器应用在国内第一种采用国产设备的四川荣县天然气加气站。可见,采用后置式天然气干燥器最大的长处是,对气源天然气的品质规定不高,因而特别适合于水分含量不拟定或需要在进站前脱除硫化氢的场合。有关硫化氢的脱除,目前对于管道天然气重要是采用化学反映转化法:Fe+3HS+H20=e2S320+3H20可见在脱硫过程中，干燥的管
15、道天然气被重新加湿。此时若采用前置式脱水装置,其造价和运营费用将远高于同等解决量的后置式干燥器，因此后置式天然气干燥器成为重要的选择。后置式天然气干燥器在进行脱水前先滤除从压缩机中带出来的润滑油，因此干燥后的气体不再需要进行解决，且气体脱水限度更高，常压下水露点可以达到8。开式再生干燥器工艺流程见图2。在图2的流程中,再气愤有两个出口，根据不同状况分别采用其中一种。对于空气等低价值气体，一般是将再气愤放空解决，以减少解决成本；而对于天然气等高价值气体,则将再气愤回流到压缩机前的进气管道中,将其回收，重新压缩、干燥。回收的天然气虽然回到压缩机的进气管道进行重新压缩、干燥，但在此并不是一种简朴的循
16、环。出塔的再气愤在冷却器、分离器中将凝结水分离出系统后,变成了饱和气。在重新压缩的过程中，其中的绝大部分水分冷凝而被排出压缩机外。此外,由于再气愤的体积流量只占压缩机进气体积流量的3左右,再次进入干燥器的再气愤携带的水分只占原始含水量的0.6%9%。因此采用此措施回收的天然气,不会形成循环干燥。对后置干燥器运营成本影响最大的是再气愤。再气愤的选用可采用两种方式(见图2)：干燥后的成品气，从其她气源取气。由于再气愤需要干燥器解决量（体积流量)的%左右的气体，而天然气的压缩所耗电费大概为.元/m,因此消耗的成品气意味着运营成本的增长。对于一座日产1500m3d的原则站，按3%的耗气率计算的再气愤消耗的电费约为
