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1、CNG 天然气脱水装置原理及脱水效果分析 四川正升能源技术服务有限公司技术中心 刘革 为降低汽车排放对城市环境造成的严重污染，我国近年来大力发展汽车清洁能源。随着 西气东输、西气东输二线、陕京线、忠武线、川气东输等主输气管线的贯通，CNG加气站及 加气母站在各沿线城市得到了大力的发展。CNG加气站及加气母站中最关键的设备之一就是天然气深度脱水装置。它能有效地对天 然气进行深度脱水，且脱水的性能好坏直接影响CNG加气机的加气速度和CNG汽车的行驶 性能、以及储气系统和售气系统是否产生“冰堵”现象，并对CNG汽车的储气罐有良好的保 护作用。一、脱水装置的分类1、天然气脱水装置根据吸附、再生时的温度
2、和压力状态，将吸附再生的循环过程又分为变温 吸附式（TSA）或变压吸附式（PSA）。2、CNG脱水装置按安装位置可分为：前置脱水、级间脱水、后置脱水。前置脱水安装在压 缩机前，其后的压缩机要能保证不污染气质（务必注意：前置脱水装置不是压缩机的过滤器）； 级间脱水安装在压缩机的 2、 3 级压缩缸之间，一般不推荐此种方式设备；后置脱水安装在无 油润滑压缩机或有除油能力的少油润滑压缩机之后，大多数标准站采用此种设备（务必注意： 后置脱水装置不是压缩机的过油器）。二、脱水原理变压吸附是在较高的吸附质分压力下进行吸附，在较低吸附质分压力 （甚至是真空）下进 行解析。由于其脱水深度不如变温吸附，因此CN
3、G上基本不采用。CNG 变温吸附脱水是主要利用吸附剂的物理性对原料气中饱和水进行吸附，再利用较高 温度对饱和后的吸附剂进行解析。吸附与解析采用逆向进行。目前CNG脱水装置基本上都采 用变温吸附脱水做为深度脱水装置（务必注意：深度脱水装置是脱除天然气中的饱和水，不 能有效地脱出天然气中的烃油）。吸附的动力为范德华力。由于分子间范德华力的作用，促使吸附质向吸附剂渗透。其特 点如下：1、吸附作用力小，被吸附的气体分子比较容易重返气相，较容易“解吸”。2、物理吸附的过程是可逆的，吸附和解吸的速度都很快。3、吸附过程为放热反应，其放出的“吸附热”比化学吸附少得多。4、物理吸附无选择性，任何固体都可以吸附
4、任何气体，仅在吸附量的不同。三、吸附剂在 CNG 脱水装置中，吸附剂是保证设备吸附性能的重要因素。吸附剂一般为比表面积很 大，孔隙率很高的物质。吸附剂应具有以下条件：3.1 有很强的吸附能力，比表面积大。3.2 与吸附质及其他与之相接触的介质不发生化学反应。3.3 机械强度与热强度好。3.4 易再生，不易劣化。3.5 可大量生产，价格低。吸附剂分类（CNG脱水吸附剂主要有：硅胶、活性氧化铝、分子筛）常用吸附剂物理特性吸附剂种类密度（kg/L）机械强度导热率 /(w/(m k)比热容/ J/(kg k)孔隙率（%）平均孔径 /A堆积密度硅胶0.40.7较咼0.1972100343502040活性
5、氧化铝0.70.8高0.1306104545504050分子筛0.72强度有限0.5889752454常用吸附剂吸水/脱水性能吸附剂种类吸附量静态动态硅胶305058活性氧化铝2246分子筛22815常用吸附剂的使用条件吸附剂类型吸附容量水滴稳定性热强度碱性介质酸性介质价格低分压高分压硅胶低高不稳定较差不良良低活性氧化铝低高稳定高良不良较贵分子筛高高不稳定高良不良较贵常用分子筛的性能及用途3A4A5Awx1?Xa io 血堆豳孫川血）压悴弭1度/hK無水話就附运:讨办囁 吸附姒區大讹kVkfid工颐2(J7O .2-0,55：20.0 1.5.4190球亠3R00 却“和D.2 0.T20.0
6、 20- K00.2-0.4 工2201.54190球-4 鼻7W20-800.? -0.421-5 1.5 斗190条-5M6402()-551.2 - 0.41.541907DU20-80UA 0-43*24.0 1 .54i9Q30-30“324.0 1.54E90Eg m?w 却“兀 0 3 24.0 1.5410()条亠104570 0t2-O-42K_5 1.54190球F 10 70030 - 7(1J.2- (1.4 津常.50.3iuii的克曾 0.4nm 1代 分子如L：池甘子女I算构紡嘗呀曲四嚥环欣it二正丁基 眩規更大談 子三止基泾 更大分下_用途下饱利疑 如裂解气1网
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8、水分离一回收再利用五、脱水效果分析影响CNG气质水露点达标的主要的因素有四点：1、吸附不理想1）设计时选择吸附剂不合理。当相对湿度大或水含量高时，最好先用活性氧化铝、硅胶预脱 水，再用分子筛脱水除气体中残余水蒸气，以达到深度脱水的目的。水住吸附剂上的吸附鲁温(儀谢)线2) 吸附剂质量差。吸附剂的抗压碎强度差时易粉化，再生次数寿命短；静态吸附湿容量小， 吸附性能差。3) 气体在吸附塔内流速过快或过慢。否则，流速过快，会造成分子筛在工作时发生跳动，造 成床层高度不一，气流短路；流速过慢，压降过小，通过床层的气流分布不均匀，影响吸附 效果。1200 1 :1-A1X-!-7:、:7 I-020004
9、0006000S00l2叹下从7目硅胶允弁空塔流遼豪脱附换作压力 (MTa)2.153.J4.14.5-56.26.97.63、允许空箱澆ii(m/niLn)12-K11-U10-13S-13A128-118-107-107-9分子筛吸阳睨疏裾允许空塔貶速4）接触时间过短。根据经验参见空气出口水分含量与接触时间的关系，接触时间确定为6秒 以上较为合适。1-40严：入口婕气遍度.出口空气水好舍报和接離时间的关事5）进气温度过高。由于进气温度高，一方面降低了吸附剂的吸附性能，另一方面增大了饱和 水量。水往吸附制上的吸附尊吓I.P鬼kp出线6）气质差，有油或重烃。由于天然气中有时含有H2S及C02等
10、成份，油又大多呈酸性或中 性，而分子筛的抗酸性也不太好，因而吸附性能也会降低。且当油包裹吸附剂造成吸附孔隙 堵塞，使吸附性能直线下降。重烃的存在极易出现反常凝析，因而又可能在采用冷却镜面凝 析湿度计法进行露点检测时，对检测结果进行干扰。2、再生不完全1）再生温度低。多数吸附剂厂家的资料表明，再生温度在180300C范围，综合性价比及实 际运行来看，确定再生温度为200220C较为合理。2）再生时间不够或再生不能在规定的时间内连续进行。导致反复加热，既浪费能源，又不能 达到应有的再生温度保温时间。3）再生压力过低，导致再生气量过小。由Q=cmAt可知，再生气量过小，则提供的热量太 少。4）再生压
11、力过高。压力过高，则需要汽化的温度也相应更高，既不经济也无必要。5）再生温度监测误差。3、成品气中出现液体。1）储气井内有积水。2）气体中由于温度与压力变化凝析出液烃。4、天然气露点显示不正常1）水分析仪测量方法误差。2）水分析仪测量误差。3）水分析仪耐环境条件差。4）水分析仪受气质影响。综上所述，脱水效果取决于天然气中的含水率是否符合该装置要求；取决于气中是否存 在油、烃液和液态水；取决于吸附剂吸水能力、再生次数寿命；取决于吸附剂的再生效果。六、建议1、加气站在初设时应充分考虑气质情况，选择最适合的脱水装置。2、选择无油润滑或少油润滑的压缩机，并增加除油装置。3、对后置脱水装置应考虑选择针形阀。4、后置脱水对压缩机排气温度要求高，一定要小于45C。建议关注压缩机的各级冷却器的 效果。5、做好再生温度达要求后的保温时间和冷吹时间。七、操作注意事项1、开始再生的操作程序是先通气路，后通电路，再生结束时是先关电路、后关气路。2、拆卸时，切忌带压操作。3、阀门开启速度不能过快，否则会严重影响吸附剂使用寿命。4、过滤排污尽量在关机状态下进行。5、脱水装置初次使用时必须对分子筛进行活化，才能正常吸附使用。
