天然氣脫水裝置

分子篩脫水工藝流程

根據用戶提供的工藝流程，本方案擬采用兩塔脫水流程，其中一塔吸附脫水操作，另一塔進行吸附劑的再生和冷卻，然后切換操作。8小時一周期，導熱油加熱，采用干氣再生及冷吹的方式。

表2 兩塔方案（常規）時間分配表

由表2可以看出，分子篩兩塔脫水裝置運行時，始終保持一塔處于吸附狀態，另一塔處于再生狀態。因此，加熱爐操作不連續，點火、停爐頻繁，不利于裝置的長周期正常、平穩運行，且會造成一定的熱損失。但兩塔流程簡單，其吸附時間增長，能耗大大降低。兩塔流程較三塔流程減少1座吸附塔，大大節約了設備采購費用。由于設備數量的減少，操作維護費用也將大大降低。同時，由于減少了設備、工藝管線的數量，實際上也相應削減了管線、設備穿孔泄露的風險，提高了安全可靠性。且吸附、再生、冷卻過程為密閉過程，對環境污染少。

兩塔流程由裝填有分子篩的兩個塔組成,假設塔2在進行干燥,塔1在進行再生。在再生期間,所有被吸附的物質通過加熱而被脫吸,為該塔的下一個吸附周期作準備。濕原料氣一般經原料氣過濾分離器,除去攜帶的液滴后自上而下地進入分子篩脫水塔(塔2),進行脫水吸附過程。脫除水后的干氣一般經產品氣粉塵過濾器除去分子篩粉塵后,作為本裝置產品氣輸送出去。

   且選用兩塔流程仍有擴建空間。若以后天然氣處理量逐步增大，可能導致分子篩床層內氣體流速增大，部分分子篩被擊碎，并被原料氣攜帶進入粉塵過濾器，造成粉塵過濾器濾網堵塞，裝置運行不平穩。則可對分子篩脫水工藝流程進行改造，在原兩塔的基礎上增加一臺同規格的分子篩干燥塔，將“兩塔流程”改為“三塔流程”，同時增加配套的自控系統，以完成擴建。

因此，本設計中采取分子篩兩塔吸附脫水流程。

子篩脫水工藝流程介紹

一臺干燥器在脫水時原料氣上進下出，以減少氣流對床層的擾動，另一臺干燥器在再生時再生氣下進上出，這樣既可以脫除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。又可以確保與濕原料氣接觸的下部床層得到充分再生，而下部床層的再生效果直接影響流出床層干氣的露點。然后，兩臺干燥器切換操作。如果采用濕氣(例如原料氣)再生與冷卻，為保證分子篩床層下部再生效果，再生氣與冷卻氣應上進下出。

    在脫水時，干燥器床層不斷吸附氣體中的水分直至最后整個床層達到飽和，此時就不能再對濕原料氣進行脫水。因此，必須在干燥器床層未達到飽和之前就進行切換，即將濕原料氣改進入另一個已經再生好的干燥器床層，而剛完成脫水操作的干燥器床層則改用再生氣進行再生。

    干燥器再生氣可以是濕原料氣，也可以是脫水后的高壓干氣或外來的低壓干氣(例如NGL回收裝置中的脫甲烷塔塔頂氣)。為使干燥劑再生更*，保證干氣有較低露點，一般應采用干氣作再生用氣。再生氣量約為原料氣量的5%～10%。

    當采用高壓干氣作再生氣時，可以是加熱后直接去干燥器將床層加熱，使干燥劑上吸附的水分脫附，并將流出干燥器的氣體冷卻，使脫附出來的水蒸氣冷凝與分離。由于此時分出的氣體是濕氣，故增壓返回濕原料氣中(見圖3-17)；也可以是將再生氣先增壓(一般增壓0.28～0.35MPa)再加熱去干燥器，然后冷卻、分水并返回濕原料氣中；還可以根據干氣外輸要求(露點、壓力)，再生氣不需增壓，經加熱后去干燥器，然后冷卻、分水，靠控制進輸氣管線閥門前后的壓差使這部分濕氣與干氣一起外輸。當采用低壓干氣作再生氣時，因脫水壓力遠高于再生壓九故在干燥器切換時應控制升壓與降壓速度，一般宜小于0.3MPa/min。

床層加熱完畢后，再用冷卻氣使床層冷卻至一定溫度，然后切換轉入下一個脫水周期。由于冷卻氣是采用不加熱的干氣，故一般也是下進上出。但是，有時也可將冷卻干氣自上而下流過床層，使冷卻干氣中的少量水蒸氣被床層上部干燥劑吸附，從而最大限度降低脫水周期中出口干氣的水含量。

    2.工藝參數

    (1) 原料氣進干燥器溫度

    由圖3-16可知，吸附劑的濕容量與床層吸附溫度有關，即吸附溫度越高，吸附劑的濕容量越小。為保證吸附劑有較高的濕容量，進入床層的原料氣溫度不宜超過50℃。

    (2) 脫水周期

干燥器床層的脫水周期(吸附周期)應根據原料氣的水含量、空塔流速、床層高徑比、再生氣能耗、干燥劑壽命等進行技術經濟比較后確定。

    對于兩塔脫水流程，干燥器脫水周期一般為8～24h，通常取8～12h。如果原料氣的相對濕度小于100%，脫水周期可大于12h。脫水周期長，意味著再生次數較少，干燥劑使用壽命長，但是床層較長，投資較高。對于壓力不高、水含量較大的氣體脫水，為避免干燥器尺寸過大，脫水周期宜小于8h。

再生周期時間與脫水周期相同。在兩塔脫水流程中再生氣加熱床層時間一般是再生周期的65%。以8h再生周期為例，大致是加熱時間4.5h，冷卻時間3h，備用和切換時間0.5h。

圖3-17為NGL回收裝置中普遍采用的氣體脫水兩塔工藝流程。一臺干燥器在脫水時原料氣上進下出，以減少氣流對床層的擾動，另一臺干燥器在再生時再生氣下進上出，這樣既可以脫除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。又可以確保與濕原料氣接觸的下部床層得到充分再生，而下部床層的再生效果直接影響流出床層干氣的露點。然后，兩臺干燥器切換操作。如果采用濕氣(例如原料氣)再生與冷卻，為保證分子篩床層下部再生效果，再生氣與冷卻氣應上進下出。

    在脫水時，干燥器床層不斷吸附氣體中的水分直至最后整個床層達到飽和，此時就不能再對濕原料氣進行脫水。因此，必須在干燥器床層未達到飽和之前就進行切換，即將濕原料氣改進入另一個已經再生好的干燥器床層，而剛完成脫水操作的干燥器床層則改用再生氣進行再生。

    干燥器再生氣可以是濕原料氣，也可以是脫水后的高壓干氣或外來的低壓干氣(例如NGL回收裝置中的脫甲烷塔塔頂氣)。為使干燥劑再生更*，保證干氣有較低露點，一般應采用干氣作再生用氣。再生氣量約為原料氣量的5%～10%。

    當采用高壓干氣作再生氣時，可以是加熱后直接去干燥器將床層加熱，使干燥劑上吸附的水分脫附，并將流出干燥器的氣體冷卻，使脫附出來的水蒸氣冷凝與分離。由于此時分出的氣體是濕氣，故增壓返回濕原料氣中(見圖3-17)；也可以是將再生氣先增壓(一般增壓0.28～0.35MPa)再加熱去干燥器，然后冷卻、分水并返回濕原料氣中；還可以根據干氣外輸要求(露點、壓力)，再生氣不需增壓，經加熱后去干燥器，然后冷卻、分水，靠控制進輸氣管線閥門前后的壓差使這部分濕氣與干氣一起外輸。當采用低壓干氣作再生氣時，因脫水壓力遠高于再生壓九故在干燥器切換時應控制升壓與降壓速度，一般宜小于0.3MPa/min。

    床層加熱完畢后，再用冷卻氣使床層冷卻至一定溫度，然后切換轉入下一個脫水周期。由于冷卻氣是采用不加熱的干氣，故一般也是下進上出。但是，有時也可將冷卻干氣自上而下流過床層，使冷卻干氣中的少量水蒸氣被床層上部干燥劑吸附，從而最大限度降低脫水周期中出口干氣的水含量。

    2.工藝參數

    (1) 原料氣進干燥器溫度

    由圖3-16可知，吸附劑的濕容量與床層吸附溫度有關，即吸附溫度越高，吸附劑的濕容量越小。為保證吸附劑有較高的濕容量，進入床層的原料氣溫度不宜超過50℃。

    (2) 脫水周期

干燥器床層的脫水周期(吸附周期)應根據原料氣的水含量、空塔流速、床層高徑比、再生氣能耗、干燥劑壽命等進行技術經濟比較后確定。

    對于兩塔脫水流程，干燥器脫水周期一般為8～24h，通常取8～12h。如果原料氣的相對濕度小于100%，脫水周期可大于12h。脫水周期長，意味著再生次數較少，干燥劑使用壽命長，但是床層較長，投資較高。對于壓力不高、水含量較大的氣體脫水，為避免干燥器尺寸過大，脫水周期宜小于8h。

再生周期時間與脫水周期相同。在兩塔脫水流程中再生氣加熱床層時間一般是再生周期的65%。以8h再生周期為例，大致是加熱時間4.5h，冷卻時間3h，備用和切換時間0.5h。 

3) 再生周期的加熱與冷卻溫度

    再生時床層加熱溫度越高，再生后干燥劑的濕容量也越大，但其使用壽命也約短。床層加熱溫度與再生氣加熱后進干燥器的溫度有關，而此再生氣入口溫度應根據原料氣脫水深度、干燥劑使用壽命等因素綜合確定。不同干燥劑所要求的再生氣進口溫度范圍為：分子篩232～315℃；硅膠234～245℃；活性氧化鋁則介于二者之間，并接近分子篩的溫度范圍。

    加熱完畢后即將冷卻氣通過床層使其冷卻，一般在冷卻氣出干燥器的溫度降至50℃即可停止冷卻。冷卻溫度過高，由于床層溫度較高，干燥劑濕容量將會降低；反之，冷卻溫度過低，將會增加冷卻時間。如果是采用濕原料氣再生，冷卻溫度過低時還會使床層上部干燥劑被冷卻氣中的水蒸氣預飽和。

圖3-18為采用兩塔流程的吸附法脫水裝置8h再生周期(包括加熱和冷卻)的溫度變化曲線。曲線1表示再生氣進干燥器的溫度T_H，曲線2表示加熱和冷卻過程中離開干燥器的氣體溫度，曲線3則表示濕原料氣溫度。

再生開始時加熱后的再生氣進入干燥器加熱床層和容器，大約在116～120℃時床層中吸附的水分開始大量脫附，故此時升溫比較緩慢。設計中可假定大約在121～125℃的溫度下脫除全部水分。待水分全部脫除后，繼續加熱床層以脫除不易脫附的重烴和污物。當再生時間在4h或4h以上，離開干燥器的氣體溫度達到180～230℃時床層加熱完畢。熱再生氣溫度T_H至少應比再生加熱過程中所要求的最終離開床層的氣體出口溫度瓦高19～55℃，一般為38℃。然后，將冷卻氣通入床層進行冷卻，當床層溫度大約降至50℃時停止冷卻。

    3. 主要設備

    主要設備有干燥器、再生氣加熱器、冷卻器和水分離器以及再生氣壓縮機等?，F僅將干燥器的結構介紹如下。

    干燥器的結構:干燥器由床層支承梁和支承柵板、頂部和底部的氣體進、出口管嘴和分配器(這是因為脫水和再生分別是兩股物流從兩個方向流過干燥劑床層，故頂部和底部都是氣體進、出口)、裝料口、排料口以及取樣口、溫度計插孔等組成。

1.3 遵循的主要標準、規范

SY/T 0076-2003《天然氣脫水設計規范》

HG/T 20570.2-95《安全閥的設置和選用》

SY/T 0524-2008《導熱油加熱爐系統規范》

GB/T 8163-2008《輸送流體用無縫鋼管》

GB/T 17395-2008《無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》

GB 50251-2003《輸氣管道工程設計規范》

GB 50350-2005《油氣集輸設計規范》

GB 8770-1988《分子篩動態水吸附測定方法》

GB/T 9019-2001《壓力容器公稱直徑》

GB 150-1998《鋼制壓力容器》

SH3098-2000《石油化工塔器設計規范》

JB731-2008《鍋爐和壓力容器用鋼板》

SY/T 0515-2007《油氣分離器規范》

HGT21618-1998《絲網除沫器》

二、再生氣量3000m³

冷吹氣量2000m3

系統壓降 50~80kpa

投資估算 80萬元