1、Southwest Petroleum University 5 Dehydration ProcessesLiquid DesiccantsSolid DesiccantsExpansion RefrigerationNew Dehydration Processes1Southwest Petroleum University 5.1 Introduction一、天然气脱水的主要原因一、天然气脱水的主要原因 The major reasons for dehydrating natural gas are:1、天然气会与其中所带的液体或水形成固体化合天然气会与其中所带的液体或水形成固体化合
2、物，造成堵塞阀门，设备甚至是整个管线。物，造成堵塞阀门，设备甚至是整个管线。Natural gas can combine with liquid or free water to form solid hydrates that can plug valves,fittings or even pipelines.2、造成腐蚀，特别是在造成腐蚀，特别是在CO2 和和H2S存在的情况下。存在的情况下。If not separated from the produced water,the natural gas is corrosive,especially when CO2and/or H2
3、S are also present.2Southwest Petroleum University 5.1 Introduction3、水会在管线中冷凝，从而造成段塞流。水会在管线中冷凝，从而造成段塞流。Water can condense in the pipeline causing slug flow and possible erosion and corrosion.4、对于长输管线，会降低管线的输气能力。减对于长输管线，会降低管线的输气能力。减少天然气的热值。少天然气的热值。Water vapor increases the volume and decreases the he
4、ating value of the gas.5、外输气必须满足气体质量标准。外输气必须满足气体质量标准。Sales gas contracts and/or pipeline specifications have a maximum water content.3Southwest Petroleum University 5.1 Introduction6、脱水能保证天然气在深冷的条件下装置能正常脱水能保证天然气在深冷的条件下装置能正常运行。运行。Dehydrating allows operation of cryogenic and refrigerated absorption p
5、lants without freeze-ups.因此必须把大部分水脱除因此必须把大部分水脱除。4Southwest Petroleum University 5.1 Introduction5Southwest Petroleum University 5.1 Introduction6Southwest Petroleum University 5.1 Introduction7Southwest Petroleum University 5.1 Introduction8Southwest Petroleum University 5.1 Introduction9Southwest P
6、etroleum University 5.1 Introduction10Southwest Petroleum University 5.1 Introduction11Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants天然气工业应用的最早的脱水方法之一，这也是目前天然气工业应用的最早的脱水方法之一，这也是目前天然气工业中应用最普遍的方法。天然气工业中应用最普遍的方法。一、溶剂类型一、溶剂类型天然气脱水常用的溶剂是天然气脱水常用的溶剂是甘醇类物质甘醇类物质。如二甘醇如二甘醇(DEG)、三甘醇、三甘醇(TEG)和四甘醇和四甘醇(TREG)
7、OCH2CH2OHCH2CH2OHCH2OCH2CH2OHCH2OCH2CH2OHC2H4OC2H4OHOC2H4OC2H4OHDEGTEGTREG12Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants1、甘醇溶液特性、甘醇溶液特性分子中存在羟基和醚团，能与水中的分子中存在羟基和醚团，能与水中的H形成氢键。形成氢键。2、应用情况、应用情况TEG溶液使用最广。优点：热稳定性好、易于再生、溶液使用最广。优点：热稳定性好、易于再生、吸湿性高、蒸气压低、损失量小、运行可靠、露点降大、吸湿性高、蒸气压低、损失量小、运行可靠、露点降大、浓溶液不会固化等
8、优点。浓溶液不会固化等优点。在美国，在溶剂吸收法装置中，三甘醇溶液占在美国，在溶剂吸收法装置中，三甘醇溶液占85。在我国，因考虑各类甘醇产量及价格等因素，二甘醇在我国，因考虑各类甘醇产量及价格等因素，二甘醇和三甘醇均有采用。和三甘醇均有采用。13Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants14Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants二、二、TEG脱水工艺流程脱水工艺流程1、基本原理、基本原理利用气体吸收、解吸原理。利用气体吸收、解吸原理。2、TEG脱水系统的构成脱水系统的
9、构成吸收系统：吸收系统：吸收天然气中的水分，让水分进入溶液。吸收天然气中的水分，让水分进入溶液。再生系统：再生系统：包括闪蒸罐、汽提塔、贫包括闪蒸罐、汽提塔、贫/富液换热器等。富液换热器等。对对TEG溶液进行再生，除去溶液中的水分溶液进行再生，除去溶液中的水分3、TEG法原则工艺流程法原则工艺流程TEG脱水原则工艺流程如下图。脱水原则工艺流程如下图。15Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants16Southwest Petroleum University 17Southwest Petroleum University 5.2
10、Liquid Desiccants4、主要设备作用、主要设备作用(1)原料气分离器原料气分离器作用：作用：分离原料气夹带的固体或液滴。如砂子、管线分离原料气夹带的固体或液滴。如砂子、管线腐蚀产物、液烃以及井下作业用的化学药剂等。腐蚀产物、液烃以及井下作业用的化学药剂等。思考：这些杂质对三甘醇脱水的影响有哪些？思考：这些杂质对三甘醇脱水的影响有哪些？类型：类型：卧式或立式分离器，内装金属网除沫器。卧式或立式分离器，内装金属网除沫器。若原料气夹带有很多细小的固体粒子或液滴，可采用若原料气夹带有很多细小的固体粒子或液滴，可采用过滤式分离器或水洗式旋风分离器。过滤式分离器或水洗式旋风分离器。分离器是保
11、证分离器是保证TEG溶液清洁操作的重要设备。溶液清洁操作的重要设备。18Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants(2)吸收塔吸收塔作用：作用：气液传质场所，使气相中的水分转入气液传质场所，使气相中的水分转入TEG中。中。类型：类型：填料塔或者板式塔，塔顶设置除沫器。填料塔或者板式塔，塔顶设置除沫器。思考：除沫器的功能是什么？思考：除沫器的功能是什么？小塔径多采用填料塔，海上平台多采用填料塔。小塔径多采用填料塔，海上平台多采用填料塔。大直径多采用板式塔，因大直径多采用板式塔，因TEG溶液循环量小，为有利溶液循环量小，为有利气液传质，
12、塔板一般用泡罩塔板，处理量大时用浮阀塔。气液传质，塔板一般用泡罩塔板，处理量大时用浮阀塔。(3)闪蒸罐闪蒸罐作用：作用：闪蒸出溶解在富闪蒸出溶解在富TEG溶液中的烃类。溶液中的烃类。19Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants思考：为什么要闪蒸富思考：为什么要闪蒸富TEG溶液中的烃类？溶液中的烃类？参数：参数：操作压力为操作压力为0.350.53MPa，溶液的停留时间，溶液的停留时间为为520min，重烃含量少的天然气，停留，重烃含量少的天然气，停留10min。(4)过滤器过滤器作用：作用：除去除去TEG溶液中的固体粒子和溶解性杂
13、质。溶液中的固体粒子和溶解性杂质。溶液中固体含量应低于溶液中固体含量应低于0.01(质量分数质量分数)，以防止磨损，以防止磨损泵、堵塞换热设备、污染塔盘或填料、导致溶液发泡。泵、堵塞换热设备、污染塔盘或填料、导致溶液发泡。类型：类型：固体过滤器、活性炭过滤器。固体过滤器、活性炭过滤器。位置：位置：设置在闪蒸罐的后面。设置在闪蒸罐的后面。20Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants思考：过滤器为什么要设在闪蒸罐后面？思考：过滤器为什么要设在闪蒸罐后面？活性炭过滤器可除去溶解性杂质，如高沸点的烃类、活性炭过滤器可除去溶解性杂质，如高沸
14、点的烃类、表面活性剂、压缩机润滑油以及表面活性剂、压缩机润滑油以及TEG降解产物等。降解产物等。(5)再生塔和重沸器再生塔和重沸器作用：作用：提浓富提浓富TEG溶液，蒸馏富溶液，蒸馏富TEG溶液中的水分。溶液中的水分。类型：类型：再生塔的精馏柱一般填充再生塔的精馏柱一般填充1.22.4m填料。填料。相当于相当于23块理论塔板，其中块理论塔板，其中1块为重沸器。块为重沸器。重沸器一般采用釜式，采用火管加热，在有条件的场重沸器一般采用釜式，采用火管加热，在有条件的场合也可以用蒸汽加热。合也可以用蒸汽加热。21Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Des
15、iccants22Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants(6)贫富液换热器贫富液换热器作用：作用：控制进闪蒸罐和过滤器的富液温度，并回收贫控制进闪蒸罐和过滤器的富液温度，并回收贫液的热量。液的热量。一般让富液升温至一般让富液升温至148左右进再生塔，以减轻重沸器左右进再生塔，以减轻重沸器的热负荷。的热负荷。类型：类型：管壳式换热器。管壳式换热器。也可在贫液缓冲罐中设置换热盘管来代替。也可在贫液缓冲罐中设置换热盘管来代替。(7)缓冲罐缓冲罐作用：作用：贮存液体。贮存液体。23Southwest Petroleum Universi
16、ty 5.2 Liquid Desiccants5、其它的、其它的TEG脱水工艺流程脱水工艺流程TEG脱水的各种工艺流程，吸收部分大致相同，脱水的各种工艺流程，吸收部分大致相同，再生部分有所不同，目的是提高再生部分有所不同，目的是提高TEG的浓度。的浓度。(1)常压加热再生常压加热再生(2)减压再生减压再生24Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants(3)气体汽提再生气体汽提再生将将TEG溶液与热的汽溶液与热的汽提气接触，降低水蒸气的提气接触，降低水蒸气的分压。分压。可以提浓到可以提浓到99.95%，露点降露点降7585。25So
17、uthwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants(4)共沸再生共沸再生再生时加入共沸剂，再生时加入共沸剂，与水形成低沸点共沸物，与水形成低沸点共沸物，可提浓到可提浓到99.95%，露点，露点降降7585。优点：优点：共沸剂在系统共沸剂在系统中循环，无大气污染。中循环，无大气污染。缺点：缺点：增加设备和汽增加设备和汽化共沸剂的能耗。化共沸剂的能耗。26Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants三、影响三、影响TEG脱水的主要因素脱水的主要因素影响影响TEG脱水效果的主要因素是系统的操
18、作条件。脱水效果的主要因素是系统的操作条件。1、进料气温度和压力、进料气温度和压力进料气温度不宜低于进料气温度不宜低于15；一般说来，三甘醇装置的入口气体温度为一般说来，三甘醇装置的入口气体温度为2643；若进料气压力低于三甘醇脱水最低操作压力若进料气压力低于三甘醇脱水最低操作压力（0.40MPa），应先将低压气体增压后再脱水。），应先将低压气体增压后再脱水。27Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants2、吸收塔操作温度与压力、吸收塔操作温度与压力因因TEG在塔内流量小，在气液接触后很快在塔内流量小，在气液接触后很快(经第经第1层
19、塔层塔板板)就接近气体的温度。有效吸收温度进塔气体温度。就接近气体的温度。有效吸收温度进塔气体温度。气体入塔温度气体入塔温度 ，含水量，含水量 ，为达到指定露点，为达到指定露点，TEG循环量循环量 ，或要，或要 TEG的浓度，再生热负荷的浓度，再生热负荷 。而且入塔气体温度还会影响塔内气体流速、三甘醇的而且入塔气体温度还会影响塔内气体流速、三甘醇的损失，损失，入塔气温不宜入塔气温不宜48。若入塔温度若入塔温度 ，TEG粘度就粘度就 ，导致溶液发泡，塔板，导致溶液发泡，塔板效率效率 ，雾沫夹带，雾沫夹带 ，损失量，损失量 。入塔气温不宜入塔气温不宜15。28Southwest Petroleum
20、 University 5.2 Liquid Desiccants29Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants3、贫甘醇入塔温度、贫甘醇入塔温度贫甘醇入塔温度降低，可减少甘醇循环率，若吸收贫甘醇入塔温度降低，可减少甘醇循环率，若吸收塔的温度，会导致烃类在塔内冷凝而引发甘醇溶液发泡。塔的温度，会导致烃类在塔内冷凝而引发甘醇溶液发泡。贫甘醇入塔温度太高，会使甘醇损失到干气中，一般贫甘醇入塔温度太高，会使甘醇损失到干气中，一般要求要求贫甘醇入塔温度比出塔干气温度高贫甘醇入塔温度比出塔干气温度高10。4、贫甘醇进塔浓度、贫甘醇进塔浓度在甘
21、醇循环率确定情况下，贫甘醇浓度越高，露点降在甘醇循环率确定情况下，贫甘醇浓度越高，露点降就越大。就越大。一般要求贫甘醇浓度在一般要求贫甘醇浓度在98%99%(质质)之间。之间。30Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants31Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants5、甘醇循环率、甘醇循环率根据投和操作费用的实践证明：甘醇根据投和操作费用的实践证明：甘醇循环率循环率一般为一般为2560L/kg水。水。右图说明一味增右图说明一味增加加TEG循环量也不能循环量也不能提高露点
22、降。提高露点降。反而增加再生时反而增加再生时重沸器的负荷。重沸器的负荷。32Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants6、重沸器温度、重沸器温度重沸器的温度可控制水在贫甘醇中的浓度。重沸器的温度可控制水在贫甘醇中的浓度。温度越高，贫甘醇浓度越大，但不能超过温度越高，贫甘醇浓度越大，但不能超过204，否则，否则甘醇的分解速率明显加大。甘醇的分解速率明显加大。一般把重沸器温度限制在一般把重沸器温度限制在188199，甘醇浓度可保，甘醇浓度可保持在持在98.2%98.5%。若需较高浓度时，可采用汽提再生、。若需较高浓度时，可采用汽提再生、
23、减压再生或共沸再生。减压再生或共沸再生。7、重沸器压力、重沸器压力重沸器压力高于大气压时，会明显降低贫甘醇浓度。重沸器压力高于大气压时，会明显降低贫甘醇浓度。33Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants在低于大气压时，能够得到较高的贫甘醇浓度。在低于大气压时，能够得到较高的贫甘醇浓度。但若使重沸器在真空状态下工作，会增加装置的复杂但若使重沸器在真空状态下工作，会增加装置的复杂性，因此一般是在常压下操作。性，因此一般是在常压下操作。8、汽提气、汽提气若汽提气直接进入重沸器，贫若汽提气直接进入重沸器，贫甘醇浓度可达甘醇浓度可达99.6
24、%；若采用贫液汽提柱，汽提气从若采用贫液汽提柱，汽提气从汽提柱下方通入，不仅可减少汽提汽提柱下方通入，不仅可减少汽提气量，且贫甘醇浓度可达气量，且贫甘醇浓度可达99.9%。34Southwest Petroleum University 35Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants9、汽提塔温度、汽提塔温度汽提塔蒸馏柱顶温度过高，甘醇会因过度蒸发，损失汽提塔蒸馏柱顶温度过高，甘醇会因过度蒸发，损失增加。柱顶温度一般控制在增加。柱顶温度一般控制在99。若温度太低，会有更多的水冷凝，增加重沸器的热负若温度太低，会有更多的水冷凝，增加重
25、沸器的热负荷，同时会在柱内产生液泛，一般不低于荷，同时会在柱内产生液泛，一般不低于93。若采用汽提法再生，柱顶温度可降至若采用汽提法再生，柱顶温度可降至88。四、四、TEG法脱水工艺计算法脱水工艺计算TEG脱水是基于吸收原理，首先要确定以下数据：脱水是基于吸收原理，首先要确定以下数据：36Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants原料气数据：天然气组成、温度、压力、流量；原料气数据：天然气组成、温度、压力、流量；吸收条件：吸收温度、压力；吸收条件：吸收温度、压力；脱水要求：干气露点降，或干气露点脱水要求：干气露点降，或干气露点(含水
26、量含水量)；选择设计数据：选择设计数据：A、根据脱水量选定甘醇循环量和吸收塔板数；、根据脱水量选定甘醇循环量和吸收塔板数；B、根据露点降，选定所需要的贫甘醇进吸收塔的最、根据露点降，选定所需要的贫甘醇进吸收塔的最低浓度。低浓度。然后，进行物料与热量衡算以及设备尺寸计算。然后，进行物料与热量衡算以及设备尺寸计算。37Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants1、吸收塔、吸收塔采用多组分吸收中的平均吸收因子法。采用多组分吸收中的平均吸收因子法。1110NNinoutinAAAWWWW000 xWW061025.1WKVKLA/NNp式中
27、：式中：N理论塔板数；理论塔板数；Np实际塔板；实际塔板；板效率；板效率；水的活度系数；水的活度系数；W0饱和含水量。饱和含水量。38Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants对填料塔，其高度对填料塔，其高度HNpHETP(1)露点降露点降t和脱水量和脱水量 t原料气入口温度出塔干气露点原料气入口温度出塔干气露点根据进出塔天然气含水量计算脱水量：根据进出塔天然气含水量计算脱水量：24)(qWWqoutinw式中：式中：qw吸收塔的脱水量，吸收塔的脱水量，kg/hr；Win、Wout进出口天然含量，进出口天然含量，kg/103m3；q
28、进料气流量，进料气流量，103m3/d。39Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants(2)进塔贫甘醇浓度进塔贫甘醇浓度根据天然气入口温度和干气露点确定。根据天然气入口温度和干气露点确定。此图表示此图表示平衡露平衡露点点 te，天然气与贫甘，天然气与贫甘醇接触一般难以达到醇接触一般难以达到平衡露点。平衡露点。因此出塔干气露因此出塔干气露点点tr平衡露点：平衡露点：tetr(5.58.3)40Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants(3)甘醇循环量甘醇循环量新出版的新出版
29、的GPSA第第11版中给出了循环量的关系图：版中给出了循环量的关系图：N=2N=2.541Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants(4)塔径计算塔径计算根据吸收塔允许的空塔气速计算：根据吸收塔允许的空塔气速计算：5.0max/)(ggLCu)/(4maxuVDGC允许空塔气速可由下式确定：允许空塔气速可由下式确定：板间距，板间距，mmK值值4500.03665600.04576000.048842Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants2、闪蒸罐、闪蒸罐根据液体的停留
30、时间来确定。溶液一般在罐内停留时根据液体的停留时间来确定。溶液一般在罐内停留时间为间为520min，重烃含量少的天然气，停留，重烃含量少的天然气，停留10min。60/tqVLwGLqLq 式中：式中：V要求的沉降容积，要求的沉降容积，m3；qL甘醇循环量，甘醇循环量，m3/h；LG甘醇循环率，甘醇循环率，m3/kg水；水；qw脱水量，脱水量，kg/h；t停留时间，停留时间，min。43Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants3、再生塔、再生塔富甘醇再生实质是甘醇和水混合物的蒸馏过程。它们富甘醇再生实质是甘醇和水混合物的蒸馏过程。
31、它们沸点相差大，又不形成共沸物，容易分离。沸点相差大，又不形成共沸物，容易分离。理论塔板数一般取理论塔板数一般取23块，其中在一个理论板可为重块，其中在一个理论板可为重沸器。沸器。再生塔直径再生塔直径D需由底部的气、液负荷来确定，也可由需由底部的气、液负荷来确定，也可由下述经验式确定：下述经验式确定：LqD7.247汽提柱内填料高度一般取汽提柱内填料高度一般取1.21.6m。44Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants4、重沸器热负荷、重沸器热负荷甘醇温升的显热，甘醇温升的显热，mCpt；脱除水分的汽化热；脱除水分的汽化热；作为回
32、流的负荷作为回流的负荷(一般取水分汽化热的一般取水分汽化热的25%)；热损失，一般按总负荷的热损失，一般按总负荷的10%计入。计入。重沸器热负荷也可根据下式快速估算：重沸器热负荷也可根据下式快速估算：kW 106.16gLQ5、汽提气的用量、汽提气的用量汽提气用量由下图确定。汽提气用量由下图确定。45Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants46Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants五、五、TEG法脱水操作注意事项法脱水操作注意事项1、保持甘醇洁净、保持甘醇洁净防止或
33、减缓甘醇损失过大和设备腐蚀的关键是保持甘防止或减缓甘醇损失过大和设备腐蚀的关键是保持甘醇洁净。醇洁净。(1)氧气串入系统氧气串入系统含有氧气时会使甘醇氧化变质，生成腐蚀性有机酸。含有氧气时会使甘醇氧化变质，生成腐蚀性有机酸。甘醇储罐没有采用惰性气体密封、注醇泵泄漏以及进甘醇储罐没有采用惰性气体密封、注醇泵泄漏以及进料气中可能含氧都会使氧气进入系统。料气中可能含氧都会使氧气进入系统。47Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desiccants因此，甘醉储罐的上部空间应该采用微正压的干气或因此，甘醉储罐的上部空间应该采用微正压的干气或氮气密封；防止甘
34、醇泵出现泄漏。氮气密封；防止甘醇泵出现泄漏。必要时，可向脱水系统中注入抗氧化剂必要时，可向脱水系统中注入抗氧化剂(如乙醇胺如乙醇胺)。(2)降解降解富甘醇再生时如果温度过高会降解富甘醇再生时如果温度过高会降解(热降解热降解)变质。变质。采用三甘醇脱水，再沸器温度应低于采用三甘醇脱水，再沸器温度应低于204，火管传，火管传热表面的热流密度则应小于热表面的热流密度则应小于25kw/m2。定期对火管传热表面上的油污和盐类沉积进行检查并定期对火管传热表面上的油污和盐类沉积进行检查并及时清扫。及时清扫。48Southwest Petroleum University 5.2 Liquid Desicca
35、nts(3)PH值降低值降低若天然气中含有若天然气中含有H2S或或CO2时，应先时，应先脱硫，后脱水脱硫，后脱水。装置在运行过程中，装置在运行过程中，PH值会不断下降。值会不断下降。甘醇溶液的甘醇溶液的PH应控制在应控制在7.07.5，不能高于，不能高于88.5，否则溶液会发泡，产生黑色沉淀。否则溶液会发泡，产生黑色沉淀。(4)盐污染盐污染盐沉积在重沸器火管表面会产生热斑，使火管烧穿。盐沉积在重沸器火管表面会产生热斑，使火管烧穿。当甘醇中盐含量大于当甘醇中盐含量大于0.0025%(W)时，就应将甘醇排放时，就应将甘醇排放掉，并对装置进行清扫。掉，并对装置进行清扫。49Southwest Pet
36、roleum University 5.2 Liquid Desiccants(5)液烃液烃原料气可携带液烃进入甘醇溶液。原料气可携带液烃进入甘醇溶液。若贫甘醇进塔温度比出塔干气低，会使气体中重烃冷若贫甘醇进塔温度比出塔干气低，会使气体中重烃冷凝析出的。凝析出的。甘醇溶液会吸收少部分烃类。甘醇溶液会吸收少部分烃类。(6)起泡起泡物理原因：吸收塔内气体流速过高。物理原因：吸收塔内气体流速过高。化学原因：被固体余质、盐分、缓蚀剂和液烃污染。化学原因：被固体余质、盐分、缓蚀剂和液烃污染。必要时可注入消泡剂防止甘醇溶液起泡。必要时可注入消泡剂防止甘醇溶液起泡。50Southwest Petroleum
37、 University 5.2 Liquid Desiccants2、再生塔、再生塔再生塔塔顶有大量气体放空，可能会携带甘醇蒸汽。再生塔塔顶有大量气体放空，可能会携带甘醇蒸汽。因此，对汽提再生装置要保证甘醇损失最小。因此，对汽提再生装置要保证甘醇损失最小。3、吸收塔、吸收塔塔内元件要保证气塔内元件要保证气-液充分接触，塔板必须清洁，避免液充分接触，塔板必须清洁，避免溶液发泡。溶液发泡。51Southwest Petroleum University 5.3 Solid Desiccants一、基本概念一、基本概念吸附：吸附：指气体或液体与多孔固体表面接触，气体或液指气体或液体与多孔固体表面接触
38、，气体或液体与固体表面分子之间相互作用而停留在表面上的现象。体与固体表面分子之间相互作用而停留在表面上的现象。吸附质：吸附质：被吸附的气体或液体。被吸附的气体或液体。吸附剂：吸附剂：吸附气体或液体的固体吸附气体或液体的固体(当吸附质是水蒸气当吸附质是水蒸气或水时，吸附剂又称为干燥剂或水时，吸附剂又称为干燥剂)。湿容量：湿容量：单位质量吸附剂吸附水分能力的大小，单位质量吸附剂吸附水分能力的大小，kg吸吸附质附质/100kg吸附剂。吸附剂。52Southwest Petroleum University 5.3 Solid Desiccants气体或液体与固体表面之间的作用力不同，分为：气体或液体
39、与固体表面之间的作用力不同，分为：1、物理吸附、物理吸附(physical adsorption)(1)作用力作用力依靠吸附质分子与吸附剂表面之间的范德华力。依靠吸附质分子与吸附剂表面之间的范德华力。(2)过程特点过程特点无化学反应发生，吸附速度很快；无化学反应发生，吸附速度很快；二、吸附分类二、吸附分类53Southwest Petroleum University 5.3 Solid Desiccants吸附与脱附是可逆过程；吸附与脱附是可逆过程；当压力降低或温度升高时，被吸附的气体可以很容易地当压力降低或温度升高时，被吸附的气体可以很容易地从固体表面脱附。从固体表面脱附。不改变气体原来性
40、质。不改变气体原来性质。54Southwest Petroleum University 5.3 Solid Desiccants2、化学吸收、化学吸收(chemisorption)(1)作用力作用力吸附质与吸附剂表面的未饱和化学键力作用的结果。吸附质与吸附剂表面的未饱和化学键力作用的结果。(2)过程特点过程特点因有化学键的作用，吸附热效应很大；因有化学键的作用，吸附热效应很大；具有选择性，吸附速度较慢；具有选择性，吸附速度较慢；吸附过程往往是不可逆的；吸附过程往往是不可逆的；脱附出来的气体性质往往要发生变化。脱附出来的气体性质往往要发生变化。55Southwest Petroleum Uni
41、versity 5.3 Solid Desiccants由于物理吸附过程是可逆的，由于物理吸附过程是可逆的，天然气的固体吸附脱水天然气的固体吸附脱水剂过程多采用物理吸附剂过程多采用物理吸附。三、天然气工业常用吸附剂三、天然气工业常用吸附剂1、固体吸附剂应具有的特性、固体吸附剂应具有的特性具有多孔性，且比表面积大具有多孔性，且比表面积大比表面积比表面积 ，其吸附容量，其吸附容量(或湿容量或湿容量)。天然气脱水。天然气脱水用吸附剂的比表面积一般在用吸附剂的比表面积一般在500800m2/g。具有选择性具有选择性对天然气中的不同组分具有选择性吸附作用。对天然气中的不同组分具有选择性吸附作用。56So
42、uthwest Petroleum University 5.3 Solid Desiccants高传质速率高传质速率要求吸附速度快，在瞬间即可达到平衡。要求吸附速度快，在瞬间即可达到平衡。再生方便，寿命长再生方便，寿命长能简便而经济地再生，且在使用过程中能保持较高的能简便而经济地再生，且在使用过程中能保持较高的吸附容量，使用寿命长。吸附容量，使用寿命长。颗粒大小均匀、强度高颗粒大小均匀、强度高颗粒大小适度而且均匀，具有高机械强度以防止破碎颗粒大小适度而且均匀，具有高机械强度以防止破碎和产生粉尘。和产生粉尘。具有良好的化学稳定性、热稳定性，价格便宜等。具有良好的化学稳定性、热稳定性，价格便宜等
43、。57Southwest Petroleum University 5.3 Solid Desiccants2、气体脱水常用吸附剂、气体脱水常用吸附剂(1)硅胶硅胶(silica gel)分子式：分子式：mSiO2nH2O。天然气脱。天然气脱水多用细孔硅胶。水多用细孔硅胶。平均孔径平均孔径24nm，比表面积约，比表面积约500700m2/g。(2)活性氧化铝活性氧化铝(activated aluminium oxide)天然铝土天然铝土(活性成分活性成分Al2O33H2O)，经过加热活化，脱，经过加热活化，脱除吸附的一部分水后得到的多孔、高吸附容量的物质。除吸附的一部分水后得到的多孔、高吸附容
44、量的物质。58Southwest Petroleum University 5.3 Solid Desiccants主要成分为主要成分为Al2O3，细孔平均孔，细孔平均孔径约径约7.2nm，比表面积，比表面积300m2/g。(3)活性铝土矿活性铝土矿将铝钒土矿在加热情况下驱水制将铝钒土矿在加热情况下驱水制得的坚硬红棕色固体颗粒。得的坚硬红棕色固体颗粒。组成：组成：Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2、CaO、MgO。(4)分子筛分子筛(molecular sieve)化学式：化学式：Mex/n(AlO2)x(SiO2)ymH2O，气体脱水常用，气体脱水常用4A分子筛，孔径约分子筛，孔径约
45、0.48nm，比表面积，比表面积8001000m2/g。59Southwest Petroleum University 5.3 Solid Desiccants4A分子筛基本组成为硅铝分子筛基本组成为硅铝酸钠，孔径为酸钠，孔径为0.4nm(4)。分子筛的特点：吸附选择分子筛的特点：吸附选择性强、高效湿容量、使用寿命性强、高效湿容量、使用寿命长、不易被液态水破坏。长、不易被液态水破坏。天然气吸附脱水常用的吸天然气吸附脱水常用的吸附剂是分子筛附剂是分子筛。60Southwest Petroleum University 5.3 Solid Desiccants四、吸附脱水工艺流程四、吸附脱水工艺
46、流程吸附脱水工艺流程由脱水吸附脱水工艺流程由脱水(吸附吸附)与再生两部分组成。与再生两部分组成。61Southwest Petroleum University 5.3 Solid Desiccants62Southwest Petroleum University 5.3 Solid Desiccants63Southwest Petroleum University 5.3 Solid Desiccants五、影响吸附脱水效率的因素五、影响吸附脱水效率的因素1、分子筛的粉化与结块、分子筛的粉化与结块(1)分子筛形状分子筛形状条状与球状分子筛相比，条状分子筛更容易因相对位条状与球状分子筛相比
47、，条状分子筛更容易因相对位移而产生较大的剪切力，造成分子筛磨损。移而产生较大的剪切力，造成分子筛磨损。(2)流动状况的影响流动状况的影响流速高会使颗粒间发生剧烈的相互碰撞，降低机械强流速高会使颗粒间发生剧烈的相互碰撞，降低机械强度，严重的会造成度，严重的会造成粉化。粉化。64Southwest Petroleum University 5.3 Solid Desiccants压力突变：压力突变：在生产中，造成流速过高的原因往往是吸在生产中，造成流速过高的原因往往是吸附塔切换太快，造成分子筛床层受压突变。附塔切换太快，造成分子筛床层受压突变。升降压速度过快：升降压速度过快：若吸附塔切换时升降压速
48、度过快，若吸附塔切换时升降压速度过快，会引起颗粒间的剧烈碰撞，造成分子筛粉碎。会引起颗粒间的剧烈碰撞，造成分子筛粉碎。气流冲刷：气流冲刷：运转过程中，频繁的升降压操作将使分子运转过程中，频繁的升降压操作将使分子筛受到气流的反复冲刷，磨耗严重，产生大量的粉尘。筛受到气流的反复冲刷，磨耗严重，产生大量的粉尘。气流分布不均：气流分布不均：进气或分子筛装填不均，形成偏流、进气或分子筛装填不均，形成偏流、沟流也会加剧分子筛颗粒间的相互摩擦，导致粉化。沟流也会加剧分子筛颗粒间的相互摩擦，导致粉化。65Southwest Petroleum University 5.3 Solid Desiccants(3
49、)温度和液态水的影响温度和液态水的影响再生温度过高，使烃类在分子筛孔道内部结焦，使分再生温度过高，使烃类在分子筛孔道内部结焦，使分子筛结块，失去活性。再生一般为子筛结块，失去活性。再生一般为232315。分子筛再生时温度变化太快，剧烈的热胀冷缩也会导分子筛再生时温度变化太快，剧烈的热胀冷缩也会导致分子筛破碎。致分子筛破碎。分子筛吸附水分是一个放热过程。若原料气中含有液分子筛吸附水分是一个放热过程。若原料气中含有液态水直接与之接触，会放出大量的热量，导致温度迅速上态水直接与之接触，会放出大量的热量，导致温度迅速上升，破坏分子筛的性能。升，破坏分子筛的性能。分子筛减压时，分子筛减压时，因因节流效应
50、，温度会大大降低。节流效应，温度会大大降低。66Southwest Petroleum University 5.3 Solid Desiccants若若存在液态水，将被冷却结冰存在液态水，将被冷却结冰，因，因体积膨胀，会使分体积膨胀，会使分子筛胀裂粉化，缩短分子筛的使用寿命。子筛胀裂粉化，缩短分子筛的使用寿命。(4)油的影响油的影响油类物质是分子筛的忌讳，油类物质能附在分子筛的油类物质是分子筛的忌讳，油类物质能附在分子筛的表面，堵塞分子筛孔穴。表面，堵塞分子筛孔穴。特别是再生时，高温有可能使油碳化，造成孔穴的堵特别是再生时，高温有可能使油碳化，造成孔穴的堵塞，严重时会造成分子筛结块。塞，严重
