试论天然气的脱水处理工艺与应用

马银蔓

摘 要：天然气所用的脱水方法包括低温分离法，吸收溶剂法和固体吸附法。根据吸附脱水原理，阐述了吸附法失水的重要原理，吸附剂的选择，整个过程的确定和方案的可行性。提出了运行模式中应注意的问题和有力的建议。因高酸天然气的工艺主要集中在脱水和后处理上，所以保持总体运行和维护状况良好，具有重要意义。

一、高酸性天然气脱水方法选择

天然气所用的脱水方法包括低温分离法，吸收溶剂法和固体吸附法。低温分离法主要是通过把迅速扩涨的天然气再制冷，收集分离液来实现的。一般是通过天然气与轻烃回收过程结合进行。这种方法适用于已做增压处理和有足够的内部自由压降的天然气。当采集的天然气压力无法满足制冷系统要求时，就需要对外部辅助冷却或外部辅助增压，此时因成本原因就不再适合采用这种方法了。根据溶剂吸收的主要原理，溶剂吸收方法使用一种先进的亲水性透明液体，该液体与天然气供应源直接接触，可以从采集的混合气体中去除水蒸气。其中由于三甘醇（TEG） 热稳定性好，且易于再生，同时携带量损失少，被广泛使用[1]。固体吸附法是使用多孔的干燥剂吸收管道气体中的水分子，以除去管道气体中的饱和水。在这两种方法中，通过固态分子筛脱水是使用最广泛的方法，该方法具有成熟可靠的技术，易于操作，设备总体积小，对环境温度、气体温度，气体压力和流量的变化也不是很敏感。

二、吸附剂的选择

分子筛、氧化铝和胶是固体吸附法中用于脱水的主要吸附剂。在相同温度环境中，分子筛的最大溫容量远高于常用吸附剂的最大温容量。活性氧化铝是具备部分水合性、多孔性、高分散度的固体材料。气体材料经干燥后露点在-60℃时，氧化铝是一种碱性物质，它可以再次与无机酸发生化学变化，因此不适合再处理微碱性天然气。硅胶是晶粒长程无序状的硅氧化物，化学名称为SiO2nH2O，干燥后硅胶露点在-60℃，硅胶的组织再生的总体温度低于活性氧化铝和分子筛的再生温度，具有很强的再生能力和吸收水分的能力，但其被液体和腐蚀抑制剂破坏时，也会严重影响对水的吸收能力[2]。

三、分子筛脱水流程的选择

分子筛脱水装置流程有两塔流程、三塔流程和四塔流程。 在两塔流程中，一塔处于脱水的模式时，另一塔同时在进行吸附剂的再生，即交替加热和除水。而在三个或更多塔的流程中，多塔切换过程不同。三塔工艺通常采用同时启动，分别运行的方式，其中一个塔在吸附的工作状态，一个塔在加热状态，一个塔除水状态。排出的气体可能是大量的脱水气，以及处于饱和状态的原料天然气，即含有内部水分的气体。可以再生的天然气通常用作燃料气，但对于高硫天然气，则不能将其用作航空燃料气。处于再生状态的塔中加热和冷却气体可以在同一方向或不同方向。不同方向的再生可以使分子筛的组织再生更加充分。被加热的再生气体通常是自下而上，冷却气体是自上而下，这样的方式干燥器附近的吸附气体也可以去除，从而确保与湿原料气稳定直接接触的下层物料层完全再生。长时间停留在塔底的分子筛，含水量很低，所以出口气体物质的露点很低，但是每个塔的入口和直接出口需要增加开关阀。在露点不太高的地方，通常采用同向再生工艺。连续加热的气体和冷却气都从下往上流动。再加热后，塔内的分子筛仍含有少量水。但是，若在很高压力下操作，气体中含水量相对较小，吸附热会被气体带走，而吸附材料层的温升一般只有1～2℃。

四、主要设备及材料的选择

1.入口过滤分离器

过滤分离器安装在干燥塔的前面，主要是要去除天然气中的杂质和液体，以防止分子筛被液体污染而阻塞。因此，分子筛脱水设备都必须配备过滤效率明显大于5μm的小颗粒杂质的提取率为99%的重力分离和过滤器分配器，用以保证分子筛脱水控制装置的过滤率为：0.3微米以上所有杂质的提取率高于99.8%。干燥机的每个主要单元都有两个干燥塔，气体大量脱水后，可以通过另一座吸附塔再生。干燥机配有1 / 8aw-500分子筛用于脱水。为了使原料气体在进口处均匀分布，并有效防止各种气体出现明显的沟水现象导致破坏分子筛，干燥塔的入口和出口都设置气流直接分配器。为减少床层中颗粒的运动，至少要用不锈钢筛网将分子筛和活性氧化铝球隔开，以防止分子筛被气流直接带走。干燥塔采用内部能量隔热方法，内壁用金属扣固定，进行再生时，它可以充分利用自身的再生热量，与外部隔热相比，可以节省大约30%的能量[3]。为了避免形成超高温腐蚀，使用内部隔热还可以避免高酸性气体与塔架内壁之间的直接接触。同时在干燥塔的底部增加了分子筛过孔，箱体设有分子筛通气孔。

2.直焰加热炉

加热炉通常用于再生气体，但是由于再加热后冷却时间4h，连续加热炉50%的时间在工作。为保证安全。当直接加热完全停止时，冷却气仍然要通过炉壁翅片管。另外，在选择内部加热炉时，可以看到美国后部加热炉的专业制造商GTS制造的空气对流内部加热炉，这与普通的直接加热炉有很大的不同。它对重复循环排气风扇做了改善，将烟气的2/3排入连续燃烧室，不仅可以防止炉温过高，而且可以使炉温分布更均匀。通过改善这个设备最高的热效率超过89%，而辐射源最多的直接加热炉的最高热效率仅为69%，显然节省了燃气。内部加热炉的形状和尺寸为J型，由两部分组成：强燃烧部分和热对流部分。在强燃烧部分，使用短焰燃烧器，以有效防止白焰直接接触翅片管。燃料气体和空气的燃烧产生的混合物是高温加热的有毒烟气和循环气体，混合物流入下游部分的翅片管，使气体被均匀加热，并让烟道气室内的温度略低于245℃，远低于天然气自燃温度538℃。在冷却降温时，将开启往复式风扇，炉顶的温度可以快速，均匀散去，从而确保不影响冷却的过程。

总结

综上所述，液化天然气在国内外得到广泛的应用。对水分损失过大的气体进行再处理是非常重要的。在实践和操作中，根据以上差异，我们可以选择科学合理的处理工艺，大幅度提高各种技术的整体水平，满足更多的技术需求。

参考文献

[1]李明星，范丽娟，于磊.天然气集输及净化处理工艺技术探讨[J].石化技术，2020，27（01）：225+227.

[2]陈桂玲.储气库轻质油脱水处理工艺改造研究[J].内蒙古石油化工，2016，42（07）：8-9.

[3]崔连来，张涛，王纪，郑天宝.乙二醇脱水工艺在大型高压天然气处理装置中的优化运行[J].河南化工，2016，33（04）：31-34.