分子篩脫水工藝流程

根據(jù)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(jìn)行吸附劑的再生和冷卻，然后切換操作。8小時一周期，導(dǎo)熱油加熱，采用干氣再生及冷吹的方式。

表2 兩塔方案（常規(guī)）時間分配表

由表2可以看出，分子篩兩塔脫水裝置運(yùn)行時，始終保持一塔處于吸附狀態(tài)，另一塔處于再生狀態(tài)。因此，加熱爐操作不連續(xù)，點火、停爐頻繁，不利于裝置的長周期正常、平穩(wěn)運(yùn)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(jié)約了設(shè)備采購費(fèi)用。由于設(shè)備數(shù)量的減少，操作維護(hù)費(fèi)用也將大大降低。同時，由于減少了設(shè)備、工藝管線的數(shù)量，實際上也相應(yīng)削減了管線、設(shè)備穿孔泄露的風(fēng)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(huán)境污染少。

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

   且選用兩塔流程仍有擴(kuò)建空間。若以后天然氣處理量逐步增大，可能導(dǎo)致分子篩床層內(nèi)氣體流速增大，部分分子篩被擊碎，并被原料氣攜帶進(jìn)入粉塵過濾器，造成粉塵過濾器濾網(wǎng)堵塞，裝置運(yùn)行不平穩(wěn)。則可對分子篩脫水工藝流程進(jìn)行改造，在原兩塔的基礎(chǔ)上增加一臺同規(guī)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(tǒng)，以完成擴(kuò)建。

因此，本設(shè)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(jìn)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(jìn)上出，這樣既可以脫除靠近干燥器床層上部被吸附的物質(zhì)，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(yīng)上進(jìn)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(dá)到飽和，此時就不能再對濕原料氣進(jìn)行脫水。因此，必須在干燥器床層未達(dá)到飽和之前就進(jìn)行切換，即將濕原料氣改進(jìn)入另一個已經(jīng)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(jìn)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(yīng)采用干氣作再生用氣。再生氣量約為原料氣量的5%～10%。

    當(dāng)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(jù)干氣外輸要求(露點、壓力)，再生氣不需增壓，經(jīng)加熱后去干燥器，然后冷卻、分水，靠控制進(jìn)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(dāng)采用低壓干氣作再生氣時，因脫水壓力遠(yuǎn)高于再生壓九故在干燥器切換時應(yīng)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(zhuǎn)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(jìn)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(shù)

    (1) 原料氣進(jìn)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(guān)，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(jìn)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(yīng)根據(jù)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(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(shù)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(jìn)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(jìn)上出，這樣既可以脫除靠近干燥器床層上部被吸附的物質(zhì)，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(yīng)上進(jìn)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(dá)到飽和，此時就不能再對濕原料氣進(jìn)行脫水。因此，必須在干燥器床層未達(dá)到飽和之前就進(jìn)行切換，即將濕原料氣改進(jìn)入另一個已經(jīng)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(jìn)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(yīng)采用干氣作再生用氣。再生氣量約為原料氣量的5%～10%。

    當(dāng)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(jù)干氣外輸要求(露點、壓力)，再生氣不需增壓，經(jīng)加熱后去干燥器，然后冷卻、分水，靠控制進(jìn)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(dāng)采用低壓干氣作再生氣時，因脫水壓力遠(yuǎn)高于再生壓九故在干燥器切換時應(yīng)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(zhuǎn)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(jìn)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(shù)

    (1) 原料氣進(jìn)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(guān)，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(jìn)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(yīng)根據(jù)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(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(shù)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(jìn)干燥器的溫度有關(guān)，而此再生氣入口溫度應(yīng)根據(jù)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(jìn)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(yù)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(jìn)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(jìn)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(shè)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(xù)加熱床層以脫除不易脫附的重?zé)N和污物。當(dāng)再生時間在4h或4h以上，離開干燥器的氣體溫度達(dá)到180～230℃時床層加熱完畢。熱再生氣溫度T_H至少應(yīng)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(jìn)行冷卻，當(dāng)床層溫度大約降至50℃時停止冷卻。

    3. 主要設(shè)備

    主要設(shè)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(jī)等。現(xiàn)僅將干燥器的結(jié)構(gòu)介紹如下。

    干燥器的結(jié)構(gòu):干燥器由床層支承梁和支承柵板、頂部和底部的氣體進(jìn)、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(jìn)、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(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范

SY/T 0076-2003《天然氣脫水設(shè)計規(guī)范》

HG/T 20570.2-95《安全閥的設(shè)置和選用》

SY/T 0524-2008《導(dǎo)熱油加熱爐系統(tǒng)規(guī)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(shè)計規(guī)范》

GB 50350-2005《油氣集輸設(shè)計規(guī)范》

GB 8770-1988《分子篩動態(tài)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(shè)計規(guī)范》

JB731-2008《鍋爐和壓力容器用鋼板》

SY/T 0515-2007《油氣分離器規(guī)范》

HGT21618-1998《絲網(wǎng)除沫器》

二、再生氣量3000m³

冷吹氣量2000m3

系統(tǒng)壓降 50~80kpa

投資估算 80萬元