天然气脱水装置

分子筛脱水工艺流程

根据用户提供的工艺流程，本方案拟采用两塔脱水流程，其中一塔吸附脱水操作，另一塔进行吸附剂的再生和冷却，然后切换操作。8小时一周期，导热油加热，采用干气再生及冷吹的方式。

表2 两塔方案（常规）时间分配表

由表2可以看出，分子筛两塔脱水装置运行时，始终保持一塔处于吸附状态，另一塔处于再生状态。因此，加热炉操作不连续，点火、停炉频繁，不利于装置的长周期正常、平稳运行，且会造成一定的热损失。但两塔流程简单，其吸附时间增长，能耗大大降低。两塔流程较三塔流程减少1座吸附塔，大大节约了设备采购费用。由于设备数量的减少，操作维护费用也将大大降低。同时，由于减少了设备、工艺管线的数量，实际上也相应削减了管线、设备穿孔泄露的风险，提高了安全可靠性。且吸附、再生、冷却过程为密闭过程，对环境污染少。

两塔流程由装填有分子筛的两个塔组成,假设塔2在进行干燥,塔1在进行再生。在再生期间,所有被吸附的物质通过加热而被脱吸,为该塔的下一个吸附周期作准备。湿原料气一般经原料气过滤分离器,除去携带的液滴后自上而下地进入分子筛脱水塔(塔2),进行脱水吸附过程。脱除水后的干气一般经产品气粉尘过滤器除去分子筛粉尘后,作为本装置产品气输送出去。

   且选用两塔流程仍有扩建空间。若以后天然气处理量逐步增大，可能导致分子筛床层内气体流速增大，部分分子筛被击碎，并被原料气携带进入粉尘过滤器，造成粉尘过滤器滤网堵塞，装置运行不平稳。则可对分子筛脱水工艺流程进行改造，在原两塔的基础上增加一台同规格的分子筛干燥塔，将“两塔流程”改为“三塔流程”，同时增加配套的自控系统，以完成扩建。

因此，本设计中采取分子筛两塔吸附脱水流程。

子筛脱水工艺流程介绍

一台干燥器在脱水时原料气上进下出，以减少气流对床层的扰动，另一台干燥器在再生时再生气下进上出，这样既可以脱除靠近干燥器床层上部被吸附的物质，并使其不流过整个床层。又可以确保与湿原料气接触的下部床层得到充分再生，而下部床层的再生效果直接影响流出床层干气的露点。然后，两台干燥器切换操作。如果采用湿气(例如原料气)再生与冷却，为保证分子筛床层下部再生效果，再生气与冷却气应上进下出。

    在脱水时，干燥器床层不断吸附气体中的水分直至最后整个床层达到饱和，此时就不能再对湿原料气进行脱水。因此，必须在干燥器床层未达到饱和之前就进行切换，即将湿原料气改进入另一个已经再生好的干燥器床层，而刚完成脱水操作的干燥器床层则改用再生气进行再生。

    干燥器再生气可以是湿原料气，也可以是脱水后的高压干气或外来的低压干气(例如NGL回收装置中的脱甲烷塔塔顶气)。为使干燥剂再生更*，保证干气有较低露点，一般应采用干气作再生用气。再生气量约为原料气量的5%～10%。

    当采用高压干气作再生气时，可以是加热后直接去干燥器将床层加热，使干燥剂上吸附的水分脱附，并将流出干燥器的气体冷却，使脱附出来的水蒸气冷凝与分离。由于此时分出的气体是湿气，故增压返回湿原料气中(见图3-17)；也可以是将再生气先增压(一般增压0.28～0.35MPa)再加热去干燥器，然后冷却、分水并返回湿原料气中；还可以根据干气外输要求(露点、压力)，再生气不需增压，经加热后去干燥器，然后冷却、分水，靠控制进输气管线阀门前后的压差使这部分湿气与干气一起外输。当采用低压干气作再生气时，因脱水压力远高于再生压九故在干燥器切换时应控制升压与降压速度，一般宜小于0.3MPa/min。

床层加热完毕后，再用冷却气使床层冷却至一定温度，然后切换转入下一个脱水周期。由于冷却气是采用不加热的干气，故一般也是下进上出。但是，有时也可将冷却干气自上而下流过床层，使冷却干气中的少量水蒸气被床层上部干燥剂吸附，从而最大限度降低脱水周期中出口干气的水含量。

    2.工艺参数

    (1) 原料气进干燥器温度

    由图3-16可知，吸附剂的湿容量与床层吸附温度有关，即吸附温度越高，吸附剂的湿容量越小。为保证吸附剂有较高的湿容量，进入床层的原料气温度不宜超过50℃。

    (2) 脱水周期

干燥器床层的脱水周期(吸附周期)应根据原料气的水含量、空塔流速、床层高径比、再生气能耗、干燥剂寿命等进行技术经济比较后确定。

    对于两塔脱水流程，干燥器脱水周期一般为8～24h，通常取8～12h。如果原料气的相对湿度小于100%，脱水周期可大于12h。脱水周期长，意味着再生次数较少，干燥剂使用寿命长，但是床层较长，投资较高。对于压力不高、水含量较大的气体脱水，为避免干燥器尺寸过大，脱水周期宜小于8h。

再生周期时间与脱水周期相同。在两塔脱水流程中再生气加热床层时间一般是再生周期的65%。以8h再生周期为例，大致是加热时间4.5h，冷却时间3h，备用和切换时间0.5h。

图3-17为NGL回收装置中普遍采用的气体脱水两塔工艺流程。一台干燥器在脱水时原料气上进下出，以减少气流对床层的扰动，另一台干燥器在再生时再生气下进上出，这样既可以脱除靠近干燥器床层上部被吸附的物质，并使其不流过整个床层。又可以确保与湿原料气接触的下部床层得到充分再生，而下部床层的再生效果直接影响流出床层干气的露点。然后，两台干燥器切换操作。如果采用湿气(例如原料气)再生与冷却，为保证分子筛床层下部再生效果，再生气与冷却气应上进下出。

    在脱水时，干燥器床层不断吸附气体中的水分直至最后整个床层达到饱和，此时就不能再对湿原料气进行脱水。因此，必须在干燥器床层未达到饱和之前就进行切换，即将湿原料气改进入另一个已经再生好的干燥器床层，而刚完成脱水操作的干燥器床层则改用再生气进行再生。

    干燥器再生气可以是湿原料气，也可以是脱水后的高压干气或外来的低压干气(例如NGL回收装置中的脱甲烷塔塔顶气)。为使干燥剂再生更*，保证干气有较低露点，一般应采用干气作再生用气。再生气量约为原料气量的5%～10%。

    当采用高压干气作再生气时，可以是加热后直接去干燥器将床层加热，使干燥剂上吸附的水分脱附，并将流出干燥器的气体冷却，使脱附出来的水蒸气冷凝与分离。由于此时分出的气体是湿气，故增压返回湿原料气中(见图3-17)；也可以是将再生气先增压(一般增压0.28～0.35MPa)再加热去干燥器，然后冷却、分水并返回湿原料气中；还可以根据干气外输要求(露点、压力)，再生气不需增压，经加热后去干燥器，然后冷却、分水，靠控制进输气管线阀门前后的压差使这部分湿气与干气一起外输。当采用低压干气作再生气时，因脱水压力远高于再生压九故在干燥器切换时应控制升压与降压速度，一般宜小于0.3MPa/min。

    床层加热完毕后，再用冷却气使床层冷却至一定温度，然后切换转入下一个脱水周期。由于冷却气是采用不加热的干气，故一般也是下进上出。但是，有时也可将冷却干气自上而下流过床层，使冷却干气中的少量水蒸气被床层上部干燥剂吸附，从而最大限度降低脱水周期中出口干气的水含量。

    2.工艺参数

    (1) 原料气进干燥器温度

    由图3-16可知，吸附剂的湿容量与床层吸附温度有关，即吸附温度越高，吸附剂的湿容量越小。为保证吸附剂有较高的湿容量，进入床层的原料气温度不宜超过50℃。

    (2) 脱水周期

干燥器床层的脱水周期(吸附周期)应根据原料气的水含量、空塔流速、床层高径比、再生气能耗、干燥剂寿命等进行技术经济比较后确定。

    对于两塔脱水流程，干燥器脱水周期一般为8～24h，通常取8～12h。如果原料气的相对湿度小于100%，脱水周期可大于12h。脱水周期长，意味着再生次数较少，干燥剂使用寿命长，但是床层较长，投资较高。对于压力不高、水含量较大的气体脱水，为避免干燥器尺寸过大，脱水周期宜小于8h。

再生周期时间与脱水周期相同。在两塔脱水流程中再生气加热床层时间一般是再生周期的65%。以8h再生周期为例，大致是加热时间4.5h，冷却时间3h，备用和切换时间0.5h。 

3) 再生周期的加热与冷却温度

    再生时床层加热温度越高，再生后干燥剂的湿容量也越大，但其使用寿命也约短。床层加热温度与再生气加热后进干燥器的温度有关，而此再生气入口温度应根据原料气脱水深度、干燥剂使用寿命等因素综合确定。不同干燥剂所要求的再生气进口温度范围为：分子筛232～315℃；硅胶234～245℃；活性氧化铝则介于二者之间，并接近分子筛的温度范围。

    加热完毕后即将冷却气通过床层使其冷却，一般在冷却气出干燥器的温度降至50℃即可停止冷却。冷却温度过高，由于床层温度较高，干燥剂湿容量将会降低；反之，冷却温度过低，将会增加冷却时间。如果是采用湿原料气再生，冷却温度过低时还会使床层上部干燥剂被冷却气中的水蒸气预饱和。

图3-18为采用两塔流程的吸附法脱水装置8h再生周期(包括加热和冷却)的温度变化曲线。曲线1表示再生气进干燥器的温度T_H，曲线2表示加热和冷却过程中离开干燥器的气体温度，曲线3则表示湿原料气温度。

再生开始时加热后的再生气进入干燥器加热床层和容器，大约在116～120℃时床层中吸附的水分开始大量脱附，故此时升温比较缓慢。设计中可假定大约在121～125℃的温度下脱除全部水分。待水分全部脱除后，继续加热床层以脱除不易脱附的重烃和污物。当再生时间在4h或4h以上，离开干燥器的气体温度达到180～230℃时床层加热完毕。热再生气温度T_H至少应比再生加热过程中所要求的最终离开床层的气体出口温度瓦高19～55℃，一般为38℃。然后，将冷却气通入床层进行冷却，当床层温度大约降至50℃时停止冷却。

    3. 主要设备

    主要设备有干燥器、再生气加热器、冷却器和水分离器以及再生气压缩机等。现仅将干燥器的结构介绍如下。

    干燥器的结构:干燥器由床层支承梁和支承栅板、顶部和底部的气体进、出口管嘴和分配器(这是因为脱水和再生分别是两股物流从两个方向流过干燥剂床层，故顶部和底部都是气体进、出口)、装料口、排料口以及取样口、温度计插孔等组成。

1.3 遵循的主要标准、规范

SY/T 0076-2003《天然气脱水设计规范》

HG/T 20570.2-95《安全阀的设置和选用》

SY/T 0524-2008《导热油加热炉系统规范》

GB/T 8163-2008《输送流体用无缝钢管》

GB/T 17395-2008《无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差》

GB 50251-2003《输气管道工程设计规范》

GB 50350-2005《油气集输设计规范》

GB 8770-1988《分子筛动态水吸附测定方法》

GB/T 9019-2001《压力容器公称直径》

GB 150-1998《钢制压力容器》

SH3098-2000《石油化工塔器设计规范》

JB731-2008《锅炉和压力容器用钢板》

SY/T 0515-2007《油气分离器规范》

HGT21618-1998《丝网除沫器》

二、再生气量3000m³

冷吹气量2000m3

系统压降 50~80kpa

投资估算 80万元