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分子篩脫水裝置在天然氣/煤層氣，產(chǎn)業(yè)中的優(yōu)化與應(yīng)用
責(zé)任編輯：作者：admin人氣：2029 發(fā)表時(shí)間：2021-04-13
摘要：分子篩脫水技術(shù)及裝置廣泛應(yīng)用于壓縮空氣及各種工藝氣體的深度干燥之用途。隨著天然氣/煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，這一傳統(tǒng)技術(shù)在系統(tǒng)配置、工藝流程、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等方面得到進(jìn)一步的優(yōu)化和改善，本文將通過實(shí)際案例給予分析和介紹。
關(guān)鍵詞：天然氣 煤層氣 干燥 分子篩
1、 CNG加氣站
壓縮天然氣加氣站是分子篩脫水撬應(yīng)用量最大的場(chǎng)合，也是其四大關(guān)鍵設(shè)備（壓縮機(jī)、脫水裝置、貯氣罐/井、售氣機(jī)）之一，目前常用的工藝流程有三種，分別為：
低壓前置減壓再生流程（圖1），低中壓前置等壓再生零排放流程（圖2）和高壓后置流程（圖3）。前兩種流程工作壓力為管網(wǎng)壓力，脫水撬位于壓縮機(jī)之前（也有少數(shù)配置在壓縮機(jī)級(jí)間，如一級(jí)或二級(jí)缸之后，由此提高了脫水撬的工作壓力，可有效降低設(shè)備體積和再生能耗，在低壓如管網(wǎng)壓力小于0.2MPa時(shí)尤為顯著。）。后一種配置在壓縮機(jī)之后，工作壓力為25MPa，這三種流程的特點(diǎn)及適用場(chǎng)合見下表：
圖 1
圖2
圖3
三種流程的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較表：
另從下列“產(chǎn)品氣水分壓計(jì)算公式”中還可以看出：
圖2流程中，由于再生氣為干氣，P1值大幅下降，在獲得同樣的露點(diǎn)指標(biāo)條件下，可適當(dāng)降低加熱溫度（P2）。實(shí)際工況中減壓再生需200℃~220℃，等壓再生一般設(shè)定為180℃~200℃，此工況下切換閥門可采用軟密封，其密封性能、工作壽命及價(jià)格均得到優(yōu)化。該流程具有良好綜合技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是目前國(guó)際上最具競(jìng)爭(zhēng)力的一種再生流程。
2、油田伴生氣/火炬氣回收利用
2.1脫烴或管網(wǎng)直輸 除采用上述三種流程外，還可采用無循環(huán)增壓機(jī)的射流泵零排放工藝流程（圖4），這種流程尤其適用于中高壓、大流量、連續(xù)性生產(chǎn)工況。該項(xiàng)零排放技術(shù)在工藝氣、高壓、無需動(dòng)力源三個(gè)方向取得重大突破，并已在塔里木油田投運(yùn)。
圖4
對(duì)于含重?zé)N量較大的天然氣可采用傳統(tǒng)全流量冷凍分離C2+以上重?zé)N（圖5），也可采用溶解膜收烴(提高重?zé)N濃度)，部分流量低溫分離重?zé)N（圖6）。
圖6所示流程尤其適用于缺電、缺水如沙漠、海上鉆井平臺(tái)等需要高度節(jié)電-節(jié)水和小型撬裝化的場(chǎng)合。
2.3 LNG脫水工藝流程（圖7 ）
從前述“產(chǎn)品氣水分壓計(jì)算公式”中也可以看到，為獲得LNG工藝所需超低露點(diǎn)（含水量）的方法不外乎三點(diǎn)：
（1） 提高再生溫度至280℃以上；
（2） 降低再生氣露點(diǎn)（含水量），如采用液化天然氣的沸騰氣；
（3） 確保進(jìn)入干燥塔的氣體溫度處于較低溫度。
所以LNG不宜采用CNG加氣站常用的循環(huán)再生工藝流程，為獲取超低露點(diǎn)可采用全開式循環(huán)，最大限度利用超干燥再生氣并將再生氣排至輔屬燃?xì)庀到y(tǒng)。
4、煤層氣：
早期的富氣（CH4≥95%）多采用高壓后置流程，其主要原因是由于管網(wǎng)壓力偏低，若采用前置脫水，設(shè)備過于龐大，但在實(shí)際應(yīng)用中，不僅干燥效果不佳，且壓縮機(jī)故障率甚高，其重要原因之一是忽略氣體含水量偏大（幾乎處于濕飽和狀態(tài)）。
現(xiàn)更多項(xiàng)目采用了前置脫水方案，為避免低壓時(shí)設(shè)備龐大之缺點(diǎn)，一般宜采用兩種措施，即加壓和冷凍除水（圖8）。
即為前置脫水裝置創(chuàng)造0.3~0.7MPa的工作壓力和10℃較低吸附溫度，可使干燥器的體積和運(yùn)行成本大幅度下降。低壓機(jī)可采用活塞或螺桿式，二次冷卻可采用工業(yè)冷水機(jī)組提供冷源，北方冬季亦可采用風(fēng)冷卻器。降低干燥器的氣體溫度即降低了產(chǎn)品氣水分壓計(jì)算公式的P0，因?yàn)闅怏w溫度每提高10℃，飽和含水量幾乎增加一倍，吸附劑裝填量也要增加一倍，對(duì)于大型設(shè)備尤其要考慮進(jìn)氣含水量這一重大影響因素。
結(jié)束語(yǔ)：分子篩脫水裝置為天然氣/煤層氣開采、集輸和利用過程提供干燥氣源，同時(shí)又因其所處理氣體的組份、工況、用途不同，派生出多種工藝流程及相關(guān)配置、結(jié)構(gòu)。在具體選型設(shè)計(jì)時(shí)，需做仔細(xì)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，包括前期投資和后期運(yùn)行費(fèi)用以求獲得安全、可靠和最佳綜合經(jīng)濟(jì)效益。
