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分子篩脫水裝置在天然氣/煤層氣，產業中的優化與應用
責任編輯：作者：admin人氣：2129 發表時間：2021-04-13
摘要：分子篩脫水技術及裝置廣泛應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/煤層氣產業的發展，這一傳統技術在系統配置、工藝流程、產品結構等方面得到進一步的優化和改善，本文將通過實際案例給予分析和介紹。
關鍵詞：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用量最大的場合，也是其四大關鍵設備（壓縮機、脫水裝置、貯氣罐/井、售氣機）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壓力，脫水撬位于壓縮機之前（也有少數配置在壓縮機級間，如一級或二級缸之后，由此提高了脫水撬的工作壓力，可有效降低設備體積和再生能耗，在低壓如管網壓力小于0.2MPa時尤為顯著。）。后一種配置在壓縮機之后，工作壓力為25MPa，這三種流程的特點及適用場合見下表：
圖 1
圖2
圖3
三種流程的經濟技術比較表：
另從下列“產品氣水分壓計算公式”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，在獲得同樣的露點指標條件下，可適當降低加熱溫度（P2）。實際工況中減壓再生需200℃~220℃，等壓再生一般設定為180℃~200℃，此工況下切換閥門可采用軟密封，其密封性能、工作壽命及價格均得到優化。該流程具有良好綜合技術優勢，是目前國際上最具競爭力的一種再生流程。
2、油田伴生氣/火炬氣回收利用
2.1脫烴或管網直輸 除采用上述三種流程外，還可采用無循環增壓機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、連續性生產工況。該項零排放技術在工藝氣、高壓、無需動力源三個方向取得重大突破，并已在塔里木油田投運。
圖4
對于含重烴量較大的天然氣可采用傳統全流量冷凍分離C2+以上重烴（圖5），也可采用溶解膜收烴(提高重烴濃度)，部分流量低溫分離重烴（圖6）。
圖6所示流程尤其適用于缺電、缺水如沙漠、海上鉆井平臺等需要高度節電-節水和小型撬裝化的場合。
2.3 LNG脫水工藝流程（圖7 ）
從前述“產品氣水分壓計算公式”中也可以看到，為獲得LNG工藝所需超低露點（含水量）的方法不外乎三點：
（1） 提高再生溫度至280℃以上；
（2） 降低再生氣露點（含水量），如采用液化天然氣的沸騰氣；
（3） 確保進入干燥塔的氣體溫度處于較低溫度。
所以LNG不宜采用CNG加氣站常用的循環再生工藝流程，為獲取超低露點可采用全開式循環，最大限度利用超干燥再生氣并將再生氣排至輔屬燃氣系統。
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壓力偏低，若采用前置脫水，設備過于龐大，但在實際應用中，不僅干燥效果不佳，且壓縮機故障率甚高，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）。
現更多項目采用了前置脫水方案，為避免低壓時設備龐大之缺點，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行成本大幅度下降。低壓機可采用活塞或螺桿式，二次冷卻可采用工業冷水機組提供冷源，北方冬季亦可采用風冷卻器。降低干燥器的氣體溫度即降低了產品氣水分壓計算公式的P0，因為氣體溫度每提高10℃，飽和含水量幾乎增加一倍，吸附劑裝填量也要增加一倍，對于大型設備尤其要考慮進氣含水量這一重大影響因素。
結束語：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配置、結構。在具體選型設計時，需做仔細的經濟技術比較，包括前期投資和后期運行費用以求獲得安全、可靠和最佳綜合經濟效益。
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