CNG天然氣脫水裝置原理及脫水效果分析

1、CNG 天然氣脫水裝置原理及脫水效果分析四川正升能源技術(shù)服務(wù)有限公司技術(shù)中心劉革為降低汽車排放對城市環(huán)境造成的嚴(yán)重污染，我國近年來大力發(fā)展汽車清潔能源。隨著西氣東輸、西氣東輸二線、陜京線、忠武線、川氣東輸?shù)戎鬏敋夤芫€的貫通，CNG 加氣站及加氣母站在各沿線城市得到了大力的發(fā)展。CNG 加氣站及加氣母站中最關(guān)鍵的設(shè)備之一就是天然氣深度脫水裝置。它能有效地對天然氣進(jìn)行深度脫水，且脫水的性能好壞直接影響CNG 加氣機(jī)的加氣速度和CNG 汽車的行駛性能、以及儲氣系統(tǒng)和售氣系統(tǒng)是否產(chǎn)生“冰堵”現(xiàn)象，并對CNG 汽車的儲氣罐有良好的保護(hù)作用。一、脫水裝置的分類1、天然氣脫水裝置根據(jù)吸附、再生時(shí)的溫度和壓力

2、狀態(tài)，將吸附再生的循環(huán)過程又分為變溫吸附式 (TSA)或變壓吸附式 (PSA)。2、CNG 脫水裝置按安裝位置可分為：前置脫水、級間脫水、后置脫水。前置脫水安裝在壓縮機(jī)前，其后的壓縮機(jī)要能保證不污染氣質(zhì)（務(wù)必注意：前置脫水裝置不是壓縮機(jī)的過濾器）；級間脫水安裝在壓縮機(jī)的 2、3 級壓縮缸之間，一般不推薦此種方式設(shè)備；后置脫水安裝在無油潤滑壓縮機(jī)或有除油能力的少油潤滑壓縮機(jī)之后，大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)站采用此種設(shè)備（務(wù)必注意：后置脫水裝置不是壓縮機(jī)的過油器）。二、脫水原理變壓吸附是在較高的吸附質(zhì)分壓力下進(jìn)行吸附，在較低吸附質(zhì)分壓力(甚至是真空 )下進(jìn)行解析。由于其脫水深度不如變溫吸附，因此CNG 上基本不采

3、用。CNG變溫吸附脫水是主要利用吸附劑的物理性對原料氣中飽和水進(jìn)行吸附，再利用較高溫度對飽和后的吸附劑進(jìn)行解析。吸附與解析采用逆向進(jìn)行。目前CNG 脫水裝置基本上都采用變溫吸附脫水做為深度脫水裝置（務(wù)必注意：深度脫水裝置是脫除天然氣中的飽和水，不能有效地脫出天然氣中的烴油）。吸附的動力為范德華力。由于分子間范德華力的作用，促使吸附質(zhì)向吸附劑滲透。其特點(diǎn)如下：1、吸附作用力小，被吸附的氣體分子比較容易重返氣相，較容易“解吸”。2、物理吸附的過程是可逆的，吸附和解吸的速度都很快。3、吸附過程為放熱反應(yīng)，其放出的“吸附熱”比化學(xué)吸附少得多。4、物理吸附無選擇性，任何固體都可以吸附任何氣體，僅在吸附量

4、的不同。1三、吸附劑在 CNG脫水裝置中，吸附劑是保證設(shè)備吸附性能的重要因素。吸附劑一般為比表面積很大，孔隙率很高的物質(zhì)。吸附劑應(yīng)具有以下條件：3.1 有很強(qiáng)的吸附能力，比表面積大。3.2 與吸附質(zhì)及其他與之相接觸的介質(zhì)不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。3.3 機(jī)械強(qiáng)度與熱強(qiáng)度好。3.4 易再生，不易劣化。3.5 可大量生產(chǎn)，價(jià)格低。吸附劑分類（CNG脫水吸附劑主要有：硅膠、活性氧化鋁、分子篩）常用吸附劑物理特性吸附劑種類硅膠活性氧化鋁分子篩吸附劑類型硅膠活性氧化鋁分子篩密度（ kg/L ）導(dǎo)熱率比熱容孔隙率平均孔徑機(jī)械強(qiáng)度/(w/(m·k)/J/(kg ·k)（%）/A °堆積密

5、度0.40.7較高0.19721003435020400.70.8高0.13061045455040500.72強(qiáng)度有限0.5889752454常用吸附劑吸水 / 脫水性能吸附量吸附劑種類靜態(tài)動態(tài)硅膠305058活性氧化鋁2246分子篩22815常用吸附劑的使用條件吸附容量水滴穩(wěn)定性熱強(qiáng)度堿性介質(zhì)酸性介質(zhì)價(jià)格低分壓高分壓低高不穩(wěn)定較差不良良低低高穩(wěn)定高良不良較貴高高不穩(wěn)定高良不良較貴2四、CNG脫水一般工藝1、吸附流程原料氣粗過濾吸附粉塵過濾成品氣。2、再生流程再生氣加熱再生冷卻氣水分離回收再利用五、脫水效果分析影響 CNG氣質(zhì)水露點(diǎn)達(dá)標(biāo)的主要的因素有四點(diǎn)：1、吸附不理想1）設(shè)計(jì)時(shí)選擇吸附劑不

6、合理。當(dāng)相對濕度大或水含量高時(shí)，最好先用活性氧化鋁、硅膠預(yù)脫水，再用分子篩脫水除氣體中殘余水蒸氣，以達(dá)到深度脫水的目的。32）吸附劑質(zhì)量差。吸附劑的抗壓碎強(qiáng)度差時(shí)易粉化，再生次數(shù)壽命短；靜態(tài)吸附濕容量小，吸附性能差。3) 氣體在吸附塔內(nèi)流速過快或過慢。否則，流速過快，會造成分子篩在工作時(shí)發(fā)生跳動，造成床層高度不一，氣流短路；流速過慢，壓降過小，通過床層的氣流分布不均勻，影響吸附效果。44）接觸時(shí)間過短。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)參見空氣出口水分含量與接觸時(shí)間的關(guān)系，接觸時(shí)間確定為6秒以上較為合適。5) 進(jìn)氣溫度過高。由于進(jìn)氣溫度高，一方面降低了吸附劑的吸附性能，另一方面增大了飽和水量。6) 氣質(zhì)差，有油或重?zé)N。

7、由于天然氣中有時(shí)含有 H2S 及 CO2 等成份，油又大多呈酸性或中性，而分子篩的抗酸性也不太好，因而吸附性能也會降低。且當(dāng)油包裹吸附劑造成吸附孔隙堵塞，使吸附性能直線下降。重?zé)N的存在極易出現(xiàn)反常凝析，因而又可能在采用冷卻鏡面凝析濕度計(jì)法進(jìn)行露點(diǎn)檢測時(shí)，對檢測結(jié)果進(jìn)行干擾。2、再生不完全1) 再生溫度低。多數(shù)吸附劑廠家的資料表明，再生溫度在 180300范圍，綜合性價(jià)比及實(shí)際運(yùn)行來看，確定再生溫度為 200220較為合理。2) 再生時(shí)間不夠或再生不能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)連續(xù)進(jìn)行。導(dǎo)致反復(fù)加熱，既浪費(fèi)能源，又不能達(dá)到應(yīng)有的再生溫度保溫時(shí)間。3) 再生壓力過低，導(dǎo)致再生氣量過小。由 Qcm t 可知，再

8、生氣量過小，則提供的熱量太5少。4) 再生壓力過高。壓力過高，則需要汽化的溫度也相應(yīng)更高，既不經(jīng)濟(jì)也無必要。5) 再生溫度監(jiān)測誤差。3、成品氣中出現(xiàn)液體。1）儲氣井內(nèi)有積水。2）氣體中由于溫度與壓力變化凝析出液烴。4、天然氣露點(diǎn)顯示不正常1）水分析儀測量方法誤差。2）水分析儀測量誤差。3）水分析儀耐環(huán)境條件差。4）水分析儀受氣質(zhì)影響。綜上所述，脫水效果取決于天然氣中的含水率是否符合該裝置要求；取決于氣中是否存在油、烴液和液態(tài)水；取決于吸附劑吸水能力、再生次數(shù)壽命；取決于吸附劑的再生效果。六、建議1、加氣站在初設(shè)時(shí)應(yīng)充分考慮氣質(zhì)情況，選擇最適合的脫水裝置。2、選擇無油潤滑或少油潤滑的壓縮機(jī)，并增加除油裝置。3、對后置脫水裝置應(yīng)考慮選擇針形閥。4、后置脫水對壓縮機(jī)排氣溫度要求高，一定要小于 45。建議關(guān)注壓縮機(jī)的各級冷卻器的效果。5、做好再生溫度達(dá)要求后的保溫時(shí)間和冷吹時(shí)間。七、操作注