脫水原理培訓(xùn)

天然氣脫水原理.脫水的必要性天然氣在加壓、降溫過程中,當(dāng)?shù)竭_其水露點時,其中的氣相水就會以游離水的方式析出,假設(shè)又處在其水合物生成線以下區(qū)域時,天然氣中的烴類組分還要和水生成水合物。因此,CNG中的含水量脫不到要求時,將帶來以下危害：.儲存壓力下減壓溫降時，生成水合物，堵塞管道、氣瓶嘴、充氣嘴等，使加氣站在較低環(huán)境溫度下不能實現(xiàn)正常加氣，汽車在冰冷氣候條件下無法啟動和運轉(zhuǎn)。當(dāng)環(huán)境溫度等于或低于0℃時，析出的游離水將結(jié)冰而凍結(jié)系統(tǒng)的設(shè)備和管道。已符合酸性環(huán)境的一個條件，只需CNG中的硫分壓超越0.00035MPa，加氣站內(nèi)的接觸CNG的金屬設(shè)備、管道就到達了硫化氫應(yīng)力開裂(SSC)條件，這是非常危險的,一旦加氣站和(或)汽車載壓力容器發(fā)生SSC,其后果就不堪想象。另外,即使硫分壓達不到SSC條件,但由于游離水的存在,也要產(chǎn)生嚴(yán)重的內(nèi)壁腐蝕。.常見脫水方法1、吸附脫水法吸附脫水法是利用吸附劑對水分的吸附性能，如硅膠，活性氧化鋁和分子篩等，它們對水分有很強的吸附才干。吸附劑的吸濕過程是物理變化，因此這類吸附的特點是可以再生。這類吸附的枯燥度可以到達常壓露點-70℃。.2、潮解脫水法潮解時枯燥器也是利用吸附劑對水分的吸附性能，只不過潮解式的吸附劑在吸附水分后，變成液態(tài)排出，潮解后的吸附劑不能再生，而且會對環(huán)境呵斥污染這類脫水安裝可以到達-38℃左右的露點。.3、冷凍式脫水法冷凍式脫水法是利用制冷緊縮機產(chǎn)生的冷量對緊縮天然氣進展冷卻，使緊縮天然氣溫度降低到達其壓力對應(yīng)的露點溫度，從而使緊縮天然氣中的水分析出，到達枯燥的目的。這類脫水法的枯燥度可到達常壓露點-23℃。.4、膜分別脫水法利用膜分別技術(shù)對緊縮天然氣進展脫水，是一種極有出路的脫水方式，緊縮天然氣經(jīng)過中空纖維薄膜時，各種物質(zhì)的浸透壓不同，使水從緊縮天然氣中分別出來，從而到達枯燥效果。.吸附法脫水一、吸附式脫水原理雖然冷凍式脫水安裝任務(wù)穩(wěn)定、能耗低，在處置高含濕量及較大氣流量時性能好，但其只能將壓力露點降到2~8℃左右。當(dāng)要求壓力露點降到更低時，吸附式枯燥設(shè)備根本上是獨一的選擇?！拔建暿莾上嘟唤缑嫔衔镔|(zhì)分子濃度自動發(fā)生變化的自然景象。吸附過程的機理很復(fù)雜，目前有關(guān)吸附原理的實際在解釋吸附作用時都存在一定的缺乏。普通將吸附體系分為吸附劑和吸附質(zhì)。具有一定吸附才干的資料叫吸附劑，被吸附的物質(zhì)叫吸附質(zhì)。對于吸附式枯燥器，常采用硅膠、活性氧化鋁，分子篩作為吸附劑。而存在于緊縮天然氣中的水蒸汽那么為吸附質(zhì)。.吸附的分類按吸附劑外表與吸附質(zhì)分子間作用力的不同將吸附分為：物理吸附化學(xué)吸附.物理吸附物理吸附的作用力為范德華力。由于分子間范德華力的作用，促使吸附質(zhì)向吸附劑浸透。〔化學(xué)吸附是吸附質(zhì)分子與吸附劑外表的分子產(chǎn)生電子轉(zhuǎn)移或構(gòu)成化合物〕緊縮天然氣的吸附枯燥過程屬物理吸附，其特點如下：

.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〞。物理吸附的過程是可逆的，吸附和解吸的速度都很快。吸附過程為放熱反響，其放出的“吸附熱〞比化學(xué)吸附少得多。物理吸附無選擇性，任何固體都可以吸附任何氣體，僅在吸附量的不同。物理吸附與凝固有關(guān)，只需在低于被吸附物質(zhì)沸點時吸附過程才干進展。.根據(jù)再生時的壓力及溫度條件的形狀，將吸附分為：1、變溫吸附2、變壓吸附.變溫吸附在常溫下進展吸附，而在較高溫度下進展解析，從而恢復(fù)吸附劑的吸附功能。變壓吸附在較高的吸附質(zhì)分壓力下進展吸附，而在較低壓力〔甚至真空〕下進展解析。.等溫吸附線在溫度一定的情況下各種吸吸附劑在不同壓力形狀下的吸附性能.水在分子篩上的等壓吸附線在壓力一定的情況下，吸附量與溫度變化的關(guān)系.總結(jié)吸附溫度的降低和水蒸氣分壓的提高，可添加吸附量有利于吸附過程的進展。再生溫度的升高和水蒸氣分壓的降低，有利于再生過程的進展。.吸附相關(guān)概念及參數(shù)1．吸附平衡緊縮空氣與多孔的固體吸附劑相接觸時，水分子碰到固體吸附劑的外表后被吸附。與此同時，被吸附的水分子由于本身分了熱運動與外界氣態(tài)分子碰撞，有一部分水分子又分開固體外表而前往氣相中。當(dāng)被吸附的水分子數(shù)等于分開吸附劑外表的水分子數(shù)量時，到達吸附平衡。吸附平衡是動態(tài)平衡，在宏觀上吸附不再產(chǎn)生，但微觀上的吸附與解吸仍在進展。.2、吸附量吸附量分為靜吸附量與動吸附量。靜吸附量為吸附劑與吸附質(zhì)到達充分平衡，即吸附平衡時，單位質(zhì)量吸附劑所吸附氣體的量，單位為：kg水/kg吸附劑。對于吸附式枯燥器而言，將干空氣與水蒸氣視為“兩元〞混合物，當(dāng)枯燥器出口端空氣到達預(yù)定的“露點〞值時，所吸附的水蒸氣量占塔內(nèi)充填的吸附劑分量的白分比為吸附劑的動吸附量，此值為吸附枯燥器設(shè)計的重要根本參數(shù)。.3、吸附熱

吸附熱是吸附質(zhì)與吸附劑接觸時產(chǎn)生的熱效應(yīng)。如上所述，吸附過程為放熱過程，解析過程為吸熱過程，吸附熱可比較準(zhǔn)確地表達吸附劑的活性及吸附才干的強弱。下表為常用吸附劑對水蒸氣的吸附熱。

.常見壓力單位換算表.吸附劑在吸附式枯燥設(shè)備中，吸附劑是保證設(shè)備吸附性能的重要要素。吸附劑普通為比外表積很大，孔隙率很高的物質(zhì)。吸附劑應(yīng)具有以下條件：有很強的吸附才干，比外表積大。與吸附質(zhì)及其他與之相接觸的介質(zhì)不發(fā)生化學(xué)反響。機械強度與熱強度好。易再生，不易劣化。可大量消費，價錢低。.常見吸附劑種類硅膠硅膠是一種高活性、可再生的固體吸附劑。具有高微孔構(gòu)造，顆粒鞏固，中性；具有較高的熱穩(wěn)定性和較穩(wěn)定的化學(xué)惰性，對液相和氣相介質(zhì)有根強的吸附性能。硅膠有天然的也有人工合成的用于緊縮天然氣吸附枯燥的硅膠為人工合成的。粗孔硅膠粒子尺寸大，陳列疏松，外觀為硬玻璃狀，半透明無光澤的不規(guī)那么顆粒，孔徑為(80-100)×10-10m，比外表積為500㎡/g，對高濕度的氣體吸附率較大。.細孔硅膠粒子尺寸小，陳列嚴(yán)密，外觀為硬玻璃狀，半透明無光澤的不規(guī)那么顆粒，孔徑為20×10-10m．比外表積可達700㎡/g，對低濕度氣體的吸附率較大。當(dāng)硅膠吸附氣體中的水分時，可達自重的50%。在濕度為60%的空氣流中細孔硅膠的吸濕量也可達硅膠自重的24%。硅膠吸水后放熱可使溫升達100℃，在實踐運用中，硅膠吸附的水分不應(yīng)超越自重的6%-8%。細孔硅膠的再生溫度為I80-200℃，最低不低于150℃，最高不超越250℃。超越260℃將使硅膠降低枯燥才干。粗孔硅膠再生溫度最高不超越400℃。硅膠再生時，應(yīng)留意逐漸提高溫度，可控制在每分鐘不超越10℃。硅膠的缺陷為吸附的水氣在凝成水滴或遇到液態(tài)水時，顆粒易破碎，特別在有壓力時更明顯。因此，在緊縮天然氣吸附式枯燥器中，較少用硅膠作吸附劑。.活性氧化鋁活性氧化鋁〔Al2O3·nH2O〕在600℃以下脫水，制成過渡態(tài)Al2O3，顆粒度為3-7mm，白色，機械強度和耐熱性都較高，浸入水中不軟、不脹，不裂，比外表積為300㎡/g.有很高的吸附才干。用于緊縮空氣枯燥時，每1m3空氣含水量可降到0.005g/m3，相當(dāng)于露點為-64℃，進塔再生溫度為230-280℃。當(dāng)入口溫度為-20℃時，其吸附效果最正確，是緊縮空氣吸附枯燥器常用的吸附劑。.分子篩分了篩是一種高效能、高選那么性的吸附劑，對極性分子和不飽和分子具有優(yōu)先吸附才干。對水分子具有特別高的親和力。用分子篩枯燥氣體普通可到達低于-75℃的露點。對于流速大、溫度高的氣體和液體，也具有很強的枯燥才干，常用的4A、5A成3X型的分子篩，其比外表積均在700㎡/g以上。分子篩的再生溫度較高，工業(yè)上普通取分子篩的再生溫度為150-300℃，假設(shè)要經(jīng)過分子篩的完全再生來提供--85~-100℃的露點，其再生溫度為315-375℃。分子篩的缺陷為機械強度不高，抗水滴性能不強，在壓力作用下易破碎。在處置水分負載較高的緊縮空氣時，可與氧化鋁或硅膠結(jié)合運用，即用氧化鋁或硅膠對緊縮空氣進展先期枯燥，再用分子篩對緊縮空氣進展深度枯燥。..吸附劑平衡濕容量與相對濕度關(guān)系.吸附劑種類密度（kg/L）機械強度導(dǎo)熱率/([w/(m·k)]比熱容/[J/(kg·k)]孔隙率（%）平均孔徑/nm堆積密度真比重硅膠0.4~0.71.2較高0.1972100343~5020~40活性氧化鋁0.7~0.82.3~3.3高0.1306104545~5040~50分子篩0.721.1強度有限0.5889752454.8常用吸附劑物理特性.吸附劑種類進氣含水量（×10-6）出氣含水量（×10-6）吸附量TSA再生溫度/℃靜態(tài)動態(tài)進塔離塔最高硅膠160~2408~1030~505~8180~22080~140300活性氧化鋁160~2401~3224~6230~280100~150350分子篩160~2401~3228~15320~370120~200475常用吸附劑吸水/脫水性能.常用吸附劑的運用條件

吸附劑類型吸附容量水滴穩(wěn)定性熱強度堿性介質(zhì)酸性介質(zhì)價格低分壓高分壓硅膠低高不穩(wěn)定較差不良良低活性氧化鋁低高穩(wěn)定高良不良較貴分子篩高高不穩(wěn)定高良不良較貴.吸附劑的耐熱溫度吸附劑名稱耐熱溫度產(chǎn)地活性氧化鋁600中國活性氧化鋁Neobead650日本活性氧化鋁AlCoa600美國活性氧化鋁Pechihey400法國硅膠250日本分子篩MS4a650美國分子篩MS5a250美國分子篩Zeojon-H800法國.脫水安裝分類CNG脫水安裝按安裝位置可分為：前置脫水、級間脫水、后置脫水。前置脫水是指安裝在緊縮機前面；級間脫水安裝在緊縮機的2、3級緊縮缸之間；后置脫水安裝在緊縮機之后。.前置脫水特點1.性能特點1.1.再生工藝為零排放閉式循環(huán)，外置電加熱再生。1.2.進口配置過濾器，過濾精度≤3μm，有效維護吸附劑不被液體浸泡、污染，延伸吸附劑運用壽命；出口配置粉塵過濾器，能過濾精度3μm粉塵，維護后續(xù)緊縮機正常任務(wù)。1.3.再生系統(tǒng)采用無油光滑增壓機驅(qū)動循環(huán)再生，循環(huán)增壓機配有氣液過濾器，對分別后的氣體再實施分別，使再生循環(huán)氣更干凈。1.4.氣水分別器具有重力和過濾雙重分別，分別效果好。氣水分別器后設(shè)儲液罐。1.5.控制系統(tǒng)：PLC程控包括恒溫控制，文本顯示，控制參數(shù)輸入經(jīng)處置后顯示在液晶屏上，并保證設(shè)定程序自動控制循環(huán)風(fēng)機、加熱器、冷卻器、以及防凍保溫安裝的正常任務(wù)。配有就地儀表和室內(nèi)控制儀表，以及遠傳控制儀表。再生冷卻器、循環(huán)增壓機、電加熱器的啟停均能實現(xiàn)電氣聯(lián)鎖控制和手動單獨控制，且手動優(yōu)先。1.6.平安維護功能：加熱器筒體及出口設(shè)溫度維護功能；電機設(shè)有熱維護、短路維護，電氣設(shè)有短路和漏電維護。1.7.電機采用隔爆異步電動機，符合1類區(qū)D組防爆要求及GB50058規(guī)范。1.8.吸附劑富余量1.3倍。.2.構(gòu)造特點2.1.吸附塔包裹保溫資料后外包裹不銹鋼裝飾板，抗腐蝕性好且美觀、美麗。2.2.整體式電熱元件采用材質(zhì)為不銹鋼1Cr18Ni9Ti，電加熱管外表發(fā)熱功率到達2.0W/㎝2。2.3.脫水安裝出口設(shè)置露點分析儀取樣口。2.4.吸附塔上設(shè)置就地顯示壓力表及溫度計，顯示吸附塔任務(wù)壓力、任務(wù)溫度；再生系統(tǒng)中安裝有溫度表、壓力表和熱電偶，可將再生加熱器出口，冷卻器出口溫度及吸附塔再生氣出口溫度遠傳到控制室；控制柜上安裝有電壓表、電流表、PLC控制儀表。2.5.安裝上一切電氣設(shè)備均為防爆設(shè)計。現(xiàn)場防爆等級ExdⅡBT4,防護等級IP54。2.6.一切外接納口接到橇邊。2.7.吸附塔設(shè)有分子篩公用裝卸口，分子篩改換方便、快捷。2.8.再生系統(tǒng)中有平安閥。2.9.吸附塔、再生氣加熱器及其高溫管線均做保溫處置。2.10.脫水安裝的橇裝構(gòu)造、安裝的運用壽命15年。.后置脫水特點性能特點1．吸附和再生閥采用美國進口高溫高壓不銹鋼針形閥，可降低開啟閥門瞬時對吸附劑的沖擊，延伸吸附劑運用壽命。2．三級過濾方式。前置采取兩級過濾，粗過濾器配國產(chǎn)不銹鋼濾芯，運用壽命長，阻力低，可清洗再生運用。精過濾器配德國進口除油濾芯，過濾精度達0.01μm，維護吸附劑不被液體浸泡、污染，延伸吸附劑運用壽命。后置過濾精度達1μm，更有效維護緊縮機的進氣質(zhì)量。3．高壓容器和低壓電加熱器之間采用平安隔離安裝，可防止誤操作而產(chǎn)生人身傷亡、設(shè)備損毀。4.嚴(yán)厲按緊縮機排氣溫度及壓力形狀飽和水含量進展吸附塔的設(shè)計。5．電加熱器功率富余量1.3倍，縮短加熱時間，確保有效可靠加熱，總能耗不變。同時采用單體式不銹鋼電加熱管，可單根獨立改換。.6.電器控制系統(tǒng)采用PLC控制，具有數(shù)字顯示并可實現(xiàn)電加熱器自動監(jiān)控。溫控柜重要電氣元件選用德國SIEMENS及韓國LG產(chǎn)品，該類品牌產(chǎn)品性能好，可靠性高。加熱器出口及加熱器筒體的溫度控制采用智能儀表輔助控制、PLC主控制的方式，可按設(shè)定程序控制任務(wù)，溫度參數(shù)可重新設(shè)置、調(diào)整。整個的加熱器加熱任務(wù)由PID進展調(diào)理，以到達自動恒溫控制的目的。溫控柜中設(shè)有電加熱器的過電流及短路維護；有上述設(shè)備的電流指示，同時設(shè)置自動斷電及報警功能。安裝的電氣系統(tǒng)設(shè)有防爆接線箱。安裝內(nèi)電氣均為防爆銜接。用電設(shè)備的防爆等級為：ExdⅡBT4，防護等級：IP54。7.吸附劑采用中美合資4A型分子篩，平衡水容量大，吸附效果好，保證廢品氣質(zhì)量。分子篩富余量1.3倍，能順應(yīng)氣量變化。.8.再生氣加熱時冷卻采用結(jié)合換熱冷卻器，利用干氣減壓所產(chǎn)生的冷量來冷卻再生熱氣，同時使電加熱器進氣溫度升高，以便快速加熱至所需溫度。減少加熱時間，節(jié)約能源。9.安裝設(shè)有公用再生冷吹管路，節(jié)約冷吹時間和氣量。10.調(diào)壓安裝管路無冰堵設(shè)計。11.過濾器為雙排污設(shè)計，延伸排污閥運用壽命。12.一切管路均為GB/T14976不銹鋼管，且吸附和再生管路為焊接納接件銜接，使安裝平安可靠。.構(gòu)造特點1．吸附塔包裹保溫資料后外包裹不銹鋼皮，美觀、美麗。2．工藝管線布置簡約緊湊、美觀，并可靠固定。3．脫水安裝出口設(shè)置露點分析儀取樣口。4．吸附塔設(shè)有吸附劑裝卸口。5．再生系統(tǒng)中設(shè)有平安閥。6．吸附塔、再生氣加熱器等設(shè)備及其銜接納線均作保溫處置，防止熱損失和熱燙傷。.前后置脫水安裝比較處置量根據(jù)原料氣的壓力和含水量，前置脫水每小時可處置500~15000Nm3,吸附周期為40000~45000方；后置脫水每小時可處置500~3000Nm3,吸附周期為40000~24000方；.吸附劑前置脫水由于吸附周期長，再生次數(shù)相對減少，又未被緊縮機任務(wù)時產(chǎn)生的漏油污染，吸附劑的運用壽命較長。但由于裝填量較后置脫水大，一旦改換吸附劑，一次性維護費用大。而后置脫水那么相反。.再生方式普通前置脫水均采用閉式循環(huán)的再生工藝，可不受緊縮機能否開機的限制。其中又分降壓和不降壓兩種。降壓再生是指利用再生管路內(nèi)的余氣，經(jīng)放空降壓后進展加熱再生，該種方式普通在進站管網(wǎng)壓力≤0.5MPa時采用；不降壓再生是指直接利用再生管路內(nèi)的余氣進展加熱再生，而不再需經(jīng)降壓的方式，該種方式可減少CNG站再生時的一次性集中排放量，減少平安隱患。普通在進站管網(wǎng)壓力在0.5MPa以上時采用。.后置脫水的再生取氣方式目前可分為三種：從廢品干氣中取氣，經(jīng)降壓后進展再生，最后回到緊縮機前端管網(wǎng)內(nèi)。該取氣方式，再生氣質(zhì)好，不污染吸附劑，再生效果好。從緊縮機級間取氣再生，最后回到緊縮機前端管網(wǎng)內(nèi)。此種方式多用于國產(chǎn)緊縮機中，由于緊縮機在任務(wù)時產(chǎn)生的漏油，對吸附劑的污染嚴(yán)重，呵斥吸附劑的壽命縮短。從管網(wǎng)分壓下的高壓處取氣再生，最后回到管網(wǎng)分壓下的低壓處。此種方式受管網(wǎng)分壓的影響大。普通管網(wǎng)分壓應(yīng)思索在0.2MPa以上的壓差。.加熱方式前置脫水可采用內(nèi)置和外置兩種加熱方式。內(nèi)置式加熱保溫效果好，可縮短加熱時間；但內(nèi)置式由于加熱時的散熱由內(nèi)向外，因此接近電加熱管的吸附劑受熱溫度高，壽命縮短，且電加熱管改換較困難。外置式加熱那么相反。后置脫水因受壓力限制，目前普通均采用外置加熱方式。.再生冷卻方式前置脫水再生氣冷卻可采用水冷或風(fēng)冷式，普通北方或缺水地域采用風(fēng)冷，而南方或水源充足地域采用水冷。風(fēng)冷或水冷均需配備相應(yīng)風(fēng)機或水泵、冷卻塔、循環(huán)水池。后置脫水再生氣冷卻可采用水冷、風(fēng)冷或自然式冷卻。自然式冷卻，不另配備任何電源或附屬建筑物，與其它冷卻方式比，一年可節(jié)約運轉(zhuǎn)本錢18250元。.處置后的廢品氣質(zhì)前置脫水處置天然氣易受天然氣氣質(zhì)影響，假設(shè)來氣含水量不穩(wěn)定，會影響脫水效果，同時，由于天然氣經(jīng)緊縮機緊縮后(特別是國產(chǎn)緊縮機)有時會帶出一些雜質(zhì)，會影響車用氣質(zhì)量。后置脫水是在緊縮機后進展脫水處置，處置后的天然氣不會再受二次污染，使車用質(zhì)量穩(wěn)定。.前期投入本錢前置脫水處于緊縮機前端，因此進入緊縮機的氣體為純真的干氣，可延伸緊縮機的運用壽命。但體積大，前期投入本錢高；后置脫水處于緊縮機后端，體積小，前期投入本錢低。.維護費用前置脫水由于壓力低，除改換吸附劑的一次性維護費用大外，普通性的維護費用低。后置脫水的普通性的維護費用較高。.脫水效果分析

影響CNG氣質(zhì)水露點達標(biāo)的主要的要素有四點：1、吸附不理想1〕設(shè)計時選擇吸附劑不合理。當(dāng)相對濕度大或水含量高時，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剩余水蒸氣，以到達深度脫水的目的。.2〕吸附劑質(zhì)量差。吸附劑的抗壓碎強度差時易粉化，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。否那么，流速過快，會呵斥分子篩在任務(wù)時發(fā)生跳動，呵斥床層高度不一，氣流短路；流速過慢，壓降過小，經(jīng)過床層的氣流分布不均勻，影響吸附效果。.4〕接觸時間過短。根據(jù)閱歷參見空氣出口水分含量與接觸時間的關(guān)系，接觸時間確定為6秒以上較為適宜。

.5)進氣溫度過高。由于進氣溫度高，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。由于天然氣中有時含有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，因此吸附性能也會降低。且當(dāng)油包裹吸附劑呵斥吸附孔隙堵塞，使吸附性能直線下降。重?zé)N的存在極易出現(xiàn)反常凝析，因此又能夠在采用冷卻鏡面凝析濕度計法進展露點檢測時，對檢測結(jié)果進展干擾。.2、再生不完全1)再生溫度低。多數(shù)吸附劑廠家的資料闡明，再生溫度在180－300℃范圍，綜合性價比及實踐運轉(zhuǎn)來看，確定再生溫度為200－220℃較為合理。2)再生時間不夠或再生不能在規(guī)定的時間內(nèi)延續(xù)進展。導(dǎo)致反復(fù)加熱，既浪費能源，又不能到達應(yīng)有的再生溫度保溫時間。3)再生壓力過低，導(dǎo)致再生氣量過小。由Q＝cmΔt可知，再生氣量過小，那么提供的熱量太少。4)再生壓力過高。壓力過高，那么需求汽化的溫度也