分子篩脫水工藝

目前氣工業(yè)用的脫水吸附器主要是固定床吸附塔,為保證裝置連續(xù)操作,至少需要兩個(gè)吸附塔。分子篩工藝一般分為兩塔流程、三塔或多塔流程。在兩塔流程中,一塔進(jìn)行脫水操作,另一塔進(jìn)行吸附劑的和冷卻,然后切換操作。在三塔或多塔流程中,受進(jìn)料條件等因素影響切換程序可以有多種選擇,例如三塔流程可采用一塔吸附、一塔、另一塔冷卻或二塔吸附、一塔及冷卻的切換程序。

 

兩塔流程

    兩塔流程由裝填有分子篩的兩個(gè)塔組成,假設(shè)塔2在進(jìn)行干燥,塔1在進(jìn)行。在期間,所有被吸附的物質(zhì)通過加熱而被脫吸,為該塔的下一個(gè)吸附周期作準(zhǔn)備。

濕原料氣一般經(jīng)原料氣過濾分離器,攜帶的液滴后自上而下地進(jìn)入分子篩脫水塔(塔2),進(jìn)行脫水吸附過程。脫除水后的干氣一般經(jīng)產(chǎn)品氣粉塵過濾器分子篩粉塵后,作為本裝置產(chǎn)品氣輸送出去。

由兩部分組成加熱與冷卻。在加熱期間,氣由氣加熱器加熱到200~315e后,自下而上地進(jìn)入分子篩脫水塔(塔1),進(jìn)行分子篩過程。分子篩脫水塔(塔1)頂出來(lái)的氣經(jīng)過氣冷卻器冷卻后,再進(jìn)入氣分離器分離出凝液,之后氣可返回到濕原料氣中,也可摻入產(chǎn)品氣中,還可進(jìn)入工廠燃料氣系統(tǒng)中。一旦分子篩床層被完全后,氣將走氣加熱器旁通,進(jìn)入分子篩脫水塔(塔1)以使床層冷卻下來(lái),當(dāng)冷吹氣流出口溫度低于50e時(shí),冷卻過程即可停止。

 

三塔或多塔流程

    分子篩脫水裝置的設(shè)計(jì)要素之一是塔的個(gè)數(shù),多數(shù)大規(guī)模的氣分子篩脫裝置采用兩個(gè)以上的塔才是佳和經(jīng)濟(jì)的。采用三塔或多塔的方式有:兩塔平行吸附操作,三個(gè)塔和冷卻

    如圖1所示三塔,塔1、塔2內(nèi)的陰影區(qū)表示在床層或部分床層上吸附水的過程,在陰影區(qū)中床層基本上被水飽和,而在陰影區(qū)以下,分子篩可吸附多的水。陰影區(qū)的底部表示吸附區(qū)前端隨著時(shí)間而向下移動(dòng)通過整個(gè)床層。床層1的吸附前端低于床層2,因?yàn)榇矊?通過氣流的時(shí)間長(zhǎng),當(dāng)這個(gè)前端的到達(dá)出口時(shí),床層切換為,而床層2和床層3進(jìn)行吸附,這樣任何時(shí)候均有兩個(gè)脫水塔處于不同程度的飽和狀態(tài),當(dāng)床層2準(zhǔn)備時(shí),床層1必須準(zhǔn)備好返回到吸附態(tài)。

 

 

圖1 三塔流程

三塔吸附的操作程序是:

    1和2,2和3,1和3,1和2,,無(wú)次。類似的安排可用于四個(gè)塔,在同一時(shí)問有三個(gè)塔處于吸附。顯而易見,流動(dòng)安排影響到周期的選擇。

    對(duì)上述兩塔平行吸附操作,三個(gè)塔和冷卻的切換程序,適用于時(shí)間相對(duì)較短,進(jìn)料氣含水量很低的場(chǎng)合。

    一塔吸附、一塔加熱、一塔冷卻這種流程常用于短周期的裝置或者需要同時(shí)脫除C5+和水的輕烴回收裝置。在這類裝置里,吸附周期有時(shí)少于1h,這樣一來(lái),就沒有足夠的時(shí)間在一個(gè)塔的期間去完成加熱和冷卻過程,因而需要分別在兩個(gè)塔內(nèi)完成。

    各種工藝流程均有自己的優(yōu)缺點(diǎn),可根據(jù)各種工藝方案的設(shè)備投資、氣用量和操作費(fèi)用等方面進(jìn)行比較,以選擇佳工藝流程和操作周期。

裝置操作參數(shù)

 1、吸附操作

   操作溫度

   為使分子篩能保持高濕容量,原料氣溫度不宜高于50e,但也不能低于其水合物形成溫度。

2、操作壓力

壓力對(duì)分子篩濕容量影響甚微,主要由輸氣管道壓力決定。但是操作過程中應(yīng)避免壓力波動(dòng)，如果脫水塔放空太急,床層截面會(huì)產(chǎn)生局部氣速過高,引起床層移動(dòng)和摩擦,甚至分子篩顆粒會(huì)被氣流夾帶出塔。

3、分子篩使用壽命

    分子篩使用壽命一般為3~5a,其使用壽命主要取決于原料氣的氣質(zhì)、吸附和過程的操作情況等。

為上游裝置的緩蝕劑、胺類及其他液體、固體雜質(zhì)隨原料氣進(jìn)入吸附器床,所以必須充分重視原料氣的分離和過濾。從而要延長(zhǎng)分子篩的使用壽命。

操作周期操作周期通常采用8h,也可采用16h和24h。

原料氣流向吸附操作時(shí)塔內(nèi)氣體流速大,塔內(nèi)氣體從上向下流動(dòng)。吸附操作時(shí)可允許較大的流速但不能造成分子篩床層擾動(dòng)。

4、加熱操作

   氣來(lái)源氣來(lái)源主要有以下幾種:

  a.原料氣。當(dāng)用原料氣作為氣時(shí),在冷卻期會(huì)涉及到床層一定程度的再飽和,制了床層的有效能力,并且如果是向上流動(dòng)冷卻,則脫除水后的氣可達(dá)到的水露點(diǎn)小。適用于脫水不很高的場(chǎng)合。

  b.脫水后的產(chǎn)品干氣。

  c.工廠其它裝置的干凈化氣。

    加熱方式加熱有熱載體加熱、加熱爐加熱和電加熱這三種加熱方式。采用何種方式應(yīng)考慮各種因素,對(duì)大型連續(xù)加熱的流程,加熱爐有優(yōu)勢(shì),電加熱和熱載體加熱的操作控制靈活,間斷加熱有優(yōu)勢(shì)。

5、溫度

    溫度主要取決于使用的分子篩和被脫吸物質(zhì)的性質(zhì),一般為200~315e。使用較高的

溫度可提高后分子篩的濕容量,但會(huì)縮短其有效使用壽命。

6、壓力

    降壓

    低壓氣有較高的攜水能力,并且對(duì)于相同質(zhì)量流率有較高的氣速度通過床層,這就使得與高壓相比氣流量較低。低壓時(shí),切換程序必須考慮系統(tǒng)壓力與床層壓力相平衡的問題,以避免切換時(shí)由于氣流的劇烈流動(dòng)而對(duì)分子篩床層造成損壞。

    不降壓

    如果允許的話氣可直接摻入產(chǎn)品氣中,而且由于和吸附壓力幾乎相同,切換程序不必考慮系統(tǒng)壓力與床層壓力相平衡的問題。

    氣流量氣流量通常為總處理量的5%~15%,由具體操作條件而定。氣流量應(yīng)足以保證在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將分子篩的溫度提高到規(guī)定的溫度。

7、需要的時(shí)間

    使吸附器出口氣體溫度達(dá)到預(yù)定的溫度所需的時(shí)間約為總周期時(shí)間的1/2~5/8,若采用吸附周期為8h,對(duì)于雙塔流程,則加熱吸附床層時(shí)間約為4.5h,冷卻床層時(shí)間約為3h,備用與切換時(shí)間約為0.5h[4]。

8、氣流向

    氣體從下向上流動(dòng)

一方面可以脫除靠近進(jìn)口端被吸附的污染物質(zhì),并且不使其流過床層;另外,還可使床層底部分子篩得到完全,因?yàn)榇矊拥撞渴菨裨蠚馕礁稍镞^程后接觸的部位,直接影響流出床層的干氣的質(zhì)量。時(shí)氣體采用和吸附操作時(shí)相反的流向會(huì)增加切換閥門和配管。 

    氣體由上至下的流動(dòng)

在短周期操作時(shí),由于床層上部脫附的水有助于床層下部烴類的脫附,故時(shí)氣體一般采用與吸附操作時(shí)相同的流向。

9、冷卻操作

    冷卻氣流量冷卻氣流量通常與氣流量相同。

10、冷卻氣流向

    氣體從上向下流動(dòng)

如果冷卻氣含水,好采用此種流動(dòng)方式,以使冷凝下來(lái)的水留在床層頂部,這樣,在吸附周期水分就不會(huì)對(duì)干燥后的氣水露點(diǎn)產(chǎn)生過大影響。

    氣體從下向上流動(dòng)

如果冷卻氣不含水,可采用該種流動(dòng)方式,這樣可節(jié)省兩個(gè)開關(guān)閥(利用未加熱的氣)。   

11、冷卻終溫

冷卻終溫為40~55e,通常為50e。214 切換操作

吸附與進(jìn)行切換時(shí),降壓與升壓速度宜小于013MPa/min。