《天然气脱水固体吸附法.ppt

1 7.3 固体吸附法脱水 吸附脱水原理和工艺过程； 常用固体吸附剂的性质； 吸附脱水工艺流程及主要参数； 吸附脱水工艺计算。 一、吸附脱水原理和工艺过程 吸附是用多孔性的固体吸附剂处理气体混合物，使其中一种或多种组分吸附于固体表面上，其他的不吸附，从而达到分离操作。 水是一种强极性分子，分子直径（2.76? ～3.2 ?）很小。不同的多孔性固体的孔径是不同的，孔径大于3.2 ? 的，都可以吸附水。吸附能力的大小与多种因素有关，主要是固体的表面力。 2. 吸附类型 根据表面力的性质可将吸附分为两大类型： 物理吸附 化学吸附 （1）物理吸附 物理吸附是指流体中被吸附的分子与吸附剂表面分子间为分子间吸引力—范德华力所造成，其吸附速度快，吸附过程类似于气体凝聚过程。 （1）物理吸附 物理吸附当气体压力降低或系统温度升高时，被吸附的气体可以容易地从固体表面逸出，而不改变气体原来的性质，这种现象称为脱附。 吸附和脱附为可逆过程，工业上利用这种可逆性，借以改变操作条件，使吸附的物质脱附，达到使吸附剂再生、回收或分离吸附质的目的。 化学吸附类似于化学反应。吸附时，吸附剂表面的未饱和化学键与吸附质之间发生电子的转移及重新分布，在吸附剂的表面形成一个单分子层的表面化合物。吸附中将放生的吸附热。 化学吸附具有选择性，它仅发生在吸附剂表面，且吸附速度较慢，是不可逆的过程。要很高的温度才能把吸附分子释放出来，并且释放出来的气体常已发生化学变化，不复呈原有的性质。为了提高化学吸附的速度，常常采用升高温度的办法。 脱水吸附操作方式 在天然气脱水装置大多是采用半连续操作，即固定床吸附。 4. 吸附的传质过程 5. 再生方法 对固定床气—固吸附而言，主要有三种再生方法： （1）温度转换再生法： 加热再生完全后，吸附剂需要冷却。 5. 再生方法 （2）压力转换再生法： （3）冲洗解吸再生法：其原理是用某种合适的气体冲洗吸附剂床层，达到解吸而再生的目的，升高温度或降低压力均有利于冲洗解吸。 二、常用固体吸附剂的性质 宏大的比表面积； 传热速度快； 很强的选择性 ； 能简便和经济地再生； 较高的机械强度和稳定的化学性质。 2. 常用的吸附剂 目前工业上常用的吸附剂有活性氧化铝、硅胶、分子筛和活性炭等。其中除活性炭外，都可以应用于天然气脱水。 4. 常用吸收剂的性质 在天然气脱水中常用的吸附剂有三种： 活性氧化铝； 硅胶； 分子筛。 其主要物性如表7-4所示。 表7-4 常用吸附剂的物性 （1）活性氧化铝 活性氧化铝是一种多孔、吸附能力较强的吸附剂。对气体、蒸气和某些液体中的水分有良好的吸附能力，再生温度175～315℃。国外天然气脱水常用的活性Al2O3有F-1型粒状、H-151型球状和KA-201型球状三种，其化学组成如表5-3-2所示。 表7-5 典型活性氧化铝组成 活性氧化铝吸附剂的特点 经活性氧化铝吸附脱水后，油田气的露点最高点可达-73℃； 但再生时消耗热量多，选择性差，易吸附重烃，呈碱性，不宜处理含酸性气体较多的天然气。 (2) 硅 胶 硅胶是粉状或颗粒状物质，粒子外观呈透明或乳白色固体。分子式为mSiO2 · nH2O，它是用硅酸钠与硫酸反应生成水凝胶，然后洗去硫酸钠，将水凝胶干燥制成。其典型组成如表7-6所示。 表7-6 典型硅胶的组成 (2) 硅 胶 硅胶吸湿量可达到40%左右。按孔隙大小，分成细孔和粗孔两种。粗孔硅脱的比表面积（3～5）×102m2/g，细孔硅胶约为（6～7）×102m2/g。天然气脱水用的是细孔硅胶，平均孔径20～30?。 硅胶吸附水蒸气的性能特别好，且具有较高的化学和热力稳定性。但硅胶与液态水接触很易炸裂，产生粉尘，增加压降，降低有效湿容量。 （3）分子筛 分子筛是具有骨架结构的碱金属的硅铝酸盐晶体。是的一种高效、高选择性的固体吸附剂。其分子式如下： M2/nO?Al2O3?xSiO2?yH2O M—某些碱金属或碱土金属离子，如Li、Na、Mg、Ca等； n—M的价数； x—SiO2的分子数； y—水的分子数。 （3）分子筛 分子筛通常分为X型和A型两类。它们的吸附机理是相同的，区别在于晶体结构的内部特征。A型分子筛具有与沸石构造类似的结构物质，所有吸附均发生在晶体内部孔腔内。 （3）分子筛 X型分子筛能吸附所有能被A型分子筛吸附的分子，并且具有稍高的容量。13X型分子筛中吸附象芳香烃这样的大分子。 表7-7 常用分子筛的性能表 分子筛的主要特点 具有选择性。 具有深度脱水特性。露点降大。 对极性分子具有很强的吸附性。 在较高的温度下仍然具有较强的吸附