天然气脱水技术.rar.ppt

1 第三节 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。 在实际过程中，有时物理吸附与化学吸附可相伴发生，同一物质在低温时以物理吸附为主，在高温时又以化学吸附占优势。在通常的吸附操作中，主要是物理吸附。 3. 吸附的操作方式 吸附剂与吸附物互相接触的操作（气-固吸附），一般可分为三种方式： （1）间歇操作：即将气体与吸附剂同时置于一容器内，使之充分接触而进行吸附，然后将吸附和气体分离。这种吸附操作主要用于实验室或小规模工业生产中。 3. 吸附的操作方式 （2）半连续操作：使被处理的气体通过固定的床层进行吸附，经一定时间后，停止进料，然后进行再生（解吸）。再生后重新进行吸附，依此循环。 （3）连续操作：将吸附剂和气体连续地逆流或并流送入吸附器，使之互相接触而进行吸附，处理后的气体和吸附剂连续流出设备。 脱水吸附操作方式 连续操作的设备效率高，但设备结构复杂，故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 图3-1所示为只有单一可吸附物质（水汽）的气体混合物在固定床上的基本吸附过程。其中图3-1（a）图是流出吸附剂床层的气体中吸附物浓度随时间变化的情况（又称转效点曲线）。C0—进料气的浓度；tB—吸附过程的转效点，CB—转效点浓度。 4. 吸附的传质过程 图3-1（b）是吸附剂床层示意图，图中阴影部分上吸附传质段，其长度用hz表示；在吸附传质段上部的吸附剂床层已吸附物所饱和，称为饱和吸附段，其长度用hs表示；在吸附传质下部的吸附剂则尚未吸附物质，称为未吸附段，其长度用hb表示；当AA线到达床层出口端时，达到了吸附的转效点，出口气流中吸附物浓度迅速上升，床层必须进行再生。 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：升高吸附剂床层温度进行再生，然后降温冷却，再重新吸附。加热方式有两种：一种是利用热再生气通入吸附剂床层直接加热，同时带走被解吸的吸附物；另一种是床层内部装加热 盘管进行间接加热，如图4-3-2所示。 5. 再生方法 加热再生完全后，吸附剂需要冷却，然后重新开始吸附操作。冷却过程可以采用放置自然冷却的方式，但通常都通冷气流进行冷却，冷气流的吹入方向最好与吸附时的气流方向相反，而且冷气流中应不含吸附物。 5. 再生方法 （2）压力转换再生法：其原理是使吸附剂床层在较高的压力下进行吸附，然后降低压力而使吸附物解吸。此类再生工艺主要用于产品提纯。在天然气脱水基本不用。 （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。 3. 吸附剂的性能参数 （1）比表面积 吸附剂是固体颗粒，其内部有许多微孔和孔道与表面相通。吸附剂颗粒外表面积与颗粒内孔穴的表面积之和称为吸附剂的表面积。单位可用m2/g表示。 （2）密