CNG站分子筛脱水效果研究

2022-09-10

一、研究目的

目前, CNG站中天然气脱水方式以固体吸附法分子筛脱水应用最广泛, 技术最成熟可靠.但是在运行的过程中, CNG行业却存在处理后天然气实际含水量不能达到相关要求。文章针对现有CNG站脱水设备配置及操作维护管理实际情况, 对CNG站中分子筛实际生产的操作参数进行核算, 判断其是否可以满足当前生产实际需要。

二、实际生产过程中分子筛的脱水衡算

分子筛脱水是一个物理吸附过程。物理吸附主要由范氏引力或扩散力所引起, 气体的吸附类似于气体的凝聚, 一般无选择性, 是可逆过程, 吸附热小, 吸附所需的活化能小, 所以吸附速度快, 较易达到平衡。

分子筛的衡算中才用南充CNG南站做为计算的选取站, 其基本数据为:

1. 脱水核算

当气体自上而下流过吸附剂床层时, 最顶端的吸附剂立即被水蒸气饱和 (即吸附剂上的水含量与进口湿气的水含量达到平衡) , 此时该部分床层为吸附饱和区。在吸附饱和区的吸附剂不在吸取天然气中水分, 从而湿气继续向下流动, 水蒸气被吸附饱和区下的床层吸附, 形成吸附传质区。在吸附传质区中, 吸附剂床层的水含量自上而下的接近饱和到零之间剧烈变化。随着湿气的不断向下推进, 未吸附区不断缩小, 直到吸附传质区的前端达到床层的底部后, 该塔不能在进行脱水操作, 需要对脱水塔进行切换后继续操作。

(1) .每个周期需要吸附的水量: (Q为每日天然气处理量, τ为脱水处理周期, win、wout为原料气与处理后天然气的含水量) ;

(2) .干燥器的空塔气速:

天然气密度可取为0.717kg/Nm3, 与空气相对密度为γg=0.5548;

由于γg≤0.7, 天然气的临界温度与压力为:

Tpc=92.2+176.6γg=190.17K, Ppc=4.778-0.248γg=4.64MP;

由Ppr, Tpr查表可得天然气的压缩因子Z=0.86;

吸附剂床层截面积的水负荷为:

(3) 吸附剂床层的最小高度:

2. 脱水所需分子筛衡算

所需分子筛的质量为:W=xG=102.8kg (x为分子筛有效湿容量) ;

按照该站CNG站每天的处理量, 要保证气质达到要求的情况下其分子筛的添量应该要达到102.8KG。

3. 切换时间理论计算

再生过程一般分为3个过程, 升温阶段、恒温阶段、冷却阶段, 床层的再生时间中, 加热过程一般占55%~65%, 冷却时间一般为全过程的20%, 备用和切换时间一般为全过程10%。该站再生气才用处理后的干气做为进气, 再生过程中, 由于分子筛有内胆, 壳体在再生过程中的热量不予计算, 通过半小时升至t4=215℃, 恒温215℃保持3小时, 再生气温度tH=220℃, t1=24℃。

(1) .加热吸附剂所需要的能量:Qhd=mdCpd (T4-T1) =11035KJ;

(2) .加热水的显热:Qhw=mwCpw (T4-T1) =18393KJ;

(3) .脱附水的潜热:Qvw=mwΔHw=96370KJ;

(4) .总的热负荷:Qrh=1.10 (Qhd+Qhw+Qvw) =138377KJ; (

5) .加热再生气热量:

在南站的实际冷却过程中, 再生气的流量为35 m3h, 其质量流量为q=25.9kg/h;

(6) .冷却过程总热负荷:

冷却吸附剂需带走的热量:Qcd=mdcpd (T5-T4) =-9533.7KJ

由于脱水撬有内胆, 因此不考虑壳体热量的冷却, 加以修正系数1.10得需要带出热量为Q1=1.10Qcd=10487KJ

冷却时间:

总共冷却时间为θh+θc=6+1.54=7.54h

通过计算可以得知, 该站脱水操作理论计算操作参数为:床层最小高度2.4m, 再生过程所需要的时间一共为7.54h, 干燥器空塔气速16.56m/min, 床层截面积水负荷9.166 kg/ (h∙m2) 。