固体干燥剂脱水知识培训培训地点：会议室培训人：培训时间：2019年1月24日-1月26日固体表面对临近气体（或液体）分子存在吸附力，在固体表面可捕捉临近的气液分子，这种现象称吸附。

根据吸附力的不同，吸附分为化学吸附和物理吸附两种。

若气体和固体原子间以某种化学键结合、形成新的物质并以单层分子形式附着于固体表面上，称化学吸附，多数为不可逆过程。

若气体和固体间依靠范德华力，使固体表面形成多层被吸附的气体分子，称物理吸附，是可逆过程。

逆过程称为再生、活化或脱附。

固体干燥剂脱水属于物理吸附。

吸附装置为固定床吸附塔，即在立式圆柱筒体内充填多孔性固体吸附剂。

塔顶为湿气进口，塔底为干气出口。

1、单组分的吸附过程如图，流出吸附床的气体水浓度随时间而变化。

开始水浓度极低，tB时刻水浓度开始增加，最终床出口气体水浓度与进口相等。

tB称为吸附过程的转效点，相应的水浓度CB为转效点浓度，浓度随时间变化曲线称转效曲线。

如图为吸附床示意图。

吸附床层从开始吸附到停止使用而再生，在吸附过程的不同时期，吸附床层的吸附情况是不同的。

图中阴影部分为吸附传质段，吸附剂仍然有吸附脱水作用；在吸附传质段后边线BB上方的吸附剂已被水饱和，称饱和吸附段；在吸附传质段前边线AA下方，吸附剂尚未吸附水汽，称未吸附段。

随含水气体不断通过吸附床，吸附传质段不断向下移动，当传质段前边线AA达到床层出口端，即吸附过程转效点达到出口端时，流出床层的气体中，水浓度开始迅速上升。

2、多组分的吸附过程吸附剂在吸水的同时也吸附甲醇、硫化氢和硫醇、二氧化碳和烃类。

根据吸附质和吸附剂亲和力的强弱，优先吸附的顺序为：水、甲醇、硫化氢和硫醇、二氧化碳，之后为烃类。

烃类按分子量大小排序，由重到轻。

按吸附顺序各组分转效曲线沿床长的分布如图所示。

3、吸附特性1）吸附平衡气体与固体吸附剂接触时，有一定量的气体被吸附。

被吸附的气体，由于热运动又会发生脱附，脱附速度随固体表面被吸附气体量的增加而增大。

最后在一定温度和压力下，脱附速度和吸附速度相等，便达到了吸附平衡。

在平衡条件下，单位质量吸附剂吸附物质的多少，称平衡吸附量，简称吸附量。

吸附量的大小与温度和压力有关。

如图，CO2在木炭上的等温吸附线，横坐标为CO2在气体内的分压。

可见，吸附量随温度的升高而减少，随吸附质在气相中分压的增大而增加。

吸附剂的这种性质表明，高压、低温有利于吸附。

在气体脱水工业中，吸附量的大小以湿容量表示，是指每100g吸附剂吸附水蒸汽的克数。

湿容量又分为静态平衡湿容量和动态平衡湿容量。

处于静止条件下测定的吸附剂的吸附量称静态平衡湿容量；处于流动条件下测定的吸附剂的吸附量称动态平衡湿容量。

动态湿容量约为静态湿容量的40～60％。

吸附剂湿容量随使用时间延长而降低，开始时湿容量降低很快，之后降低缓慢，最终降低至某一很低的水平上，失去脱水能力而更换。

因而，吸附剂脱水设计中不可能以动态平衡湿容量确定所需的吸附剂用量，一般约取70％动态平衡湿容量为设计湿容量，或称有效湿容量。

2）吸附速率吸附速率取决于外部扩散速率、内部扩散速率及吸附本身的速率。

外部扩散是指气流中的吸附质扩散至气固界面；内部扩散是指气固界面处的吸附质沿多孔性固体内部的毛细孔扩散至吸附表面。

吸附速率的变化范围很大，可以从百分之几秒到几十小时。

由于吸附速率的影响因素众多，在实际工程应用时，一般依据经验或通过实验方法来确定。

3）吸附热气体分子被吸附到吸附剂表面时所放出的热量称为吸附热。

不含吸附质的新鲜吸附剂从开始吸附到吸附一定量吸附质时放出的全部热量，称为积分吸附热。

吸附热一般由实验测定。

实际吸附过程中放出的热量会使吸附剂和气流温度升高，从而降低了吸附剂的吸附量。

因此，在设计吸附塔时，必须要考虑吸附热对平衡吸附的影响。

只有吸附质的量很小时，才可以认为是等温吸附。

4、吸附剂种类用于天然气脱水的吸附剂主要有三种：硅胶、活性氧化铝和分子筛。

1）硅胶主要成分为SiO2，含微量Al2O3和水。

用于脱水的硅胶有粉状、圆柱条状和球状三种，并有细孔（20～40Å，600～700m2／g）和粗孔（80～100 Å ，300～500 m2／g）之分。

缺点：①与液态水接触易炸裂，因此除尽量防止液态水外，通常需要在气体进口处加一层不易为液态水破坏的吸附剂。

②若气流内存在防腐剂，由于硅胶的再生温度不足以使防腐剂脱附，造成防腐剂在硅胶上结焦，影响脱水效果。

③易于为液态烃堵塞。

2）活性氧化铝主要成分为Al2O3，并含有少量其他金属化合物（Na2O、Fe2O3等）和水。

活性氧化铝也有细孔（约72 Å ）和粗孔（120～130 Å）之分，商用活性氧化铝做成粒径3～7 mm的球状和圆柱条状。

活性氧化铝的比表面积210～350m2／g。

缺点：①处理酸性天然气时，氧化铝能促使H2S与气体生成COS。

吸附剂加热再生时，吸附床内残留固态硫，造成堵塞，影响正常脱水。

②易于为液态烃堵塞。

3）分子筛分子筛是一种人工合成的碱金属或碱土金属的硅铝酸盐晶体。

其分子式的通式为：SiO2分子数与Al2O3分子数之比称为硅铝比，在数值上等于x。

（1）分子筛的类型根据硅铝比的不同，分子筛分为三种类型：A型（硅铝比为2），X型（硅铝比为2.5）和Y型（硅铝比为3~6）。

对于相同的类型（即硅铝比相同），形成分子筛的金属离子不同，分子筛的孔径不同，在几到十几个Å 。

（2）分子筛的吸附特性①选择吸附性：分子筛的孔径小于硅胶和活性氧化铝的孔径，只有分子直径小于筛孔直径的气体分子才能进入筛孔内被吸附，因此分子筛的吸附具有很强的选择性。

②优选吸附性：分子筛表面具有大量较强的局部电荷，为极性物质。

因而，对于那些能够进入筛孔内的分子，其优先吸附其中极性强的分子。

水是强极性分子，所以分子筛是干燥脱水的优良吸附剂。

③高效吸附性：分子筛的高效吸附性主要表现在两个方面：如图，三种吸附剂的湿容量与相对湿度的关系。

可见，相对湿度愈小，湿容量愈小。

但当相对湿度较低时分子筛仍有很好的吸附性能。

如图，三种吸附剂的湿容量与温度的关系。

可见，温度愈高，湿容量愈小；但当温度较高时分子筛仍有很好的吸附性能。

4）吸附剂对比和选择吸附剂的选择通常主要是考虑价格、工艺条件和脱水要求等方面：①硅胶与分子筛的价格相差不多，氧化铝的价格约为分子筛的一半。

②相对湿度愈大，湿容量愈大；而且在相对湿度较高时，硅胶和氧化铝的湿容量高于分子筛，所以硅胶和氧化铝适用于气体水含量较大的场合。

③分子筛在相对湿度较小时有较高湿容量，因此适用于气体深度脱水，要求干气露点很低的场合。

比如天然气冷凝法轻烃回收之前必须用分子筛脱水。

④随温度升高，分子筛湿容量的降低相对较慢，故必须在较高温度下脱水时，应采用分子筛。

5、吸附剂的再生吸附剂的再生是为了除去吸附质，恢复吸附剂活性。

吸附剂的再生过程就是吸附剂的脱附过程。

工业上常用的再生方法是升温脱附，因为温度愈高，湿容量愈小。

通常是用脱过水的天然气作为再生气体，将其加热到一定高温，从塔底进入，自下而上穿过整个床层，利用再生气所具有的高温使吸附剂在吸附过程中所吸附的水分汽化，并被再生气携带从顶部出塔。

脱附完成后，吸附床层的温度很高，不利于吸附。

因此需要用冷干气进行冷却，这一过程称为冷吹。

冷却后的塔方可进行吸附操作。

再生气和冷吹气都是从塔底进入，这样可以确保在吸附操作中未吸附脱水的床层区域在再生操作中没有含水气流过，使吸附床层底部的吸附剂得到完全再生。

6、循环周期循环周期应根据湿气中含水量、再生能耗、吸附剂寿命等进行综合确定。

循环周期长，意味着再生次数少，吸附剂寿命长，但床层较长，固定投资较高。

常见的吸附循环为8 h，也有用16和24 h的。

若用两塔流程，吸附时间=再生时间+冷却时间，还需要一定的切换等辅助操作时间。

循环周期还分长周期和短周期。

转效点到达床出口时进行塔切换的称长周期；吸附传质段前边线达到床层长度50～60％时就进行塔切换的称短周期。

要求干气露点低时应采用短周期。

气体处理量一定时，短周期意味着需要较多的吸附剂，增大了吸附塔的高度。

7、吸附塔的内部结构支撑隔栅：支撑吸附剂和瓷球重量。

瓷球：使气流比较均匀分布，再生时顶部瓷球还有压住吸附剂、防止吸附剂被吹跑的作用。

支撑隔栅上的丝网：防止瓷球漏下。

吸附剂床层上、下丝网：防止吸附剂漏出。

8、吸附脱水原理流程为保证连续生产，流程中必须包括吸附、再生和冷吹三道工序。

可以采用两塔流程或三塔流程。

如图为两塔流程。

再生气量为原料气质量流量的5％～10％。

由干气汇管引出，经压缩机增压0.28～0.35 MPa。

8、吸附脱水操作和参数吸附脱水系统的合理设计和正确操作是延长吸附剂寿命、节省运行能耗和费用的关键。

主要考虑这样几个方面：1）原料气压力和温度原料气压力和温度应综合考虑脱水系统上下游工艺要求。

（1）原料气温度的确定要考虑三个方面：①温度愈低，原料气的含水量愈小，吸附负荷愈低；②温度愈低，吸附剂的湿容量愈大，吸附效果愈好；③温度不能低于水合物形成温度。

一般原料气经压缩、冷却后温度控制在38~50℃。

多在45 ℃左右。

（2）原料气压力的确定要考虑两个方面：①压力愈高，吸附剂湿容量愈大，吸附效果愈好；②后续工艺所需压力。

但压力对湿容量的影响比温度小得多。

所以，吸附操作压力主要按后续工艺所需压力决定。

一般原料气压力控制在3.4～8.3 MPa。

在操作中应避免原料气压力波动而扰动吸附剂床层。

2）保持脱水系统洁净系统内出现游离水、液烃、腐蚀产物、化学剂、蜡、泥沙等杂质，将影响吸附剂湿容量和使用寿命。

要保持脱水系统洁净，必须做好以下几方面的工作：①设置入口分离器或涤气器对原料湿气进行净化，入口分离器或涤气器是保持脱水系统洁净的的关键设备。

②新建系统投产前，应对系统进行干燥处理。

③自再生塔塔顶流出的热再生气经冷却、分离出凝液后，掺入原料气内返回脱水流程，再生气与原料气的温度应尽量一致，温差不应大于10℃，防止再生气骤冷冷凝。

④在确保不生成水合物的前提下，应尽量降低再生分离器温度，尽可能多地从再生气内分出水和液烃等脱附物。

⑤经常检查再生分离器排出液体的pH值，有助于确定系统的腐蚀倾向。

3）保持吸附剂长效吸附剂长效的保持，要做到以下几点：①在吸附剂制造商提供的再生温度范围内，使用较高的再生温度(一般230~315℃)。

尽可能的使被吸附水和其他杂质脱附，以免吸附剂内残留吸附质，而影响脱水效率和吸附剂寿命。

②用干气进行再生和冷吹操作。

这样可以确保在吸附操作中未吸附脱水的床层区域在再生操作中没有含水气流过，使吸附床层底部的吸附剂得到完全再生。

而且温度可冷却至100℃以下、略高于原料气温度。

③吸附塔实际操作压力不应低于设计压力太多。

因为在一定气体处理量下，压力愈低则吸附塔内气体流速愈高，可能对吸附剂产生扰动，使吸附剂磨损、破碎。