CNG加氣母站脫水裝置再生工藝的分析比較

中國石化天然氣分公司 陳效華 丁乙

CNG加氣母站的工藝流程一般為對天然氣進行過濾、脫水、增壓壓縮，存儲后轉運至CNG運輸槽車。然后由槽車運送CNG至加氣子站，降壓、計量后出售給汽車等下游用戶。因下游用戶對天然氣氣質的要求相對較高，特別是天然氣中水含量的控制，對CNG壓縮機的影響及凝析水的影響均較大，故加氣母站需要對進入壓縮機的天然氣進行脫水處理，確保CNG質量。脫水工藝是其中十分重要的工藝環(huán)節(jié)。

1 脫水裝置的運行方式

CNG母站采用的前置式天然氣脫水裝置根據(jù)不同的工作條件有其不同的工作流程，其主要區(qū)別在于再生方式的不同，所以其運行方式可分為等壓再生與減壓再生。

1.1 等壓再生零排放流程

等壓再生零排放流程見圖 1。當天然氣通過分子篩床層時，氣體中的水蒸汽分子被分子篩吸附，從而實現(xiàn)干燥氣體的目的；再生時，通過循環(huán)風機鼓動，使加熱氣體反向通過吸附罐，將吸附罐干燥塔內已飽和的分子篩微孔表面所吸附的水分子脫去，使分子篩重新獲得吸濕能力。濕氣體經過進口前置過濾器進入A吸附罐(或B罐)脫濕干燥。脫濕后的干燥氣體經由下端出氣口，經后置過濾器濾除粉塵后匯入壓縮機進氣總管。另一吸附罐體則通過閥門的開啟、閉合與循環(huán)風機、冷卻器、加熱器等組成一個閉式循環(huán)回路。再生時，鼓風機將氣體送往加熱器加熱至一定溫度，然后進入B罐(或A罐)吹洗吸附劑，使其獲得活化再生。A罐與B罐的“吸附——再生”過程交替進行，供氣過程得以連續(xù)不斷。

圖1 等壓再生零排放流程示意

當天然氣壓縮機停機時，再生系統(tǒng)將仍然按上述方式和路徑延續(xù)再生過程。在裝置前后安裝止逆閥或截止閥，當壓縮機停機時，可確保脫水裝置在設定壓力下工作，從而使再生過程無論是壓縮機開機或停機過程中均能充分完成。

1.2 減壓再生流程

減壓再生流程見圖 2。當天然氣通過分子篩床層時，氣體中的水蒸汽分子被分子篩吸附，從而實現(xiàn)干燥氣體的目的；再生時，通過循環(huán)風機鼓動，使加熱氣體反向通過吸附罐，將吸附罐干燥塔內已飽和的分子篩微孔表面所吸附的水分子脫去，使分子篩重新獲得吸濕能力。濕氣體經過進氣口前置過濾器進入A吸附罐(或B罐)脫濕干燥。脫濕后的干燥氣體由下端出氣口，匯入壓縮機進氣總管。另一罐體則通過閥門的開啟、閉合與循環(huán)風機、冷卻器、加熱器等組成一個閉式循環(huán)回路。再生時，由于循環(huán)風機采用羅茨鼓風機，其工作壓力一般不高于0.1 MPa，因此在再生循環(huán)前，需將需要再生的濕吸附罐內的氣體通過泄壓閥排出一部分，卸壓至 0.05 MPa左右，減壓后循環(huán)風機將氣體送往加熱器加熱至一定溫度，然后進入B罐(或A罐)吹洗吸附劑，使其獲得活化再生。A罐與B罐的“吸附——再生”過程交替進行，供氣過程得以連續(xù)不斷。

圖2 減壓再生流程示意

2 運行方式分析及建議

(1)所謂的閉式循環(huán)，是利用閥門的開啟或切斷組合，使天然氣在吸附罐干燥器內形成一個封閉循環(huán)的氣流。此循環(huán)中的天然氣，即是再生氣，功能是將吸附在罐內分子篩內孔壁面上的水分子帶出吸附罐。

(2)一般情況下減壓再生系統(tǒng)中循環(huán)風機采用羅茨鼓風機，該機是一種采用等容壓縮、熱效率較低的壓氣機，需要將濕吸附罐內氣體泄壓，這種降壓再生的方式既造成了氣體的無謂浪費，又對健康安全環(huán)境管理體系(HSE)帶來隱患，甚至可能引致周圍居民的抗議。

(3)為杜絕此種缺陷，建議采用不卸放壓力的等壓力再生方式。即在再生循環(huán)中，采用可在高壓力下工作的循環(huán)壓縮機，實現(xiàn)在不卸放“濕”吸附罐內的氣體的條件下，脫出分子篩吸附的水分，實現(xiàn)了分子篩的再生。

3 總述

對各種吸附式脫水干燥裝置而言，其吸附方式幾乎沒有差異：都是將濕氣體經過濾后送入填滿吸附劑的罐或塔內，將氣體中的水份吸附在吸附劑——分子篩上，從而獲得干燥的氣體。各種干燥器的差異大都集中在再生方式和參數(shù)的選擇上。

再生流程能將分子篩微孔內吸附的水分子驅逐，使分子篩重新活化。但顯然，再生流程的設計對于干燥器的連續(xù)運行起著至關重要、甚至決定性的作用。作為吸附水份的分子篩填裝體不論多大，分子篩終究會飽和，失去吸附能力。因此選用合理的再生流程和參數(shù)成為吸附罐中干燥器設計中的關鍵要素。

一個合理的再生流程同時也可以做到用盡可能少的消耗——包括電加熱功率、氣體耗損率——達到有效的再生目的，實現(xiàn)安全與環(huán)保。