氣體脫水系統和方法與流程

本發明涉及氣體干燥或吸收技術領域，特別是涉及一種氣體脫水系統和方法。

背景技術：

水是工業化生產過程中，在各個階段中最常見的雜質，它的存在會對工業氣體的輸送、加工、使用造成嚴重影響。具體體現在：原料氣中如存在大量水汽，有可能會與烴類生成水合物，進而引起管線、閥門以及儀表的堵塞,降低管路的輸送能力，甚至產生物理性破壞；同時原料氣中的水會溶解co2、so2、h2s等酸性氣體，腐蝕管路以及設備。水分的存在還會降低天然氣的熱值，導致產品質量下降；在潮濕的電子車間內，濕度會直接通過電子表面縫進入電子元器件，造成電子產品內部設備失靈，短路等不良現象出現。因此，脫水在氣體凈化工藝中占有舉足輕重的地位。

目前氣體干燥脫水方法主要有:冷凍分離法、溶劑吸收法、固體干燥劑吸附法。其中溶劑吸收法通常采用甘醇作為吸收劑，但該工藝系統比較復雜，三甘醇溶液再生過程的能耗比較大；三甘醇溶液在操作過程中損失較大，容易被污染，需要補充和凈化；三甘醇與空氣接觸會發生氧化反應，生成有腐蝕性的有機酸。離子液體因其蒸汽壓低、熱穩定性高、結構和性質可精細調控等，被廣泛應用于氣體分離、萃取、電化學、有機反應、材料制備等領域。在氣體脫水領域，離子液體與水具有極高的親和力，同時可以在較低的溫度下實現再生，而且離子液體蒸汽壓低，在使用過程中損耗極小，且性質穩定，不易變質，極大的降低了操作及維護費用。

超重力技術自問世以來便受到廣泛的關注，已應用于聚合物脫除單體、氣體的脫除和分離、解吸過程(吹脫)、精餾提純等領域。具有設備體積小、結構簡單、占地面積少；強化傳遞效果顯著，傳遞系數提高了1-3個數量級；物料停留時間短，適用于某些特殊的快速混合及反應過程；達到穩定時間短，便于開、停車，便于更換物系，易于操作；應用范圍廣、通用性強、操作彈性大等優點。因此超重力技術是海上平臺、山地、室內等環境氣體脫水工藝的理想選擇。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種氣體脫水系統和方法，以克服現有技術中的不足。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

本申請實施例公開一種氣體脫水系統，包括超重力機、氣液分離器、換熱器、緩沖罐和脫水再生裝置，所述超重力機的氣體出口連通于所述氣液分離器，所述超重力機、換熱器、緩沖罐、脫水再生裝置、換熱器、超重力機之間依次連通構成吸收劑的循環回路，所述循環回路上設置有循環泵。

優選的，在上述的氣體脫水系統中，所述超重力機中的脫水吸收劑為單一離子液體、多種離子液體的混合溶液、或離子液體與甘醇溶液的混合溶液。

優選的，在上述的氣體脫水系統中，所述循環泵設置于所述超重力機的進液口和換熱器之間。

優選的，在上述的氣體脫水系統中，所述超重力機的氣體入口設置有過濾分離器。

優選的，在上述的氣體脫水系統中，所述脫水再生裝置為超重力機、閃蒸罐或再生塔。

優選的，在上述的氣體脫水系統中，所述離子液體的陽離子為季銨鹽類、季磷鹽類、吡啶類或咪唑類；所述離子液體的陰離子為乙酸根、硫酸酯類、磷酸二甲酯根離子、鹵素類、亞甲基硫酸根離子、四氟硼酸根、六氟磷酸根、磺酸鹽類或胺鹽類。

相應的，本申請還公開了一種氣體脫水系統的脫水方法，包括步驟：

(1)、脫水吸收劑由液體分布器進入超重力機，原料氣與吸收劑在超重力機內發生逆流接觸，干燥后的原料氣經氣體出口排出并進入氣液分離器；

(2)、脫水后的吸收劑經超重力機排液口排出，經換熱器加熱后進入緩沖罐，然后進入脫水再生裝置進行脫水再生；

(3)、再生后的吸收劑經換熱器冷卻，然后再次進入超重力機中進行循環。

優選的，在上述的氣體脫水系統的脫水方法中，原料氣進入超重力機內的壓力為0～10mpa。

優選的，在上述的氣體脫水系統的脫水方法中，超重力機中，吸收劑與原料氣的體積比為1：(20～1000)，進一步優選為1：(40～350)。

優選的，在上述的氣體脫水系統的脫水方法中，超重力機中，重力加速度為10～500g；所述脫水再生裝置中，再生溫度為50～200℃，再生壓力為0.01～0.9atm。

與現有技術相比，本發明的優點在于：本發明采用超重力機作為吸收裝置，離子液體或兩種及兩種以上離子液體的混合溶液，或是離子液體與甘醇溶液的混合溶液作為脫水劑。充分利用超重力機傳質效率高，處理量大，操作彈性大的優勢，以及離子液體蒸汽壓低、損耗小，性質穩定，吸濕能力強，再生容易等優點，獲得了絕佳的脫水效果，并且降低了再生能耗、操作費用，節約了設備所占空間。脫水后干氣脫水平衡點達95％以上，露點在-20℃以下。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1所示為本發明具體實施例中氣體脫水系統的原理示意圖；

圖2所示為本發明另一具體實施例中氣體脫水系統的原理示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

結合圖1所示，氣體脫水系統，包括超重力機3、氣液分離器1、換熱器7、緩沖罐5和脫水再生裝置6，超重力機3的氣體出口連通于氣液分離器1，超重力機3、換熱器7、緩沖罐5、脫水再生裝置6、換熱器7、超重力機3之間依次連通構成吸收劑的循環回路，超重力機3中的脫水吸收劑為單一離子液體、多種離子液體的混合溶液、或離子液體與甘醇溶液的混合溶液。

進一步地，循環回路上設置有循環泵4。更進一步地，循環泵4設置于超重力機3的進液口和換熱器7之間。

在一具體實施例中，超重力機3包括液體分布器、填料層、氣體入口、氣體出口、進液口和排液口，其中氣體入口用以通入原料氣，氣體出口連通于氣液分離器1，進液口通入吸收劑并與液體分布器連通，液體分布器將吸收劑噴射在填料層上，排液口將處理后的吸收劑送入換熱器7進行加熱，換熱器7依次與緩沖罐5和脫水再生裝置6連通，脫水再生裝置6將吸收劑再送入換熱器7降溫，降溫后的吸收劑再送入超重力機3的進液口。

在一實施例中，超重力機3的氣體入口設置有過濾分離器2。

優選的，脫水再生裝置6為超重力機(圖1)、閃蒸罐(圖2)或再生塔。

優選的，離子液體的陽離子為季銨鹽類、季磷鹽類、吡啶類或咪唑類；離子液體的陰離子為乙酸根、硫酸酯類、磷酸二甲酯根離子、鹵素類、亞甲基硫酸根離子、四氟硼酸根、六氟磷酸根、磺酸鹽類或胺鹽類。

上述氣體脫水系統的脫水方法，包括：

(1)、壓力為0～10mpa的原料氣經過濾分離器2去除其中微小的液、固體雜質，由旋轉床的側面進入超重力機3；

(2)、貧液離子液體吸收劑由超重力機3上端液體分布器進入超重力機3中部空腔，以一定的流量均勻的噴射在填料層上，在離心力的作用下，進入填料的液體被割裂、分散、破碎成液膜、液絲和液滴，且沿著絲網填料不斷更新，使氣液接觸面積大大增加，氣液逆流接觸，極大地強化了脫水效率。

(3)、脫水后的原料氣由超重力機3上部氣體出口進入氣液分離器1，分離出所夾帶的液滴，凈化氣進入下游工段。

(4)、吸收液經從位于底部的排液口流出，經貧/富液換熱7加熱后進入緩沖罐5，然后，從脫水再生裝置6上端進入進行脫水再生。

(5)、再生后的貧液經貧/富液換熱器7冷卻后，由循環泵4打入超重力機3進行循環使用。

在上述脫水方法中，原料氣可以為天然氣、油田伴生氣、變換氣、合成氣、車間及倉庫空氣等。

在上述脫水方法中，超重力機中吸收劑與原料氣的體積比優選為：1：(40～350)。超重力機的重力加速度優選為10～500g。

在上述脫水方法中，當脫水再生裝置6為超重力機時，其重力加速度優選為10～500g。

在上述脫水方法中，脫水再生裝置6(超重力機、閃蒸罐或再生塔)的再生溫度為50～200℃，再生壓力為0.01～0.9atm。

實施例1

利用上述脫水裝置及工藝進行氣體脫水，脫水再生裝置6采用閃蒸罐。

原料氣10m³/h，壓力0.1mpa，原料氣中水含量25g/m³，離子液體[emim][es]作為吸收劑(≥98.5wt.％)，離子液體用量0.1m³/h，超重力機轉速600rpm，處理后氣體露點為-20℃以下，脫水平衡度在95％以上，再生后貧液濃度在98％以上。

實施例2

利用上述脫水裝置及工藝進行氣體脫水，脫水再生裝置6采用閃蒸罐。

原料氣10m³/h，壓力0.1mpa，原料氣中水含量25g/m³，離子液體[emim][es]作為吸收劑(≥98.5wt.％)，離子液體用量0.1m³/h，超重力機轉速800rpm，處理后氣體露點為-23℃以下，脫水平衡度在95％以上，再生后貧液濃度在98％以上。

實施例3

利用上述脫水裝置及工藝進行氣體脫水，脫水再生裝置6采用閃蒸罐。

原料氣10m³/h，壓力0.1mpa，原料氣中水含量25g/m³，離子液體[bmim][ac]作為吸收劑(≥98.5wt.％)，離子液體用量0.1m³/h，超重力機轉速1000rpm，處理后氣體露點為-24.5℃以下，脫水平衡度在95％以上，再生后貧液濃度在98％以上。

實施例4

利用上述脫水裝置及工藝進行氣體脫水，脫水再生裝置6采用超重力機。

原料氣10m³/h，壓力0.1mpa，原料氣中水含量25g/m³，離子液體[bmim][ac]作為吸收劑(≥98.5wt.％)，離子液體用量0.1m³/h，吸收裝置超重力機轉速1000rpm，再生裝置超重力機轉速600rpm。處理后氣體露點為-30℃以下，脫水平衡度在95％以上，再生后貧液濃度在99％以上。

對照例1

其他條件與實施例1相同，使用三甘醇替換離子液體作為吸收劑。

原料氣10m³/h，壓力0.1mpa，原料氣中水含量25g/m³，三甘醇作為吸收劑(≥99.8wt.％)，三甘醇用量0.1m³/h，超重力機轉速600rpm，處理后氣體露點為-15℃以下。

對照例2

其他條件與實施例1相同，使用填料塔替換超重力機作為吸收裝置。

原料氣10m³/h，壓力0.1mpa，原料氣中水含量25g/m³，使用填料塔作為吸收裝置，離子液體[bmim][ac]作為吸收劑(≥98.5wt.％)，離子液體用量0.1m³/h，處理后氣體露點為-12℃以下。

對照例3

其他條件與實施例1相同，使用填料塔替換超重力機作為吸收裝置。使用三甘醇替換離子液體作為吸收劑。

原料氣10m³/h，壓力0.1mpa，原料氣中水含量25g/m³，使用填料塔作為吸收裝置，三甘醇作為吸收劑(≥99.8wt.％)，三甘醇用量0.1m³/h，處理后氣體露點為-5℃以下。

綜上所述，本發明系統的吸收裝置采用超重力機，并結合離子液體脫水的優勢，可以保障脫水效率，使得脫水平衡度達到95％以上，干氣露點在-20℃以下。具有較大的操作彈性，進口氣波動較大時，出口氣水含量仍保持在規定值以下。極大的簡化了氣體脫水系統，充分利用超重力機的傳質效率高、占地面積小，易于成撬的特點；符合海上平臺、山地、室內等環境對于脫水設備尺寸及性能的要求，可以實現大規模工業化應用。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的范圍。