气体脱水系统和方法与流程

本发明涉及气体干燥或吸收技术领域，特别是涉及一种气体脱水系统和方法。

背景技术：

水是工业化生产过程中，在各个阶段中最常见的杂质，它的存在会对工业气体的输送、加工、使用造成严重影响。具体体现在：原料气中如存在大量水汽，有可能会与烃类生成水合物，进而引起管线、阀门以及仪表的堵塞,降低管路的输送能力，甚至产生物理性破坏；同时原料气中的水会溶解co2、so2、h2s等酸性气体，腐蚀管路以及设备。水分的存在还会降低天然气的热值，导致产品质量下降；在潮湿的电子车间内，湿度会直接通过电子表面缝进入电子元器件，造成电子产品内部设备失灵，短路等不良现象出现。因此，脱水在气体净化工艺中占有举足轻重的地位。

目前气体干燥脱水方法主要有:冷冻分离法、溶剂吸收法、固体干燥剂吸附法。其中溶剂吸收法通常采用甘醇作为吸收剂，但该工艺系统比较复杂，三甘醇溶液再生过程的能耗比较大；三甘醇溶液在操作过程中损失较大，容易被污染，需要补充和净化；三甘醇与空气接触会发生氧化反应，生成有腐蚀性的有机酸。离子液体因其蒸汽压低、热稳定性高、结构和性质可精细调控等，被广泛应用于气体分离、萃取、电化学、有机反应、材料制备等领域。在气体脱水领域，离子液体与水具有极高的亲和力，同时可以在较低的温度下实现再生，而且离子液体蒸汽压低，在使用过程中损耗极小，且性质稳定，不易变质，极大的降低了操作及维护费用。

超重力技术自问世以来便受到广泛的关注，已应用于聚合物脱除单体、气体的脱除和分离、解吸过程(吹脱)、精馏提纯等领域。具有设备体积小、结构简单、占地面积少；强化传递效果显著，传递系数提高了1-3个数量级；物料停留时间短，适用于某些特殊的快速混合及反应过程；达到稳定时间短，便于开、停车，便于更换物系，易于操作；应用范围广、通用性强、操作弹性大等优点。因此超重力技术是海上平台、山地、室内等环境气体脱水工艺的理想选择。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种气体脱水系统和方法，以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请实施例公开一种气体脱水系统，包括超重力机、气液分离器、换热器、缓冲罐和脱水再生装置，所述超重力机的气体出口连通于所述气液分离器，所述超重力机、换热器、缓冲罐、脱水再生装置、换热器、超重力机之间依次连通构成吸收剂的循环回路，所述循环回路上设置有循环泵。

优选的，在上述的气体脱水系统中，所述超重力机中的脱水吸收剂为单一离子液体、多种离子液体的混合溶液、或离子液体与甘醇溶液的混合溶液。

优选的，在上述的气体脱水系统中，所述循环泵设置于所述超重力机的进液口和换热器之间。

优选的，在上述的气体脱水系统中，所述超重力机的气体入口设置有过滤分离器。

优选的，在上述的气体脱水系统中，所述脱水再生装置为超重力机、闪蒸罐或再生塔。

优选的，在上述的气体脱水系统中，所述离子液体的阳离子为季铵盐类、季磷盐类、吡啶类或咪唑类；所述离子液体的阴离子为乙酸根、硫酸酯类、磷酸二甲酯根离子、卤素类、亚甲基硫酸根离子、四氟硼酸根、六氟磷酸根、磺酸盐类或胺盐类。

相应的，本申请还公开了一种气体脱水系统的脱水方法，包括步骤：

(1)、脱水吸收剂由液体分布器进入超重力机，原料气与吸收剂在超重力机内发生逆流接触，干燥后的原料气经气体出口排出并进入气液分离器；

(2)、脱水后的吸收剂经超重力机排液口排出，经换热器加热后进入缓冲罐，然后进入脱水再生装置进行脱水再生；

(3)、再生后的吸收剂经换热器冷却，然后再次进入超重力机中进行循环。

优选的，在上述的气体脱水系统的脱水方法中，原料气进入超重力机内的压力为0～10mpa。

优选的，在上述的气体脱水系统的脱水方法中，超重力机中，吸收剂与原料气的体积比为1：(20～1000)，进一步优选为1：(40～350)。

优选的，在上述的气体脱水系统的脱水方法中，超重力机中，重力加速度为10～500g；所述脱水再生装置中，再生温度为50～200℃，再生压力为0.01～0.9atm。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明采用超重力机作为吸收装置，离子液体或两种及两种以上离子液体的混合溶液，或是离子液体与甘醇溶液的混合溶液作为脱水剂。充分利用超重力机传质效率高，处理量大，操作弹性大的优势，以及离子液体蒸汽压低、损耗小，性质稳定，吸湿能力强，再生容易等优点，获得了绝佳的脱水效果，并且降低了再生能耗、操作费用，节约了设备所占空间。脱水后干气脱水平衡点达95％以上，露点在-20℃以下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明具体实施例中气体脱水系统的原理示意图；

图2所示为本发明另一具体实施例中气体脱水系统的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

结合图1所示，气体脱水系统，包括超重力机3、气液分离器1、换热器7、缓冲罐5和脱水再生装置6，超重力机3的气体出口连通于气液分离器1，超重力机3、换热器7、缓冲罐5、脱水再生装置6、换热器7、超重力机3之间依次连通构成吸收剂的循环回路，超重力机3中的脱水吸收剂为单一离子液体、多种离子液体的混合溶液、或离子液体与甘醇溶液的混合溶液。

进一步地，循环回路上设置有循环泵4。更进一步地，循环泵4设置于超重力机3的进液口和换热器7之间。

在一具体实施例中，超重力机3包括液体分布器、填料层、气体入口、气体出口、进液口和排液口，其中气体入口用以通入原料气，气体出口连通于气液分离器1，进液口通入吸收剂并与液体分布器连通，液体分布器将吸收剂喷射在填料层上，排液口将处理后的吸收剂送入换热器7进行加热，换热器7依次与缓冲罐5和脱水再生装置6连通，脱水再生装置6将吸收剂再送入换热器7降温，降温后的吸收剂再送入超重力机3的进液口。

在一实施例中，超重力机3的气体入口设置有过滤分离器2。

优选的，脱水再生装置6为超重力机(图1)、闪蒸罐(图2)或再生塔。

优选的，离子液体的阳离子为季铵盐类、季磷盐类、吡啶类或咪唑类；离子液体的阴离子为乙酸根、硫酸酯类、磷酸二甲酯根离子、卤素类、亚甲基硫酸根离子、四氟硼酸根、六氟磷酸根、磺酸盐类或胺盐类。

上述气体脱水系统的脱水方法，包括：

(1)、压力为0～10mpa的原料气经过滤分离器2去除其中微小的液、固体杂质，由旋转床的侧面进入超重力机3；

(2)、贫液离子液体吸收剂由超重力机3上端液体分布器进入超重力机3中部空腔，以一定的流量均匀的喷射在填料层上，在离心力的作用下，进入填料的液体被割裂、分散、破碎成液膜、液丝和液滴，且沿着丝网填料不断更新，使气液接触面积大大增加，气液逆流接触，极大地强化了脱水效率。

(3)、脱水后的原料气由超重力机3上部气体出口进入气液分离器1，分离出所夹带的液滴，净化气进入下游工段。

(4)、吸收液经从位于底部的排液口流出，经贫/富液换热7加热后进入缓冲罐5，然后，从脱水再生装置6上端进入进行脱水再生。

(5)、再生后的贫液经贫/富液换热器7冷却后，由循环泵4打入超重力机3进行循环使用。

在上述脱水方法中，原料气可以为天然气、油田伴生气、变换气、合成气、车间及仓库空气等。

在上述脱水方法中，超重力机中吸收剂与原料气的体积比优选为：1：(40～350)。超重力机的重力加速度优选为10～500g。

在上述脱水方法中，当脱水再生装置6为超重力机时，其重力加速度优选为10～500g。

在上述脱水方法中，脱水再生装置6(超重力机、闪蒸罐或再生塔)的再生温度为50～200℃，再生压力为0.01～0.9atm。

实施例1

利用上述脱水装置及工艺进行气体脱水，脱水再生装置6采用闪蒸罐。

原料气10m³/h，压力0.1mpa，原料气中水含量25g/m³，离子液体[emim][es]作为吸收剂(≥98.5wt.％)，离子液体用量0.1m³/h，超重力机转速600rpm，处理后气体露点为-20℃以下，脱水平衡度在95％以上，再生后贫液浓度在98％以上。

实施例2

利用上述脱水装置及工艺进行气体脱水，脱水再生装置6采用闪蒸罐。

原料气10m³/h，压力0.1mpa，原料气中水含量25g/m³，离子液体[emim][es]作为吸收剂(≥98.5wt.％)，离子液体用量0.1m³/h，超重力机转速800rpm，处理后气体露点为-23℃以下，脱水平衡度在95％以上，再生后贫液浓度在98％以上。

实施例3

利用上述脱水装置及工艺进行气体脱水，脱水再生装置6采用闪蒸罐。

原料气10m³/h，压力0.1mpa，原料气中水含量25g/m³，离子液体[bmim][ac]作为吸收剂(≥98.5wt.％)，离子液体用量0.1m³/h，超重力机转速1000rpm，处理后气体露点为-24.5℃以下，脱水平衡度在95％以上，再生后贫液浓度在98％以上。

实施例4

利用上述脱水装置及工艺进行气体脱水，脱水再生装置6采用超重力机。

原料气10m³/h，压力0.1mpa，原料气中水含量25g/m³，离子液体[bmim][ac]作为吸收剂(≥98.5wt.％)，离子液体用量0.1m³/h，吸收装置超重力机转速1000rpm，再生装置超重力机转速600rpm。处理后气体露点为-30℃以下，脱水平衡度在95％以上，再生后贫液浓度在99％以上。

对照例1

其他条件与实施例1相同，使用三甘醇替换离子液体作为吸收剂。

原料气10m³/h，压力0.1mpa，原料气中水含量25g/m³，三甘醇作为吸收剂(≥99.8wt.％)，三甘醇用量0.1m³/h，超重力机转速600rpm，处理后气体露点为-15℃以下。

对照例2

其他条件与实施例1相同，使用填料塔替换超重力机作为吸收装置。

原料气10m³/h，压力0.1mpa，原料气中水含量25g/m³，使用填料塔作为吸收装置，离子液体[bmim][ac]作为吸收剂(≥98.5wt.％)，离子液体用量0.1m³/h，处理后气体露点为-12℃以下。

对照例3

其他条件与实施例1相同，使用填料塔替换超重力机作为吸收装置。使用三甘醇替换离子液体作为吸收剂。

原料气10m³/h，压力0.1mpa，原料气中水含量25g/m³，使用填料塔作为吸收装置，三甘醇作为吸收剂(≥99.8wt.％)，三甘醇用量0.1m³/h，处理后气体露点为-5℃以下。

综上所述，本发明系统的吸收装置采用超重力机，并结合离子液体脱水的优势，可以保障脱水效率，使得脱水平衡度达到95％以上，干气露点在-20℃以下。具有较大的操作弹性，进口气波动较大时，出口气水含量仍保持在规定值以下。极大的简化了气体脱水系统，充分利用超重力机的传质效率高、占地面积小，易于成撬的特点；符合海上平台、山地、室内等环境对于脱水设备尺寸及性能的要求，可以实现大规模工业化应用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。