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高壓干燥器再生方式選擇與應(yīng)用
責(zé)任編輯：作者：admin人氣：441 發(fā)表時間：2021-04-13
引 言：壓縮空氣/氣體依其壓力等級分為低壓(＜1.6Mpa)，中壓(≥1.6Mpa~10MPa)高壓(≥10.0MPa~42.0MPa)；吸附式干燥器根據(jù)其再生方式分為無熱、微熱、外加熱和壓縮熱；干燥器按額定處理氣量分為小型(＜10m3/min)，中型(≥10m3/min~60m3/min)和大型(≥60m3/min)。壓縮空氣類低壓干燥器：小型機多為無熱再生式，中大型多采用外加熱，與大型透平壓縮機配套則優(yōu)先采用壓縮熱，微熱型在國外已基本淘汰。中壓吸附式干燥器多為中小型，一般亦采用無熱再生式。本文主要針對高壓氣體(≥10MPa~42MPa)的特性和高壓干燥器的結(jié)構(gòu)特點對其再生方式的選擇與應(yīng)用進行分析討論。
1、吸附劑基本特性：
1.1表面吸附與深度吸附，相對應(yīng)的吸附干燥器型式為無熱和有熱，前者吸附周期為5~10分鐘，后者則可達4~8小時，甚至更長時間。
1.2吸附放熱、解析吸熱，無熱再生又稱自熱再生，正是利用了吸附熱，再生時間一般限制在十分鐘內(nèi)。
1.3常溫吸附，高溫脫附，有熱再生式即利用這一原理。
1.4高分壓吸附，低分壓脫附，無熱再生式則利用這一原理，中高壓更適合此機理。
1.5大多數(shù)吸附式干燥器同時利用了這兩種機理，只不過是以一種為主，一種為輔而已。
2、高壓干燥器工作特點：
2.1焦耳-湯姆遜效應(yīng)：
當(dāng)壓縮氣體通過小孔絕熱節(jié)流時，大多數(shù)氣體會隨著壓力下降，溫度亦成比例降低。
如表1所示：氣體溫度為40℃，小孔后背壓為大氣，介質(zhì)分別為壓縮空氣、天然氣（CH4100%）和二氧化碳：
| 介質(zhì) | 空 氣 | CH4 | CO2 | ||||
| 壓力MPa | 0.8 | 25 | 40 | 0.8 | 15 | 0.8 | 15 |
| 溫度℃ | 38.2 | -1.2 | -8.6 | 36.7 | -19.1 | 33 | -87.8 |
| 溫降℃ | 1.8 | 41.2 | 48.6 | 3.3 | 59.1 | 7 | 127.8 |
為了便于記憶，可簡單歸納為：壓縮空氣平均壓力每降低1bar，溫度下降0.1~0.2℃；天然氣0.3~0.4℃；CO2則為0.8℃左右。當(dāng)小孔兩端壓差不大時，溫度變化對吸附劑床層溫度影響不大，空氣甚至可以忽略不計。但當(dāng)壓力級別為高壓、氣體為非空氣時則應(yīng)小心對待焦-湯效應(yīng)，否則不僅會引起床層溫度大幅度降低，還有可能對工藝和設(shè)備產(chǎn)生重大影響或危害。
2.2吸附劑裝填量對高壓筒體重量的影響：（如表2所示）
高壓干燥器筒體屬于厚壁容器，其重量與容納的吸附劑重量之比遠大于低壓干燥器。
| 型 號 | 3/8 | 6/8 | 12/8 | 3/350 | 6/350 | 8/350 |
| 筒體重量Kg | 44.7 | 65 | 120 | 55.7 | 97 | 145 |
| 吸附劑裝填量Kg | 50 | 81.8 | 164 | 3.33 | 8.4 | 11.2 |
| 筒體/吸附劑 | 0.9 | 0.76 | 0.73 | 16.7 | 11.55 | 12.9 |
從設(shè)備重量角度考慮，高壓空氣干燥器應(yīng)盡可能選用無熱再生，若采用有熱再生，也應(yīng)盡量選用較短周期如4~6h，除非特殊需要可選擇8h、甚至16h以上吸附周期，但設(shè)備將會過于龐大笨重。
2.3高壓微加熱再生的不同意義：
低壓干燥器采用微熱側(cè)重減少成品氣損耗量，而高壓干燥器采用微熱再生主要為了解決焦-湯效應(yīng)的負面影響，其次可延長吸附周期30~50%，甚至更長，如此可進一步降低吸附劑粉化風(fēng)險和減少頻繁卸壓排放氣體量。此外，采取真正意義上的90℃微加熱再生氣，可避免閥門在高壓、高溫重疊工況下工作壽命縮短現(xiàn)象。
2.4吸附劑粉化：
高壓干燥器在兩塔切換、開停機瞬間以及偏離設(shè)計壓力（最高工作壓力）下的長期低壓運行時，極有可能產(chǎn)生幾十倍甚至幾百倍設(shè)計流速的低壓大流量氣流，此高速氣流的沖擊力會使吸附劑產(chǎn)生擠壓、碰撞、切割，導(dǎo)致迅速破碎粉化。提高吸附劑強度，設(shè)置壓緊機構(gòu)，加強后置粉塵過濾器等措施有可能緩減高速氣流影響，但不能從根本上杜絕粉化現(xiàn)象。通常從吸附劑裝填量（或吸附罐體容積）角度考慮高壓空氣干燥器處理氣量在3m3/min下采用無熱再生，介于3m3/min至10m3/min時，可考慮采用無熱再生的改良型—微加熱；10m3/min以上的大型機一般采用有熱再生，但無論大小型號和再生方式，都必須從程序設(shè)置、設(shè)備結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)配置、操作方法等多方面采取有效措施、防止高速氣流對吸附劑的粉化作用。設(shè)計、操作良好的高壓干燥器，吸附劑壽命可接近低壓干燥器（2~3年），間斷運行時甚至可達到5年以上。
3、高壓干燥器再生方式經(jīng)濟技術(shù)比較：
針對高壓氣體的特性和高壓干燥器的結(jié)構(gòu)特點，選擇合適的再生方式以適應(yīng)現(xiàn)場工況和滿足工藝要求。
無熱再生：適用于機動性強的車載、船載等撬裝移動式和要求快速產(chǎn)氣（僅需20分鐘即可出合格產(chǎn)品氣）場合；小排量、斷續(xù)供氣工況優(yōu)選。
微熱再生：針對無熱再生，增加一小型加熱器對再生氣體預(yù)熱，可進一步降低再生氣消耗和有效改善焦-湯效應(yīng)的負面影響，工作壓力大于25MPa時應(yīng)優(yōu)先采用微加熱。
閉式有熱再生（見圖1）：不同于低壓干燥器的鼓風(fēng)外加熱式，是從自身系統(tǒng)中抽取部分產(chǎn)品氣減壓后用于再生和吹冷的加熱再生方式，適用于固定場合和連續(xù)開機工況。（再生階段可能長達4~10h，期間不能間斷）。再生后的濕氣返回壓縮機進口（工藝氣）或排空（空氣）。
圖1 閉式有熱再生工藝流程圖
開式有熱再生（見圖2）：主要應(yīng)用于工藝氣體如H2、CO2等，再生氣采用其它氣體
圖2 開式有熱再生工藝流程圖
如N2、本系統(tǒng)副產(chǎn)氣、廢氣等。加熱器宜可選用蒸汽、廢熱燃氣等型式，適應(yīng)大型設(shè)備和各種壓力級別工藝系統(tǒng)，再生后的濕氣排空或回收利用。
閉式循環(huán)有熱再生（見圖3）：再生氣為同一工質(zhì)氣體加壓循環(huán)，適用于非壓縮空氣的中低壓工藝氣體如CNG、H2、CO2等，若用于高壓，再生時需將壓力卸放至中低壓。
圖3 閉式循環(huán)有熱再生工藝流程圖
綜上所述，列表歸納如下：
 特 點再生方式 |
體積 | 吸附 周期 |
流量 m3/min |
壓力 MPa |
系數(shù)復(fù)雜性 | 適應(yīng)工質(zhì) | 價格 |
| 無熱再生 | 小 | 5~10′ | 0.5~3 | 0.8~35 | 簡單 | 空氣 | 低 |
| 微熱再生 | 較小 | 10~20′ | 3~10 | 0.4~42 | 較簡單 | 空氣 | 較低 |
| 閉式有熱再生 | 大 | 4~16h | ＞10 | 0.4~35 | 較復(fù)雜 | 工藝氣/空氣 | 較高 |
| 開式有熱再生 | 大 | 4~16h | ＞10 | 0.4~35 | 較復(fù)雜 | 工藝氣 | 較高 |
| 閉式循環(huán)有熱再生 | 大 | 4~16h | ＞10 | 0.2~6.4 | 復(fù)雜 | 工藝氣 | 高 |
注：吸附周期對等再生周期，即設(shè)備初次開機或長期停用再開機時供出合格氣體的必要準備時間。該參數(shù)對設(shè)備的體積重量和快速供氣能力有重大影響。
