天然气因其安全、清洁、热值高等特点,在工业生产和民用中得到广泛使用。从气井中直接开采出的天然气一般会含有饱和水蒸气。水蒸气会对天然气的运输和使用产生多种危害。在天然气管路输送过程中,输送温度下降或压力升高极易使天然气中的水蒸气与烃类形成水合物,从而导致管路输送能力下降或直接堵塞管路和阀门;水蒸气会与天然气中存在的其他酸性气体,如H2S、CO2等反应生成腐蚀性酸,引起输送管路和设备腐蚀;当天然气作为合成原料使用时,在合成过程中水蒸气会导致副反应发生或催化剂失活和中毒。因此,为保证天然气输送系统的平稳运行或者满足下游工业生产的要求,对天然气进行脱水处理是必不可少的环节。目前,采用三甘醇溶液(TEG)作为吸收剂,对天然气进行洗涤脱水是最为广泛应用的工业脱水方法,该方法通过吸收和再生两个单元实现三甘醇溶液的循环,从而实现连续性生产。塔器(板式塔或填料塔)是三甘醇脱水过程普遍采用的传质设备,但塔器存在传质效率低,设备体积大,投资高等显著问题。超重力旋转填充床(RPB)作为化工过程强化的典型设备,具有显著提高传质的特性。通过超重力技术强化天然气脱水过程,有望提高脱水效率,降低设备体积和投资成本。本文开展了超重力旋转填充床强化天然气脱水过程研究,探索了不同操作条件,如旋转床转速、气体流量、液体流量、吸收液浓度等因素对脱水过程传质系数(Kya)和传质单元高度(HTU)的影响规律。同时针对再生过程,开展了超重力旋转填充床强化三甘醇富液再生过程实验研究,探索了不同操作条件对三甘醇再生效果及再生过程传质特性的研究,得到具体结论如下:(1)针对吸收单元:转速1000 rpm是吸收单元中的最佳操作条件。通过低压与常压天然气脱水情况对比可知,当系统操作压力为0.3 MPa 和 0.6 MPa 时,Kya分别提高了 51.08%和96.02%,HTU分别降低了 33.81%和48.98%,相同操作条件下,增大传质系数可降低设备投资,提高系统的处理能力。实验过程中压力对传质的影响规律与理论分析结果一致。操作线与平衡线相距较远,出口气体含水量可继续降低,从而提高天然气的脱水深度。(2)针对再生单元:转速为600 rpm、再沸器内停留时间为5 min、液体温度为463 K、气提气流量为450 L/h是整个再生过程的最佳操作条件;当气液比为85、转速为600 rpm、再沸器内停留时间为5 min、液体温度为463 K、富液纯度为96%时,贫液质量分数最高达到99.98%,可以使吸收单元中天然气获得60℃～75℃的露点降。通过Aspen HYSYSYV9模拟传统填料塔,并与RPB中的实验结果进行对比,结果表明,操作条件和达到的再生效果相同,RPB的填料高度只需要2.38 cm,填料体积仅有71.68 cm3,而传统填料塔的高度为64 cm,填料的体积为803.84 cm3,RPB中填料体积是填料塔中填料体积的1/11。基于以上实验结果,将RPB应用于天然气脱水过程中,对于强化气液传质、减小设备体积、降低设备投资都具有重要的指导意义。