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1、 某科技学院?油气集输工程?课程设计报告学院: 石油与天然气工程学院 专业班级: 学生某: 学 号: 设计地点单位 K804 设计题目: 某分子筛吸附脱水工艺设计再生工艺计算 完成日期： 年 月 日 指导教师评语: 成绩五级记分制: 指导教师签字:_摘 要井口流出的天然气几乎都为气相水所饱和，甚至会携带一定量的液态水。天然气中水分的存在往往会造成严重的后果：含有CO2和H2S的天然气在有水存在的情况下形成酸而腐蚀管路和设备；在一定条件下形成天然气水合物而堵塞阀门、管道和设备；降低管道输送能力，造成不必要的动力消耗。水分在天然气的存在是非常不利的事，因此，需要脱水的要求更为严格。天然气脱水的方法
2、一般包括低温法、溶剂吸收法、固体吸附法、化学反响法和膜别离法等。低温法脱水是利用高压天然气节流膨胀降温或利用气波机膨胀降温而实现的，这种工艺适合于高压天然气；而对于低压天然气，假设要使用那么必须增压，从而影响了过程的经济性。溶剂吸收法和固体吸附法目前在天然气工业中应用较广泛。本文主要研究固体吸附法脱水。固体吸附法就是利用多孔固体颗粒选择性地吸附流体中一定组分在其内外外表上，从而使流体混合物得以别离的方法。具有一定吸附能力的固体材料称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。而本文的固体吸附剂以分子筛作为探讨的对象。分子筛具有很好的选择吸附性、在高温下吸附脱水等优点，尤其是在气体和液体进展深度脱水时特别
3、适合。分子筛在使用过程中被气体中所含水量饱和，为了使分子筛能够继续循环使用，就有了分子筛的再生工艺过程。本文主要通过选取适宜的分子筛然后计算分子筛的吸附水量，和吸附的双塔轮换过程和轮换时间，通过要脱附的水量计算出再生气的气量以及冷凝气的气量，和所需加热炉的热量，以此来探讨分子筛的再生工艺过程。关键词：分子筛 再生工艺 再生气 冷凝气 热量目 录摘 要21 绪论41.1 国内外现状41.2脱水系统吸附剂的选择51.3分子筛的种类与特点61.4 分子筛吸附脱水原理流程71.4.1 吸附周期81.4.2 再生过程91.4.3 再生操作91.4.4 再生加热与冷却102 再生工艺计算122.1物性根底
4、122.1.1天然气的根本组成122.1.2工艺选择122.2 在生热负荷计算132.3 再生气量计算152.3 冷却气量计算162.4再生气空塔速度计算173 总结19参考文献201 绪论1.1 国内外现状 天然气作为清洁优质能源，在近年来，其世界总气产量和消费量呈持续增长的趋势。从今后我国经济和社会开展看，加快天然气的开发利用，对改善能源构造，保护生态环境，提高人民生活质量，具有十分重要的战略意义。天然气作为液化装置的燃料气，首先必须对其进展预处理。天然气预处理主要是脱除其中的有害杂质及深冷过程中可能结晶的物质，也就是天然气中的 H2S、CO2、水分、重烃和汞等杂质。天然气预处理主要目的有
5、：防止低温下水与烃类组分冻结而堵塞设备和管道，降低管线的输气能力；提高天然气的热值，满足气体质量标准；保证天然气在深冷条件下液化装置能正常运行；防止腐蚀性杂质腐蚀管道及设备。目前国内外应用较广泛，技术较成熟的天然气脱水工艺有：低温别离、固体吸附和溶剂吸收三种方法。而固体吸附法中以分子筛脱水的应用最为广泛，技术最成熟可靠。在对国内外脱水技术调研和查阅相关文献的根底上,总结了天然气开采后的各种脱水工艺,并对其原理、工艺特点等进展了概括分析,同时也对其在国内的应用现状进展了总结,并分析运行中存在的一些问题。通过比照发现,分子筛脱水法到达的天然气露点最低,一般用于深度脱水的环境。分子筛脱水法属于固体吸
6、附法，吸附剂是人工合成沸石，是一种由SiO4和AlO4四面体组成的硅铝酸盐晶体。其中大量孔径均匀的微细孔道和排列整齐的空腔只允许直径比其小的分子进入，从而实现选择性吸收，工艺主要包括脱水再生枯燥器和再生加热系统。分子筛脱水法具有吸附选择性强，高效的吸附容量，使用寿命较长，不易被液态水破坏等优点。目前其主要产品都掌握在欧美等国家，如美国UOP公司的天然抗酸性分子筛AW-300、500型，可实现对HCl、H2O、NO2等酸性气体的吸收。分子筛是一种非常适合深度脱水的干气体枯燥剂，脱水后干气含水量最低可至10-6，露点可低至100，一般常用于天然气液化前的脱水工艺中。但设备投资和操作费用昂贵是其弊端
7、，在满足一样露点建立一座2.8105m3/d处理量的净化站，其所需的费用比TEG 法多53，同时再生能耗大，吸附剂价格高，因此其主要用于满足获得较低露点的工艺。1.2脱水系统吸附剂的选择目前在天然预处理过程中，主要使用的固体吸附剂有活性氧化铝、硅胶和分子筛三大类。活性炭的脱水能力甚微，主要用于从天然气中回收液烃。活性氧化铝是一种极性吸附剂，它对多数气体和蒸汽都是稳定的，是没有毒性的坚实颗粒，浸入水或液体中不软化、溶胀或破裂，抗冲击和抗磨损的能力强。它常用于气体、油品和石油化工产品的脱水枯燥。活性氧化铝枯燥后的气体露点可低达73。循环使用物化性能变化不大。为了防止生成胶质沉淀，活性氧化铝宜在17
8、7316下再生，即床层再生气体在出口时最低温度需维持在177，方可恢复至原有的吸附能力，因此其再生耗热量较高。活性氧化铝吸附重烃后，再生时不易去除。活性氧化铝呈碱性，可与无机酸发生化学反响故不宜处理酸性天然气。硅胶是一种亲水性的极性吸附剂。硅胶对极性分子和不饱和烃具有明显的选择性，因此可用于天然气脱水。硅胶的吸附性能和其它吸附剂大致一样，一般可使天然气的露点达-60。硅胶很容易再生，再生温度为180200。虽然硅胶的脱水能力很强，但易于被水饱和，且与液态水接触很易爆裂，产生粉尘。分子筛是一种天然或人工合成的沸石型硅铝酸盐。在分子筛的构造中有许多孔径均匀的孔道与排列整齐的孔穴。这些孔穴不仅提供了
9、很大的比外表，而且它只允许直径比孔径小的分子进入，而比孔径大的分子那么不能进入，从而使分子筛吸附分子有很强的选择性。1.3分子筛的种类与特点天然气脱水过程中常用的分子筛有3A、4A、10X及13X型，主要用于流体的枯燥、别离和除杂等。因其具有很大的外表积和孔容量，可以吸附大量的流体，尤其对水，即使在很低的分压和浓度下，任有相当高的吸附容量。如用4A分子筛时，可以排除甲烷以外的水和其它烃类。以下表为这4类分子筛的性质。表1.1 分子筛的性质型号孔径湿容量在175mmHg25%二氧化硅与氧化铝的比值吸附质分子排除的分子应用X围3A3.2-3.3202直径小于3A的分子如H2O、NH3等乙烷等直径大
10、于3A的分子饱和及不饱和烃脱水。甲醇、乙醇脱水4A4.2-4.7222直径小于4的分子，包括以上各分子及乙醇、H2O、CO2、SO2、C2H4、C2H6、C3H8直径大于4A的分子，如丙烷等饱和烃脱水，冷冻系统枯燥剂10X8282.5直径小于8A的分子包括以上各分子及异构烷烃，烯烃及苯正丁基胺及更大的分子芳烃别离13X1028.52.5直径小于10A的分子，包括以上分子及二正内基胺C4H93N及更大的分子同时脱水，CO2、H2O脱硫，脱硫醇X型分子筛能吸附所有能被A型分子筛吸附的分子，并且具有稍高的湿容量。在天然气净化过程中，常见的几种物质分子的公称直径见表。其中，H2O、CO2和H2S分子的
11、直径小于410-10m，烃类分子的直径均大于410-10m。表1.2 常见的几种分子公称直径分子公称直径10-10m分子公称直径10-10mH22.4CH44CO22.8C2H64.4N23C3H84.9H2O3.2nC4nC224.9H2S3.6iC4iC225.6CH3OH4.4苯6.7从表1和表2可以看出，要用分子筛脱水，选择4A或者3A分子筛是比较适宜的，因为3A分子筛的孔径为(33.3)10-10m，4A分子筛的孔径为(4.24.7)10-10m，水的公称直径为3.210-10m。4A分子筛不仅可以吸附水同时 还可以吸附CO2、H2S等杂质。在上游的脱碳装置出现短时间波动而导致天然气
12、没有达标时,分子筛可以发挥一定的净化作用,因此本工程选择4A分子筛作为脱水吸附剂。1.4 分子筛吸附脱水原理流程天然气脱水的吸附设备多采用固定床吸附塔。为了保证干气的连续生产必须循环操作，要用许多个并联的吸附床。床的数量和安排形式，从两个交替的吸附塔到多个塔不等。在每个塔内，三种不同的功能或循环必须交替地起作用。这三个循环是：吸附或枯燥气循环，加热或再生循环，以及冷却循环。图1.1 分子筛吸附脱水原理流程 在吸附周期中，湿天然气要首先进入进口别离器，并在别离器内去除掉自由液体、夹带的湿气和固体颗粒。然后，湿天然气自上而下流经吸附塔。水分子在床层的顶层首先被吸收。干的烃类气体是在穿过床层而被吸收
13、的。当吸附剂的较上层部位由水饱和时，湿气流中的水就开场置换在较低床层原来吸附的烃类。液体烃类也还被吸收一些。1.4.1 吸附周期在吸附器处理气量、进口湿气含水量和干气露点已经确定后，吸附的周期主要由吸附剂的装填容量和选用的实际有效的吸附容量所决定。在操作周期中应该保证有足够的再生和冷却时间，使分子筛中的水分能够被再生气完全带走和保证分子筛能够冷却到所需的温度。操作的周期一般分为8小时和24小时两种，假设选用较长的操作周期，当原料气含水量波动很大时，为保证干气露点，可以缩短操作周期。1.4.2 再生过程吸附剂的再生过程是保证吸附剂能够循环正常使用的关键。对于一定的吸附剂，降低温度和升高压力有利于
14、吸附的进展，而提高吸附剂的温度和降低压力就有利于吸附剂的脱附。常用的再生脱附方法主要有升温脱附和降压脱附两种。降压脱附虽有能耗低、再生时间短、操作方便等优点，但由于被吸附的产品气体在脱附时不能回收，且还需局部产品气作为吹扫之用，因而收率低，在产品的纯度与收率间存在矛盾，工业上使用不多。升温脱附是工业上常用的再生方法。这是基于所有的枯燥剂的湿容量都是随温度上升而降低这一特点来实现的。通常采用预热的解析气体通过床层以升高吸附剂温度使吸附质脱附，并将吸附质带出吸附剂床层，从而实现吸附剂再生的目的。加热再生完成后，吸附剂床层需要冷却，然后重新开场吸附操作。冷却过程通常都以冷气流进展冷却。冷气流的吹入方向最好与吸附时的气流方向相反，而且冷气流中应不含或少含吸附质。但如采用湿气冷却，冷却气应自上而下流过床层，冷却气中水蒸气被床层上部枯燥剂吸附，从而最大限度降低脱水周期中出口干气露点。1.4.3 再生操作一般用经回收轻烃后的干气，根本不含水分，维持压力在300400KPa(绝)，经加热炉或别个加热设备加热到250270进入需再生的吸附塔，自下而上流经床层。再生气出塔温度恒定在180200，两小时后可认为再生完毕，接着进展冷吹。冷吹气用再生操作的气体，只是不经
