《油气集输工程》某分子筛吸附脱水工艺设计——吸附工艺计算及吸附塔设计解析

重庆科技学院

《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:油气储运08

学生姓名:学号:

设计地点（单位）__ E406、E404____________

设计题目:__ 某分子筛吸附脱水工艺设计_

——吸附工艺计算及吸附塔设计__

完成日期： 2011 年 6 月16日

指导教师评语: ______________________ _________________ _______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

_________________________________ __________ _

成绩（五级记分制）:______ __________

指导教师（签字）:________ ________

摘要

吸附脱水就是利用某些多孔性固体吸附天然气中的水蒸气。气体或液体与多孔的固体颗粒表面相接触，气体或液体与固体表面分子间相互作用而停留在固体表面上，使气体或液体分子在固体表面上浓度增大的现象。常用的固体吸附剂有活性铝土、活性氧化铝、硅胶和分子筛。

分子筛吸附脱水目前国外引进的，国内自行设计的都是固定床式，为保证连续工作，至少需要两塔，经常采用的是两塔或三塔。在两塔流程中，一塔进行吸附，另一踏再生和冷却。在三塔流程中，一塔吸附，一塔再生加热，一塔冷却。在工艺相同的情况下，考虑到经济性，分子筛吸附脱水工艺设计中常用的是两塔脱水工艺。

关键字：吸附工艺分子筛吸附器结构

1.分子筛是一种人工合成的无机吸附剂，是一种高效、高选择性的固体吸附剂。分子筛是人工晶体型硅铝酸盐，依据其晶体内部孔穴的大小而吸附或排斥不同物质的分子，因而被形象地称为“分子筛”。分子直径小于分子筛晶体孔穴直径的物质可以进入分子筛晶体，因而可以被吸附，否则被排斥。分子筛又根据不同物质的极性或可极化性而优先吸附的次序。一般极性强的分子容易被吸附。分子筛的热稳定性好，能经受住600摄氏度-700摄氏度的短暂高温，分子筛不熔于水，但溶解于强酸和强碱，故可在PH5-11的介质中使用，在盐溶液中能交换其他阳离子它具有均一的孔径和极高的比表面积、热稳定性好、吸附性能强、内表面积大、强度高等特点，广泛应用于天然气脱水工业。

本次脱水工艺，分子筛选取4A，球型，堆密度为660kg/m3，分子筛直径3.2mm，湿容量：22%

分子筛的优点

在脱水过程中，分子筛作为吸附剂的有显著的优点：

①具有很好的选择吸附性。

1分子筛

②具有高效吸附容量。

③分子筛使用寿命长。分子筛不易被液态水破坏

表1-1 天然气组成表（干基）

组分甲烷乙烷丙烷异丁烷正丁烷异戊烷mol% 95.6 0.6 0.08 0.02 0.01 0.01 组分正戊烷己烷二氧化碳氮气硫化氢水mol% 0.03 3.02 0.04 0.0264

进料温度：26

进料压力

设计规模

要求脱水到1ppm以下

吸附塔入口压力

吸附塔入口温度

初始状态水的百分数

经分分离器，过滤器处理后的气体流量（5Mpa 299k）为

2.1 工艺参数优选

分子筛脱水由吸附和再生两部分组成，吸附采用双塔流程，再生加热气和冷吹气采用干气，加热方式采用导热油炉加热。其主要设备由分子筛吸附器、再生气加热炉、再生气冷却器、再生气分离器。

选用4A分子筛脱水，其特性如下：

分子筛粒子类型：直径3.3m球形

分子筛的有效湿容量：8kg（水）/100kg（分子筛）

分子筛堆积密度：700m3

分子筛比热：0.96kJ/（kg·℃）

瓷球比热：0.88kJ/（kg·℃）

操作周期为8小时，再生加热时间为4.5小时，再生冷却时间为3.2小时，操作切换时间为0.3小时。加热炉进口温度为30℃，加热炉出口温度为275℃。

由HYSYS软件计算出的基础数据如下：

原料气压力：4.5MPa

原料气温度：30℃

床层温度：35℃

天然气气体流量：29743.34kg/h

饱和含水量：34.76kg/h

天然气相对湿度：100%

天然气在4.5MPa、30℃下的密度：33.89kg/m3

天然气在4.5MPa、30℃时粘度：0.0125cP

再生加热气进吸附器的压力：4500kPa

再生加热气进吸附器的温度：260℃

再生加热气出吸附器的温度：200℃

再生气在260℃、4500kPa下的密度：17.44kg/m3

再生气在260℃、4500kPa的热焓：-3826kJ/kg

再生气在117.5℃、4500kPa的热焓：-4226kJ/kg

再生气在275℃、4500kPa的热焓：-3780kJ/kg

干气温度：30℃

干气压力：4500kPa

干气将床层冷却到：30℃

干气在30℃、4500kPa的密度：33.88 kg/m3

干气在30℃、4500kPa的热焓：-4448 kJ/kg

干气在130℃、4500kPa的热焓：-4193 kJ/kg

干气在30℃、4500kPa下的低位热值：49210 kJ/kg

1分子筛脱水工艺流程

1.5.1 流程选择

本装置所处理的湿净化气流量为12万m3/d（20℃、101.325kPa标准状态下）。对于这样规模较大的分子筛脱水装置，可以采用2个吸附塔或3个吸附塔两种方案（分别简称两塔方案、三塔方案）。而相同工艺不同方案的操作情况与投资数据却完全不同，现将两塔方案、三塔方案的操作情况与投资情况进行比较，从而选择出最佳方案。我们根据气量和基础的计算，选用两塔流程。

在两塔流程中，一塔进行脱水操作，另一塔进行吸附剂的再生和冷却，然后切换操作。

分子筛脱水工艺流程介绍

附图1为吸附法脱水流程。原料气自上而下流过分子筛吸附塔进行吸附脱水，脱水后的干气含水小于1 ppm，分子筛出口原料气经分子筛出口过滤器除去其中夹带的分子筛粉尘和杂质后进制冷单元。

分子筛干燥器采用两塔操作流程，8小时自动切换1次，原料气切换到已再生完毕的分子筛吸附塔进行吸附脱水，水饱和的吸附塔经再生、冷吹完成再生过程。再生气可以用干气或原料气，将气体用热油导热的方式进行加热，加热到一定温度后，进入吸附塔再生。当床层出口气体温度升至预定温度后，则再生完毕。此时将加热器停用，再生气经旁通入吸附塔，用于冷却再生床层。当床层温度冷却到要求温度时又可开始下一循环的吸附。吸附塔出再生