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: 学生姓名: 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）:________________
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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。天然气脱水的方法一般包括低温法、溶剂吸收法、固体吸附法、化学反应法和膜分离法等。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，若要使用则必须增压，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表面上，从而使流体混合物得以分离的方法。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行深度脱水时特别适合。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。本文主要通过选取合适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
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目 录
摘 要.............................................................................................................................. 2 1 绪论............................................................................................................................ 4
1.1 国内外现状...................................................................................................... 4 1.2脱水系统吸附剂的选择................................................................................... 5 1.3分子筛的种类与特点....................................................................................... 5 1.4 分子筛吸附脱水原理流程.............................................................................. 7
1.4.1 吸附周期................................................................................................ 8 1.4.2 再生过程................................................................................................ 8 1.4.3 再生操作................................................................................................ 9 1.4.4 再生加热与冷却.................................................................................. 10
2 再生工艺计算.......................................................................................................... 11
2.1物性基础......................................................................................................... 11
2.1.1天然气的基本组成............................................................................... 11 2.1.2工艺选择............................................................................................... 12 2.2 在生热负荷计算............................................................................................ 12 2.3 再生气量计算................................................................................................ 14 2.3 冷却气量计算................................................................................................ 15 2.4再生气空塔速度计算..................................................................................... 16 3 总结.......................................................................................................................... 18 参考文献...................................................................................................................... 19
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1 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发展看，加快天然气的开发利用，对改善能源结构，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，首先必须对其进行预处理。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：
①避免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；②提高天然气的热值，满足气体质量标准； ③保证天然气在深冷条件下液化装置能正常运行； ④避免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：低温分离、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基础上,总结了天然气开采后的各种脱水工艺,并对其原理、工艺特点等进行了概括分析,同时也对其在国内的应用现状进行了总结,并分析运行中存在的一些问题。通过对比发现,分子筛脱水法达到的天然气露点最低,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／再生干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干燥剂，脱水后干气含水量最低可
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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，在满足相同露点建立一座2.8×105m3/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干燥。活性氧化铝干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177～316℃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，再生时不易清除。活性氧化铝呈碱性，可与无机酸发生化学反应．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相同，一般可使天然气的露点达-60℃。硅胶很容易再生，再生温度为180～200℃。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。在分子筛的结构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很大的比表面，而且它只允许直径比孔径小的分子进入，而比孔径大的分子则不能进入，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，主要用于流体的干燥、分离和除杂等。因其具有很大的表面积和孔容量，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。
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