某分子筛吸附脱水工艺设计-画流程图和平面布置图.doc
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重庆科技学院
课程设计报告
院（系）:
石油与天然气工程学院专业班级:
油气储运工程
学生姓名:
美女学号:
22222222
设计地点（单位）石油与安全科技大楼K713
设计题目:
某分子筛吸附脱水工艺设计
—画流程图和平面布置图
完成日期：
2014年6月19日
指导教师评语:
成绩（五级记分制）:
指导教师（签字）:
重庆科技学院课程设计引言
引言
中国天然气生产主要经历了两个阶段：
第一阶段（1949-1995年）为起步阶段，天然气年产量由0.112亿立方米增至174亿立方米，年均增长仅3.8亿立方米；第二阶段（1995-2009年）为快速发展阶段，天然气年产量由174亿立方米增长到841亿立方米，期间累计增长量是1995年前的近4倍，年均增长高达47.6亿立方米。
中国天然气产量开始高速增长始于2004年，之前的同比增长率大多不超过10%，而2004年之后，以年均约18%的增速增长。
权威机构分析，天然气将是未来世界一次能源中发展最快的一种。
因此，提高天然气的质量是刻不容缓的事情。
其中天然气脱水是提升天然气的质量一个重要环节。
天然气的脱水方法多种多样，按其原理可归纳为低温冷凝法、吸收脱水法和吸附脱水法三种。
吸附法脱水由于其具有高的脱水深度、装置简单、占地面积小等优点，在天然气深度脱水、深冷液化和海上平台等方面居于不可动摇的地位。
I
重庆科技学院课程设计目录
目录
引言 I
摘要 1
1基本设计 2
1.1设计原则 2
1.2气质工况及处理规模 2
2分子筛脱水工艺流程 3
2.1分子筛的选择 3
2.2流程选择 3
2.3再生方法选择 5
2.4工艺参数优选 6
2.5工艺流程图见附录一 6
2.6分子筛脱水工艺流程介绍 7
2.7注意事项 7
3平面布置图 8
3.1站面平面布置基本要求 8
3.2设备平面布置图见附录二 8
4总结 10
参考文献 11
附录一 12
附录二 13
重庆科技学院课程设计摘要
摘要
本设计中原料气的压力为5MPa，温度为26℃，设计规模为12万方/天，要求脱水到1ppm以下。
根据分子筛的特点及要求脱水深度选择吸附剂，比较两塔吸附与三塔吸附效益，从而选择合适的流程，将三种再生方法进行比较，选择合适的再生方法，即加热再生法，然后绘制出双塔吸附脱水工艺流程图草图。
根据同组同学的吸附塔设计、冷凝器设计、分离器设计、加热器设计，可以确定分离器为立式重力型分离器，换热器采用套管式换热塔，吸附塔用4A型分子筛。
根据SY/T0076-2003《天然气脱水设计规范》GB50350-2005《油气集输设计规范》等规范绘制出某分子筛吸附脱水工艺设计的流程图和平面布置图。
吸附法脱水是利用某些多孔性固体吸附天然气中的水蒸气。
吸附是指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之间相互作用而停留在固体表面上，是气体或液体分子在固体表面上浓度增大的现象。
这类吸附，当气体压力降低或系统温度升高时，被吸附的吸附质可以容易地从固体表面脱附下来，而不改变气体原来的性状。
吸附和脱附为可逆过程，工业上利用这种可逆性，借以改变操作条件，使吸附的物质脱附，达到使吸附剂再生、回收或分离吸附质的目的。
目前常用的吸附剂有活性铝土、活性氧化铝、硅胶和分子筛四大类。
通常应根据工艺要求进行经济比较后，选择合适的吸附剂。
关键字：
分子筛吸附脱水工艺流程图平面布置图
1
重庆科技学院课程设计基本设计
1基本设计
1.1设计原则
（1）贯彻国家建设基本方针政策，遵循国家和行业的各项技术标准、规范。
（2）贯彻“安全、可靠”的指导思想，紧密结合上、下游工程，以保证中央处理厂安全、稳定地运行。
（3）根据高效节能、安全生产的原则，采用先进实用的技术和自控手段，实行现代化的管理模式，实现工艺、技术成熟可靠、节省投资、方便生产。
（4）充分考虑环境保护，节约能源。
1.2气质工况及处理规模
气体处理规模：
1.2×105m3/d
原料气压力：
5
原料气温度：
26℃
脱水后含水量：
≤1ppm
天然气气质组成见表1-1。
表1-1天然气组成表
组分
甲烷
乙烷
丙烷
异丁烷
正丁烷
异戊烷
正戊烷
已烷
二氧
化碳
氮气
硫化氢
体积含量
95.6
0.6
0.08
0.02
0.01
0.01
0.03
3.02
0.04
0.0264
7
重庆科技学院课程设计工艺流程
2分子筛脱水工艺流程
2.1分子筛的选择
分子筛通常分为X型和A型两类。
它们的吸附机理是相同的，区别在于晶体结构的内部特征。
A型分子筛具有与沸石构造类似的结构物质，所有吸附均发生在晶体内部孔腔内。
X型分子筛能吸附所有能被A型分子筛吸附的分子，并且具有稍高的容量。
13X型分子筛中吸附像象芳香烃这样的大分子。
根据表2-1，选用用球形4A分子筛吸附脱水，已知4A分子筛的颗粒直径为3.2mm，堆密度为660kg/m3，吸附周期采用8小时。
型号
孔直径
吸附质分子
排除的分子
应用范围
4A
4
直径<4A的分子，包括以上各分子
直径>4A的分子如丙烷等
饱和烃脱水
5A
5
直径<5A的分子包括以上各分子
直径>5A的分子，如异构化合物及4碳环化合物
从支链烃及环烷烃中分离正构烃、脱水
10X
8
直径<8A的分子，包括以上各分子
二正丁基胺及更大分子
芳烃分离
13X
10
直径<10A的分子包括以上各分子
（C4H9）3N及更大分子
同时脱水、CO2、H2S等
表2-1常用分子筛的性能表
2.2流程选择
吸附和脱附为可逆过程，工业上利用这种可逆性，借以改变操作条件，使吸附的物质脱附，达到使吸附剂再生、回收或分离吸附质的目的。
本装置所处理的湿净化气流量为1.2×105m3/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
重庆科技学院课程设计工艺流程
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。
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。
在三塔或多塔流程中，切换的程序有所不同，通常三塔流程采用一塔吸附、一塔再生、一塔冷吹同时进行。
表2-2三塔方案（常规）时间分配表
吸附器
0～8h
8～16h
16～24h
分子筛脱水塔A
吸附
加热
冷却
分子筛脱水塔B
冷却
吸附
加热
分子筛脱水塔C
加热
冷却
吸附
由表2-2可以看出，在三塔方案中，加热炉连续工作，并且冷吹再生时间长，期间的加热、冷却功率相对较小，三塔流程灵活性较高。
表2-3两塔方案（常规）时间分配表
吸附器
0～8h
8～16h
分子筛脱水塔A
吸附
加热/冷却
分子筛脱水塔B
加热/冷却
吸附
由表2-3可以看出，分子筛两塔脱水装置运行时，始终保持一塔处于吸附状态，另一塔处于再生状态。
因此，加热炉操作不连续，点火、停炉频繁，不利于装置的长周期正常、平稳运行，且会造成一定的热损失。
但两塔流程简单，其吸附时间增长，能耗大大降低。
两塔流程较三塔流程减少1座吸附塔，大大节约了设备采购费用。
由于设备数量的减少，操作维护费用也将大大降低。
同时，由于减少了设备、工艺管线的数量，实际上也相应削减了管线、设备穿孔泄露的风险，提高了安全可靠性。
且吸附、再生、冷却过程为密闭过程，对环境污染少。
两塔流程由装填有分子筛的两个塔组成,假设塔2在进行干燥,塔1在进行再生。
在再生期间,所有被吸附的物质通过加热而被脱吸,为该塔的下一个吸附周期作准备。
湿原料气一般经原料气过滤分离器,除去携带的液滴后自上而下地进入分子筛脱水塔（塔2）,进行脱水吸附过程。
脱除水后的干气一般经产品气粉尘过滤器除去分子筛粉尘后,作为本装置产品气输送出去。
且选用两塔流程仍有扩建空间。
若以后天然气处理量逐步增大，可能导致分子筛床层内气体流速增大，部分分子筛被击碎，并被原料气携带进入粉尘过滤器，造成粉尘过滤器滤网堵塞，装置运行不平稳。
则可对分子筛脱水工艺流程进行改造，在原两塔的基础上增加一台同规格的分子筛干燥塔，将“两塔流程”改为“三塔流程”，同时增加配套的自控系统，以完成扩建。
因此，本设计中采取分子筛两塔吸附脱水流程。
2.3再生方法选择
对固定床气—固吸附而言，主要有三种再生方法：
（1）温度转换再生法：
加热再生完全后，吸附剂需要冷却。
图2-4温度转换再生示意图
（2）压力转换再生法：
其原理是低压使水脱附从而再生。
（3）冲洗解吸再生法：
其原理是用某种合适的气体冲洗吸附剂床层，达到解吸而再生的目的，升高温度或降低压力均有利于冲洗解吸。
降压脱附虽然具有能耗低、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，且还需部分产品气作为吹扫之用，因而效率低，在产品的纯度与效率间存在矛盾，工业上使用不多。
升温脱附是工业上常用的方法。
这是基于所有干燥剂的湿容量都是温度随温度上升而降低这一特点来实现的。
通常采用预热的解吸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，
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