某三甘醇天然气脱水工艺设计再生塔设计教材.docx
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某三甘醇天然气脱水工艺设计再生塔设计教材
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）：
设计题目：
某三甘醇天然气脱水工艺设计--------再生塔设计
完成日期：
2012年6月20日
指导教师评语：
成绩（五级记分制）：
指导教师（签字）：
摘要
天然气中的水对于天然气的输送和使用都是有害的，因此，在经济条件允许的情况下，尽可能的脱去天然气中的水，不论对于天然气输送还是使用都非常的有必要。
天然气中的水通常以气态和液态两种形式存在，在少数情况下也会呈固态。
三甘醇在吸收塔中吸收了水分变成富液，不能再继续使用。
因此，再生塔就为富甘醇进行再生，并且打入吸收塔中再次利用。
三甘醇再生塔是安装在重沸器（再沸器）顶部的立式分馏塔。
通过三甘醇脱水工艺流程，TEG吸收塔底部排出的三甘醇富液与TEG再生塔顶部换热后进入TEG闪蒸罐，尽可能闪蒸出其中所溶的烃类，闪蒸后的三甘醇富液经过TEG过滤器除去固体、液体杂质，进入TEG换热罐提高三甘醇进TEG再生塔的温度，从再生塔中部进料，经TEG重沸器加热再生，再生后的三甘醇贫液经TEG换热罐和TEG后冷器冷却，冷却后的三甘醇贫液由TEG循环泵输送到干气/贫甘醇换热器与吸收塔顶部出来的天然气换热后进入吸收塔，实现三甘醇贫液的循环利用。
由此可见三甘醇再生塔在三甘醇脱水工艺流程中显得尤为重要。
本篇就重点介绍三甘醇再生塔在脱水工艺流程中的设计和注意事项。
关键词：
三甘醇再生塔精馏柱填料塔冷却盘管三甘醇贫液的循环利用
1.设计参数……………………………………………………………………………3
2.遵循的规范、标准…………………………………………………………………4
3.再生塔设计…………………………………………………………………………5
3.1再生塔工作原理…………………………………………………………………5
3.2再生塔塔设备的选型……………………………………………………………5
3.3三甘醇再生方法选择……………………………………………………………6
3.4参数对比及方案优选……………………………………………………………7
4.三甘醇再生塔的计算………………………………………………………………9
4.1富液精馏柱计算………………………………………………………………10
4.2贫液精馏柱工艺计算…………………………………………………………11
4.3富液精馏柱顶部冷却盘管工艺计算…………………………………………11
4.4三甘醇再生塔主要设备选型计算结果………………………………………12
5.结论…………………………………………………………………………………13
6.参考文献……………………………………………………………………………14
1．设计参数
基础资料：
天然气组成如下表：
组成
%（mol）
CH4
97.812
C2H6
0.569
C3H8
0.111
i-C4H10
0.022
n-C4H10
0.034
i-C5H12
0.015
n-C5H12
0.015
n-C6H14
0.038
N2
0.976
H2
0.006
O2+Ar
0.015
CO2
0.087
H2S
0.000
H2O
0.296
合计
100.00
原料气处理量40×104m3/d
原料气露点30~36ºC
原料气压力2.05~2.25MPa（g）
拟建天然气脱水装置产品气为干净化天然气，该产品气质量符合国家标准《天然气》（GB17820-1999）中二类气的技术指标。
其有关参数如下：
产品气质量40×104m3/d
产品气温度≤40ºC
产品气压力1.9~2.1mpa
H2S含量≤20mg/m3
总硫含量（以硫计）≤200mg/m3
CO2含量≤3%
水露点≤-8ºC（在2.1mpa条件下）
2.遵循的规范、标准
[1]SY/T0076-2008《天然气脱水设计规范》
[2]SY/T0602-2005《甘醇型天然气脱水设计规范》
[3]SH3098-2000《石油化工塔器设计规范》
[4]GBT9019-2001《压力容器公称直径》
[5]GB150.2-2010《固定式压力容器》
[6]SY/T0504-2006《石油工业用加热炉型式与基本参数》
[7]石油大学出版社石油地面工程手册．第三册．《气田地面工程设计》
[8]曾自强，张育芳．《天然气集输工程》．石油工业出版社
[9]梁平，王天祥。
《天然气技术技术》石油工业出版社
[10]俞晓梅袁孝竞《塔器》化学工业出版社
3.再生塔设计
3.1再生塔工作原理
三甘醇再生塔是安装在重沸器（再沸器）顶部的立式分馏塔。
由吸收塔来的富三甘醇经闪蒸后在再生塔精馏柱和重沸器内进行再生（提浓），富三甘醇的再生过程实质上是甘醇和水二组分混合物的简单蒸馏过程。
富三甘醇中吸收的水由精馏柱顶部排放大气，再生后的贫甘醇由再生塔流出。
精馏柱顶部设有冷却盘管（回流盘管），可使部分水蒸气冷凝，成为精馏柱顶的回流，从而使柱顶温度得到控制，并可减少三甘醇损失量。
当三甘醇溶液所吸收的重烃中含有芳香烃时，应将放空气引至地面，使其在罐中冷凝，排放的冷凝物应符合苯的排放规定；对于含硫化氢的放空气，可采用灼烧的方法进行处理。
精馏柱的直径可根据其底部所需的气、液负荷来确定。
通过三甘醇脱水工艺流程，TEG吸收塔底部排出的三甘醇富液与TEG再生塔顶部换热后进入TEG闪蒸罐，尽可能闪蒸出其中所溶的烃类，闪蒸后的三甘醇富液经过TEG过滤器除去固体、液体杂质，进入TEG换热罐提高三甘醇进TEG再生塔的温度，从再生塔中部进料，经TEG重沸器加热再生，再生后的三甘醇贫液经TEG换热罐和TEG后冷器冷却，冷却后的三甘醇贫液由TEG循环泵输送到干气/贫甘醇换热器与吸收塔顶部出来的天然气换热后进入吸收塔，实现三甘醇贫液的循环利用。
3.2再生塔塔设备的选型
天然气净化厂中通常是采用三甘醇脱水，三甘醇吸收水后由“贫液”变为“富液”。
再生塔的作用就是将富液再生成为贫液，使三甘醇能够循环使用。
再生塔可以采用板式塔，也可以采用填料塔。
采用何种形式的塔更为经济合理，应根据处理量的大小、溶液的洁净程度等因素来确定。
一般来说，处理量较大时，宜采用板式塔；处理量较小或者溶液比较洁净时，可采用填料塔。
下表3-1为填料塔和板式塔的比较。
表3-1填料塔和板式塔的优缺点比较
型式
优点
缺点
备注
板式塔
1）可在气液比较低时使用，当气体流量较低时不会发生
2）漏液或排干塔板上的液体
3）技术发展成熟，应用广泛
当气体流量过大时塔板上的“吹液”现象会恶化
填料塔
1）当处理量较高时，由于液体以润湿膜的形式流过填料表面，不受“吹液”现象响
2）由于液体受气体搅动程度相对低，有利于处理三甘醇溶液的起泡现象
1）若三甘醇流量较低，塔内填料不能完全湿润，
会降低接触效率
2）使用不广泛
当塔径小于300mm时，宜于选用
再生塔的作用是采用精馏方式实现水和甘醇的分离，一般采用填料塔。
考虑到精馏柱中的温度高于100ºC，此时有少量的水蒸气和溶解的气体，有一定的腐蚀性，推荐不使用不锈钢316L。
3.3三甘醇再生方法选择
在常压再生的基础上可采用以下再生方法：
（1）减压再生。
减压再生是降低再生塔的操作压力，以提高甘醇溶液的浓度。
但减压系统比较复杂，限制了该法的应用。
（2）气提再生。
气体汽提是将甘醇溶液与热的汽提气接触，汽提气可搅动甘
醇溶液，使滞留在高粘度甘醇溶液中的水蒸气逸出，同时也降低了水蒸气分压，使更多的水蒸气从再沸器和精馏柱中脱除，从而将贫甘醇中的甘醇浓度进一步提浓到99.995%（质），干气露点可降至-73~-95℃。
此法是现行三甘醇脱水装置中应用较多的再生方法。
如图3
（3）共沸再生。
共沸再生是20世纪70年代初期发展起来的。
该法采用的共沸剂应具有不溶于水和三甘醇。
与水能形成低沸点共沸物、无毒、蒸发损失小等性质，最常用的是异辛烷。
共沸剂与三甘醇溶液中的残留水形成低沸点共沸物汽化，从再生塔顶流出，经冷凝冷却后，进入共沸物分离器，分区水分后，共沸剂用泵再打回再沸器。
该法可将甘醇溶液提浓至99.99%（质），干气露点达-73℃。
共沸剂在闭路中循环，损失量很小。
如图3、4。
目前为止，国外设计的一些三甘醇吸收脱水装置仍采用汽提气再生的方法。
因汽提气含量很少，虽然污染，但是不影响达到环保标准。
成本低，操作方便提浓效果好，是该方法的一大优点，所以国内外大多采用这种方法。
3.4参数对比及方案优选
3.4.1甘醇循环量
进料气带入的水量为：
Kg水/h
三甘醇循环量按脱除进料气带入的全部水量计算，此法虽然保守，但却比较安全。
三甘醇循环流量为：
贫甘醇浓度为98.8%（
），在吸收操作温度32
下的密度为1.11
因此其质量循环流量为：
3.4.2贫甘醇流量
贫甘醇浓度为98.8%（
），流量为438.45
因此贫甘醇中的三甘醇量为：
贫甘醇中的水量为：
3.4.3富甘醇流量
富甘醇中的三甘醇量为：
434.06kg/h
富甘醇中的水量为：
因此富甘醇流量为：
富甘醇浓度为：
看出三甘醇贫液浓度为98.8%（w），三甘醇循环流量为438.45kg/h时，其产品气平衡水露点计算值为-14.73℃。
因此本流程采用99.5%的贫甘醇，采用气提再生工艺，实际水露点控制在-8℃以下是完全可行的。
4.三甘醇再生塔的计算
三甘醇再生塔采用填料塔，由于三甘醇和水密度相差很大，甘醇和水很容易分离，采用Dg38型金属环矩鞍填料，富液精馏柱和贫液精馏柱均采用金属环矩鞍散装填料Dg38型。
Dg38型填料主要性能参数见表
三甘醇再生塔采用填料塔，由于三甘醇和水密度相差很大，甘醇和水很容易分离，填料采用张家港雄华设备厂生产的Dg38型金属环矩鞍填料，富液精馏柱和贫液精馏柱均采用金属环矩鞍散装填料Dg38型。
Dg38型填料主要性能参数见表4-1。
表4-1Dg38型填料主要性能参数表
项目
填料主要性能参数
比表面积a，m2/m3
140.44
空隙率
，%
96.8
填料因子
，m-1
126.6
等板高度，mm
600
表4-2富精馏柱段计算塔径的基础数据
项目
第一板
压力，kPa
114.00
温度，℃
150.8
工况下气相体积流量，m3/h
240.6
工况下气相流量，kg/h
153.9
工况下气相密度，kg/m3
0.6358
工况下液相流量，kg/h
3330
工况下液相密度，kg/m3
1009
工况下液相体积流量，m3/h
3.302
液相粘度，cP
1.304
表4-3贫液精馏柱段塔径的基础数据
项目
三甘醇贫液精馏柱
压力，kPa
125.00
温度，℃
198.0
工况下液相体积流量，m3/h
3.255
4.1富液精馏柱计算
SY/T0076-2003《天然气脱水设计规范》中规定甘醇再生塔塔直径应按填料塔的操作气速度及喷淋密度计算。
在三甘醇富液精馏柱选定板上汽相负荷最大的塔板工艺参数作为精馏段塔径的计算依据，用HYSYS对三甘醇再生塔富液精馏柱段和贫液精馏柱段进行模拟计算。
三甘醇富液精馏柱段第三块塔板处气相荷最大，以第三块塔板的工艺参数作为富液精馏柱段塔径计算的基础数据，见表4-2所示。
4.1.1富液精馏柱直径和高度的计算
以第三块塔板计算三甘醇富液精馏柱直径，用以下公式计算泛点速度
：
代入数据得：
算得泛点速度：
m/s
实际操作气速为液泛点气速的68%～75%。
故取实际操作气速为液泛点气速的70%。
m/s
计算三甘醇富液精馏柱直径得：
m
富液精馏柱喷淋密一般取为8～12m3/（h·m2），取喷淋密度
为10m3/（h·m2），计算精馏柱段直径：
0.65m
从表4-2中可看出三甘醇富液精馏柱中气相量较小，液相量较大，比较按操作气速及喷淋密度计算出的塔径，富液精馏柱段直径取为700mm。
三甘醇富液精馏柱段高度：
根据工程实际，富液精馏柱段高度为1800mm。
4.2贫液精馏柱工艺计算
4.2.1贫液精馏柱直径和高度的计算
贫液精馏柱段第二块板处液相相负荷最大，作为贫液精馏柱段塔径计算的基础数据，见表4-3所示。
三甘醇贫液精馏柱直径应按喷淋密度进行计算。
三甘醇贫液精馏柱工况下液体流量为3.255m3/h。
贫液精馏柱的喷淋密度
一般为10～20m3/（h·m2）。
取15m3/（h·m2）作为三甘醇贫液精馏柱直径计算的基础数据。
其它基础数据如表2-6所示。
取喷淋密度
为15m3/（h·m2）计算汽提柱直径：
m
故三甘醇贫液精馏柱段直径取为600mm。
三甘醇贫液精馏柱段高度：
根据工程实际，取贫液精馏柱段高度为1200mm。
4.3富液精馏柱顶部冷却盘管工艺计算
富液精馏柱顶部冷却盘管换热面积按下式进行计算：
式中：
—热负荷，
；
—平均温差，
。
对数平均温差：
=21.02℃
式中：
—大温差的流体温差，℃；
—小温差端的流体温差，℃。
富液精馏柱出来的气体进富液精馏柱顶部冷却盘管时温度为150.8℃，出冷却盘管时温度为93.84℃，富液进入精馏柱顶部冷却盘管时温度为35.78℃，出冷却盘管时温度为40.53℃。
该流程顶部冷却盘管传热系数
W/（m2·℃），热负荷为9.863kW。
由上式可以算出平均温差
=21.02℃，流程顶部冷却盘管换热面积为4.69m2。
盘管规格选为Ø32×5mm，盘圈内径为300mm，盘管圈数为60圈。
4.4三甘醇再生塔主要设备选型计算结果如下表
富液精馏柱
直径，mm
700
填料高度，mm
1800
贫液精馏柱
直径，mm
600
填料高度，mm
1200
富液精馏柱顶部冷却盘管
平均有效温差，℃
21.02
传热系数，W/（m2·℃）
100
换热面积，m2
4.69
管内流体种类
甘醇富液
盘管
规格
Φ32×5
间距，mm
42
盘管内径，mm
300
圈数
60
主体材质
20R
5.结论
经过两周的课程设计，使我加深了对所学理论知识的理解与巩固，在这次工程设计的过程中，要求我们将以往的基础专业课程综合运用,这对我们的综合能力作了一个比较全面的考查。
做完这次设计后我的综合能力有一定的提升。
由于之前做过化工设计，所以在这次工程设计中，我对相关资料的运用和查阅更加得心应手，通过这次课程设计我总结了以下经验：
第一、要把时间安排好，做好相应的规划，并在每一天完成相应的任务。
第二、虚心向老师和同学请教；不能马马虎虎；第三、在做设计之前先做好充分的准备将相关资料都借到。
课程设计就是简单的毕业设计，通过这次课设。
给予我们实践的机会使我积累了一定的经验，为以后的学习打下了基础，也为毕业设计铺平了道路。
最后，我对我们小组的成员同学表示衷心的感谢，因为我们是是靠互帮互助才能完成课程设计的，我想其他同学也跟我有一样感受，同时也要诚挚地感谢指导老师在课程设计过程中给予帮助和指导。
我觉得我自己这次工程设计收获还是蛮大了，相信经过这次课程设计，我在毕业设计时会做的更好。
6.参考文献
[1]梁平，王天祥.天然气集输技术.北京：
石油工业出版社，2008
[2]路秀林，王者相等编.塔设备.北京：
化学工业出版社，2004
[3]曾自强，张育芳．《天然气集输工程》．石油工业出版社
[4]俞晓梅，袁孝竞。
《塔器》化学工业出版社2010
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