油气储运课程设计教材.docx
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油气储运课程设计教材
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:
学生姓名:
学号:
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17日
指导教师评语:
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成绩（五级记分制）:
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指导教师（签字）:
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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。
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
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
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，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，然后重新开始吸附操作。
冷却过程通常以都以冷却流进行冷却。
2.4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3.2mm条形
分子筛的有效湿容量：
8kg（水）/100kg（分子筛）
分子筛堆积密度：
660kg/m3
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℃。
2.5工艺流程图
图2-5
2.6分子筛脱水工艺流程介绍
附录一为吸附法脱水流程。
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1ppm，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。
吸附塔出再生气经再生气冷却器冷却，进入再生气分离器，分出游离水后作为生活及装置用气。
吸附操作时塔内气体流速最大，气体从上向下流动，这样可使吸附剂床层稳定，不致动荡。
再生时，气体从下向上流动，一方面可以脱除靠近进口端被吸附的物质，并且不使其流过整个床层。
另外，可使床层底部干燥剂得到完全再生，因为床层底部是湿原料气吸附干燥过程最后接触的部位，直接影响流出床层的干燥天然气质量。
2.7注意事项
（1）脱水器内应用栅板支撑床层，床顶有防护网罩，支撑结构应有利于气流均匀分布和更换吸附剂。
（2）人孔应根据脱水器筒体直径和高度设置，保证吸附剂装卸方便，确保床层装填水平。
（3）粉尘过滤器对过滤介质粒径大小的要求应根据下游工艺需求确定。
（4）当采用加热炉直接加热再生气时，应符合SY/T0540和SY/T0538的有关规定。
3平面布置图
平面布置图根据所布置的对象范围，平面布置图可分为总平面布置图、单体建筑平面布置图、设备平面布置图以及地下网络平面布置图等。
平面布置图的三要素：
比例尺、方向、图例和注记。
首先总平面布置图应符合现行国家标准《石油天然气工程设计防火规范》GB50183，国家现行标准《石油天然气工程总图设计规范》SY/T0048的有关规定；未涉及部分，应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016-2006，《石油化工企业设计防火规范》GB50160和《工业企业总平面设计规范》GB50187的相关规定等确定出总平面布置图。
3.1站面平面布置基本要求：
（1）站面平面布置应充分利用地形，并结合气象，工程地质，水文地质条件合理、布置紧凑、节约用电。
（2）站场总平面布置图应与工艺流程相适应，做到场区内外物料流向合理，生产管理和维护方便。
宜根据不同生产功能和特点分别相对集中布置，形成不同的生产区和辅助生产区。
（3）凡散发有害气体和易燃，易爆气体的生产设施，应布置在生活基地或明火区的全年最小频率风向的上风侧。
站场内通道宽度宜结合生产、防火与安全距离要求，并考虑系统管道和绿化布置的需要，合理确定。
（4）站场是否设置围墙，应根据所在地区周围环境和规模大小确定。
当设置围墙时，应采用非燃烧拆料建造，围墙高度不宜低于2.2m，场区内变配电站（大于或等于36kV）应设高度为1.5m的围栏。
（5）场区内雨水宜采用组织排水，罐区内雨水应采用明沟排水。
对于降雨量小于200mm的干旱地区，可不设排雨水系统。
3.2设备平面布置图
本论文主要介绍设备平面布置图。
首先根据SY/T00032012《石油天然气工程制图标准》确定其基本的图纸幅面及图框格式，确定设备图例。
再根据SH3011-2000《石油化工工艺装置布置设计通则》确定出个设备所在位置。
根据从本组其他同学的设备设计的尺寸画出平面布置图中的设备。
图2-6
4总结
本次课程设计我们组的内容是某分子筛吸附脱水工艺设计，我的内容是画流程图和平面布置图。
在查阅了大量资料后，从熟悉CAD到绘制出工艺流程图和平面布置图。
首先，在查阅了分子筛的特性，比较了三塔和两塔的吸附流程后，选择了两塔流程。
在吸附脱水前设置了气液分离器，然后原料气进入吸附塔，经吸附塔脱水后的干气再进入过滤器进行过滤，最后处理后外输，部分干气可以作为再生气经加热后进入再生吸附塔，热干气经过吸附床层，加热吸附床层后经过冷却器冷却后，再通过分离器，分离后的气体经压缩机回到进口分离器，这样循环整个流程。
在绘制平面布置图的过程中，开始不知道平面布置图应该怎么布置，以为只是画几个区域。
在多次请教严老师后，明白主要是画生产区里面的设备平面布置图。
首先应该查找规范找出各种设备的图例，然后再查找相关规范，查找设备之间的距离，还应该清楚工程制图的画法等。
作图时主要采用的CAD制图。
这次课程设计所学的内容，掌握天然气的吸附脱水工艺流程设计的方法和步骤，清楚了怎样确定工艺方案，提高了设计能力和绘图能力，熟悉了规范和标准。
同时也是对天然气集输课程的复习和巩固。
两周的课程设计结束了，在此感谢严老师的悉心指导，让我从不懂到明白该怎样做，同时也学到了更好的使用各种规范，明白了规范的重要性。
同时也感谢我的同学，整个过程中我们讨论，互相帮助，各自也有了提高。
参考文献
[1]梁平王天祥.天然气集输[M].北京：
石油工业出版社，2008.5
[2]蒋洪刘武.原油集输工程[M].北京：
石油供应出版社，2006.1
[3]SY/T00032012石油天然气工程制图标准
[4]SH3011-2000石油化工工艺装置布置设计通则
[5]GB50183《石油天然气工程设计防火规范》
[6]SY/T0048《石油天然气工程总图设计规范》
[7]GB50016-2006《建筑设计防火规范》
[8]GB50160《石油化工企业设计防火规范》
[9]GB50187《工业企业总平面设计规范》
附录一
附录二
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