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1、本科毕业设计370万方/天三甘醇脱水工艺设计摘要天然气中的水对于天然气的输送和使用都是有害的，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。因此，必须要对天然气进行脱水处理，目前对天然气脱水的主要方法有吸附脱水法、变温吸附脱水法、冷凝脱水法以及吸收脱水法，其吸收脱水法主要是利用三甘醇的技术确保纯净度与循环度后针对天然气产生的露点进行限制的工艺技术，并且三甘醇吸收脱水法效果明显、稳定性能较好被广泛用于我国各大天然气田中。关键词：天然气；脱水；三甘醇；ABSTRACTThewaterin
2、naturalgasisharmfultothetransmissionanduseofnaturalgas,anditisverynecessarytoremovethewaterinnaturalgasasmuchaspossiblewheneconomicconditionspermit,whetheritisfornaturalgastransmissionoruse.Thewaterinnaturalgasisusuallypresentinbothgaseousandliquidformsand,inrarecases,solid.Therefore,itisnecessaryto
3、dehydratenaturalgas,themainmethodsofnaturalgasdehydrationareadsorptiondehydrationmethod,variabletemperatureadsorptiondehydrationmethod,condensationdehydrationmethodandabsorptiondehydrationmethod,itsabsorptiondehydrationmethodismainlytheuseoftriethyleneglycoltechnologytoensurepurityandcirculationafte
4、rthedewpointofnaturalgasislimitedbytheprocesstechnology,andtriethyleneglycolabsorptionanddehydrationmethodhasobviouseffect,stableperformanceiswidelyusedinChinasmajornaturalgasfields.Keywords:naturalgas;dehydration;triethyleneglycol;目录第I章绪论11.1本课ZE研目的11.2国内外现状11.3设计参数2第2章设备选型及计算32.1分离器的选择32.1.1进料分离器3
5、2.1.2甘醇闪蒸分离器32.2吸收塔的选择422.1V-52.2.2塔高的计算62.2.3除雾器面积的计算72.2.4壁厚计算82.3再生塔选择92.3.1富液精储柱计算102.3.2塔径的计算102.3.3塔高的计算122.3.4壁厚的计算122.4贫液精储柱计算14第3章结论15参考文献16附录17第1章绪论1.1 本课题研究目的天然气是我国主要的资源，其热值高等特点用作工业和民用燃料，而且还是石油化工行业的重要原料。但天然气在管输过程中，极易达到其水露点，使其所含饱和水蒸气析出，从而腐蚀管道。天然气脱水工艺是以溶剂吸收法与固体干燥剂吸附法进行的，但目前被广泛使用的是三甘醇吸附脱水法，三
6、甘醇吸附脱水法主要是净化天然气中的含水量并且对天然气深冷分离装置进行露点处理。也就是浓三甘醇对水具有较强的吸湿性能达到脱水。脱水后的三甘酸富液，经过高温减压，再进行蒸储脱水，用来除去吸收的水分。这样三甘醇就可以循环利用了，从而达到除去天然气中水蒸气的目的。其次三甘醇作为一种甘醇类化合物具备很强的吸湿性，其稳定性与实用性较强并且在采用三甘醇时因为热稳定性更好所以可以再生，从而使蒸气压降低，并且在相同质量浓度下三甘醇可有效达到更好的露点降，并且沸点高度明显在常温下基本不会挥发。也就是上述这些特点，三甘醵吸附脱水法目前被广泛使用，同时也是天然气工业最为普遍的工艺技术之一。1.2 国内外现状虽然三甘醇
7、脱水系统在天然气工业中得到了广泛的应用，但还是存在着一些问题:系统比较复杂；三甘醇溶液再生过程的能耗比较大；三甘醇溶液会损失和被污染，因此需要补充和净化；三甘醇与空气接触会发生氧化反应，生成有腐蚀性的有机酸。所以，三甘醇脱水的投资和运行成本比较高。目前国内的撬装三甘醇脱水系统多从国外引进。虽然性能很好，但是也存在很多问题。如一次性投资比较大；各种零配件和消耗品不易购买。而且价格昂贵；计量标准与我国现行标准不同；测量系统不适合我国的天然气性质等。例如四川大天池天然气输送干线引进的撬装三甘醇脱水系统，1999年3月25日至7月27日试运行过程中，日平均三甘醇消耗量为119kg,而且随着装置运行时间
8、延长，三甘醇消耗逐渐增加。由于使用的三甘醇需要进口，价格较高因此三甘醇消耗量成为影响生产成本的重要因素。1.3 设计参数1 .进站压力：8MPa2 .进站温度：383 .处理规模：37xi4n3d4.干气露点：一85.原料气组成：组分CiC2C3i-C4n-C4i-C5mol%96.041.210.660.170.140.08组分n-C5C6C7+N2CO2H2Omol%0.060.040.350.710.250.29第2章设备选型及计算2.1 分离器的选择2.1.1 进料分离器进料分离器从天然气中脱除游离态液体的分离器。因来气中含水很少，采用过滤式分离器,过滤式分离器分成两部分，上游部分装设
9、过滤管，下游装捕雾器。含微量和固体杂质的气体由外向内通过过滤管时，分出杂质并使雾状油滴聚结成较大油滴，和入口分离室的液体汇合流入集液罐内，气体则通过捕雾器后流出分离器。这种分离器能脱除100%粒径大于2m的油滴和99%粒径大于0.5m的油滴。2.1.2 甘醇闪蒸分离器由规范知，甘静闪蒸分离器的作用是脱除富甘醇富液中夹带的天然气及凝液,以减少结焦和气泡。分离器还可捕集甘醇中闪蒸出的天然气和甘醇-天然气驱动泵排放的废气。当处理的气体量相比液体量很少时，应按液体的停留时间来确定甘醛闪蒸分离器的尺寸；当气体量很大时，可以按气液分离器来计算甘醇闪蒸分离器的尺寸。表2.1甘醇闪蒸分离器基础数据项目数据项目
10、数据压力，Map0.55气体质量流量kg/h16.214温度，50.61液体质量流量kg/h4899.588液体体积百分比，%50液体体积流量l113h4.468由表2.1可以看出，气体处理量相比液体处理量来说很小，所以在计算甘醇闪蒸分离器时应按液体的停留时间来确定。三甘醇闪蒸分离器优先选用卧式两相分离器。甘醇闪蒸分离器根据液体停留时间确定尺寸大小，公式如下：mLe=Q0tf21式中D闪蒸分离直径，motr停留时间，min,此处取IOmin0m液体流通面积与分离器横截面积之比，无因次。此处取m=05即液位控制在0.5D处。1.e一重力沉降区的有效长度，一般取分离器圆通部分的0.75倍。Q(I-
11、液体处理器，m3h0 = 38 4.468 X 103 3.14 60由表2.1得=0.795m因闪蒸罐压力为0.55Mpa,为低压，所以此处选长径比为3。经计算甘醇闪蒸分离器的直径为795mm,经圆整后取800mm,则甘醇闪蒸分离器的长度为1.=40=4X800=3200nzn2.2 吸收塔的选择根据本课题采用的脱水剂为三甘醇，根据SY/T00762008中5.3.2要求，吸收塔选择板式塔。板式塔之间的比较式一个十分复杂的问题，要考虑的问题很多，而且每一种方法都存在一些不足的地方，综合考虑各方面因素后，对板式塔的评价具体可以从以下几个方面比较：生产能力；塔板效率；操作弹性；气体通过塔盘的压力
12、降；造价；操作是否方便。表2.2各种塔盘比较塔盘形式蒸气量液量效率操作弹性压力降价格可靠性泡罩良优良超差良优筛板塔优优优良优超良浮阀优优优优良优优穿流式优超差差优超可表2.3各种板式塔的优缺点及用途塔盘形式结构优点缺点用途泡罩型圆形泡罩复杂弹性好；无泄漏费用高；板间距大；适用于特定要求的场合S型泡罩稍简单简化了泡罩的形式，因此性能相似费用高；板间距大；适用于特定要求的场合浮阀型多条浮阀简单操作弹性好；塔板效率高；处理能力较大没有特别的缺点适用于加压及常压下的气液传质过程重盘式浮阀简单通过以上表2.2和表2.3个表的比较，结合课题要求，根据SY/T00762008中的5.3.2要求，综合考虑各方
13、面的因素后，决定本课题中选择吸收塔的塔板为圆形泡罩型塔板。2.2.1 塔径的计算版式吸收塔直径由气体体积流量、允许最大气体流速确定、其允许气体流速按公式计算2.2式中Vc板式塔允许气体流速，m/spt甘醇在操作状态下的密度，kgn3Pg气体在操作状态下的密度，kgm3K一一经验常数，见表2.4表2.4板间距与K值的关系塔盘间距，mmK值4500.03665600.04576000.0488由规范知，板式吸收塔的最小塔板间距为457.2Omnb通常选用板式吸收塔的板间距为600mm,所以，此次设计选用的板式吸收塔为泡罩塔，且塔板间距为600mmo由HYSYS模拟流程可知，吸收塔的第三块塔板的气相
14、流率最大，所以，以第3块塔盘作为计算塔盘，可得吸收塔的计算塔盘的基础数据如表2.5。表2.5吸收塔计算塔盘的基础数据项目数据操作压力，MPa7.0工况下气体密度，kgm350.44工况下液体密度，kgm31112工况下气体处理量，m3h2259代入数据得吸收塔的允许气速为：Vc=K=0.0488J=0.224m/s2.350.44,则甘醇吸收塔的直径为:O=阳后封=89m2.4经上述计算，圆整后塔径选用200Omn1。2.2.2 塔高的计算据规范，顶部塔板距捕雾器的间距应比踏板间距大152.4mm,即H1=600+152.4=752.4Tnm捕雾器与出口管之间最小间距为容器内经的0.35倍，即
15、H2-0.35。=0.35X2000=700mm设塔板效率为25%o理论塔板数为3,则实际塔板数为325%=12块。则塔板高度H3=11600=660OTnm底部塔板距裙座之间的距离约为4=100Ommo裙座高度H5=500则塔的总高度为“=%+“2+”3+4=9552.8mm,圆整后取塔高为10000mmo2.2.3 除雾器面积的计算丝网除雾器具有比表面积大、质量轻、孔隙率大以及使用方便等优点外除沫效率高，压力降小，因此得到广泛应用。适宜的设计气速是除雾器取得高效率的重要因素，气速太低，雾滴呈飘雾状，没有撞击网丝，即随气流通过丝网，气速太高，聚集的雾滴不易从丝网降落，又被气流重新带走。气体、
16、液体的密度影响气速最大，所以除雾器的液泛气速(操作中的极限气速)：式中Pl液滴密度，kgm3Pg液滴密度，kgm3K气体过滤网常数，网型选用SP型，K取值0.201。除雾器的操作气速：Ug(0.50.8)Uf除雾器直径：式中Q一一工况下气体处理量，m3s将数据代入得：除雾器液泛气速为:=0.201 1112-50.4450.440.922 m/s操作气速为Ug (0.50.8)附=0.65 X 0.922 = 0.5993 m/s除雾器直径为4Q匈4x 22593.14 0.5593 36001.15 m所以除雾器面积为TrD2 3.14 1.1552=1.0472.2.4 壁厚计算吸收塔材料
17、选用16MNR钢，其壁厚公式计算如下:Sm=2团-P+202式中D吸收塔直径，mmP设计压力，P=LlPo,MPa。材料的最大许用应力，170MPa。CI钢板负偏差，此处取1.2mm。C2吸收塔腐蚀裕量，此处取1mm。焊缝系数，无缝钢管取0.9,焊接钢管取0.8。代入数据得PD71.12000Sm=2-P+c+C2=21700.8-71.1+12经计算选用壁厚为65mmo经过如上计算，吸收塔使用规格如下表2.6表2.6吸U攵塔规格表设备吸收塔（T-100）介质名称天然气+TEG溶液塔盘（填料）形式泡罩塔塔盘数3操作温度（塔顶/塔底），41.27/40.08操作压力，Mpa7.0进料塔盘（段）位
18、号3计算塔盘气象流率，kg/h113811.15气象温度，40.87液相流率，kg/h4915.801液相温度，40.87等板高度，m0.457计算塔径，mm1889采用塔径,mm2000塔高,mm10000除雾器面积,m21.047塔板厚度652.3再生塔选择由吸收塔来的富三甘醇经闪蒸后在再生塔精微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两组分混合物的简单蒸储过程。富三甘醇中吸收的水由精微柱顶部排放大气，再生后的贫甘醵由再生塔流出。精微柱顶部设有冷却盘管，可使部分水蒸气冷凝，成为精僧柱顶的回流，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燃中含
19、有芳香烧时，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；对于含硫化氧的放空气，可采用灼烧的方法进行处理。三甘醇脱水装置的再生系统主要由再生塔和重沸器组成，其中重沸器的作用是用来提供热量将富三甘醇加热至一定温度，使富三甘醇中所吸收的水分汽化并从精微柱顶排放，同时提供回流热负荷及补充散热损失,再生塔的作用是使三甘醇溶液在此得到提浓。由于三甘醇溶液和水的沸点相差很大，且不生成共沸物，较易分离，再生塔只需2至3块理论塔板即可。重沸器通常为卧式容器，采用釜式结构，一般采用火管直接加热、水蒸气或热油间接加热、电加热以及废气加热等4种加热形式。由上所述，甘醇再生塔选取为填料塔。2.3
20、.1 富液精微柱计算再生塔的作用是采用精储方式实现水和甘醇的分离，一般采用填料塔。因此，此次设计采用金属矩鞍环散装填料塔。25#型不锈钢矩鞍环散装填料的主要性能参数见表2.7。HYSYS模拟的进塔数据见表2.8。表2.725#型不锈钢矩j发环散装填料的特性数据25#型不锈钢矩鞍环数据填料尺寸，mm25150.3等版高度HETP设计值，mm430产推荐值1.76表2.8富液精储柱计算塔盘基础数据项目数据项目数据温度，145.4液相粘度1.403X10-3压力，MPa120气象质量流量，kg/h266.896气象密度，kgm30.6579液相质量流量，kg/h5132.428液相密度，kgm310
21、12气体体积流量，m3h405.72.3.2 塔径的计算用气体动能因子来计算空塔气速:F=UgM式中适宜的空塔气速，m/soPg工况下气体的密度，kgm3o富液精微柱的直径:式中Qg气体的体积流量，m3sUg适宜的空塔气速，m/s其中空塔气速Ug=(O.5O.6)1Z/以喷淋密度计算塔径时，可按下式进行计算:式中Ql液相体积流量，mAoI喷淋密度，m3(m2i)o喷淋密度的选取min=(LW)mi/t式中Umin一散装填料的最小喷淋密度，m3(nt2)o(LW)min最小湿润率，m3(hm),dV75mm的散装填料，(LW)/取0.08m3(hm),d75nzn的散装填料，(Lw)njnl0.
22、12m3(hm)。at填料的总比表面积，m2m3将数据带入式计算得空塔气速：Ug=2.218m/s实际操作气速为液泛点气速的50%60%.故取实际操作气速为液泛点气速的55%ouq2.182%=3968m/s计算三甘醇富液精僧柱直径得:D =4 405.73600 3.14 2.182=0.256当用喷淋密度计算富液精微柱的直径时最小喷淋密度为min=(LW)=008X185=14.8m3(m2h)取喷淋密度为20113(M血2)计算精微柱段直径：比较用动能因子和喷淋密度计算出的塔径，取精储段直径为600mn02.3.3 塔高的计算填料塔的高度主要取决于填料层的高度，为了工程的可靠性，计算出的
23、填料层高度加上20%左右的裕度。塔的总高度加上各附属部件以及塔顶的空间高度。用理论塔板数计算填料层高度的计算式为：Z=VHETP式中Z填料层高度，HloNt理论板数。HETP一一等板高度，相当于一块理论板分离程度所需的填料高度，moHETP=430mm,理论塔板数3块，则填料层高度为Z=NHETP=2430=860mm则填料层实际高度为Z1=1.2Z=1.2X860=1032m考虑各附属部件的高度，取塔高度为1500mm。2.3.4 壁厚的计算吸收塔材质选用16MnR钢，其壁厚公式计算如下：PDSm=2._p+.+G式中D吸收塔直径，mm.P设计压力，P=LIP。材料的最大许用应力，170MP
24、aoCl钢板负偏差，此处取1.2nun0C2吸收塔腐蚀裕量，此处取InmI。焊缝系数，无缝钢管取0.9,焊接钢管取0.8。代入数据得PD0.132900Sm=+C1+C2=-CC+1.2+1=2.588mmm2-P1221700.9-0.132经圆整后塔板厚度取为5mm。经以上计算得，富液精储柱的规格见下表2.9表2.9富液精偏柱规格设备富液精储柱介质名称TEG溶液塔盘（填料）形式25#型不锈钢矩鞍环散装填料塔盘数3操作温度（塔顶/塔底），99.37/145.4操作压力，MPa0.12进料塔盘（段）位号2计算塔盘气相流率，kg/h266.896气相温度，145.4液相流率，kg/h5132.4
25、28液相温度，145.4等板高度，mm430液泛气速，m/s3.968计算塔径，mm568采用塔径，mm600塔高，mm1500塔板厚度52.4贫液精僧柱计算贫液精微柱的塔径以喷淋密度计算，由HYSYS知第一块塔板的液相负荷最大,将第一块塔板作为计算塔板，基础数据见下表2.10表2.10贫液精储柱的基础数据项目数据计算塔盘1压力,MPa123温度，199.3工况下液相体积流量，m3h4.225用喷淋密度计算贫液精储柱的直径时，喷淋密度I一般为1020e3/（九巾2）,此次设计取喷淋密度为15t113（q加2）,计算贫液精微柱段直径:式中Ql液体体积流量，n3hoI喷淋密度，巾3/（租2.h）。
26、由表2.10基础数据，代入公式得:计算直径为559mn,圆整后取600mm。第3章结论此次毕业设计，根据所给的原始参数，以及相关的规范要求，进行了计算与设计，得到了以下数据：1 .首先我们进行了分离器的选择，根据分离器特性以及相关性能，本次设计选用甘醇闪蒸分离器，并根据具体情况选择了卧式两相分离器。2 .根据所给天然气的数据及要求，通过分析与查阅相关文献的方法选择出吸收塔的塔板为圆形泡罩型塔。并根据此项选择，对泡罩塔的参数进行了计算，结果如下：（1）此泡罩塔塔径计算后为1.899m（2）塔高计算后为Iom（3）除雾器面积计算后为1.047r112（4）壁厚计算为65mm3 .根据规范得此次再生
27、塔最优选择为填料塔，并对其富液精微柱参数进行了相关得计算，其计算结果如下；（1）填料塔塔径计算后为60Omm（2）填料塔塔高计算后为1500mm（3）填料塔壁厚计算后为5mm相关贫液精储柱计算后，其贫液精储柱段直径计算为600mm参考文献1冯叔初等.油气集输与矿场加工M.东营：中国石油大学出版社，2006.2 SY/T0602-2005.甘醇型天然气脱水装置规范S.3 SY/T0076-2008.天然气脱水设计规范S.4诸林.天然气加工工程M.北京:石油工业出版社，20085GB503502005油气集输设计规范S.6叶弦.三甘醇脱水工艺设计J.化工管理,2018,622150：1211227J于明涛.天然气三甘醇脱水J.化学工程与装备,2021,163000：66-678周树清.三甘醇脱水工艺参数与流程设计J.当代化工，2018,266580：21362139附录
