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分子筛脱水

所属分类:技术成果发布于 2023-06-13 15:24:11被阅读146

1.分子筛脱水工艺参数:

处理量100Nm3/d(0℃,101325Pa),即4.1667Nm3/h

吸附周期:T=8小时

分子筛有效吸附容量:取8kgH2O/100kg分子筛(实际为8~12)

按全部脱去考虑,需脱水量:(0℃?,101325Pa)。操作周期T=8h,总共脱水:。天然气的压缩系数Z=0.9023。

则操作条件下气体量:Q=877.74m3/h(30℃,4.5MPa),工况下密度为(30℃,4.5MPa),所以,气体质量流量:。

已知,即可根据雷督克斯的半经验公式求得吸附塔直径,半经验公式如下:

式中  G——允许的气体质量流速,;

      C——系数,气体自上向下流动,取0.25~0.32;自下向上流动,取0.167;

      ——分子筛的堆密度,kg/;

      ——气体在操作条件下的密度,kg/;

      Dp——分子筛的平均直径(球形)或当量直径(条形),m。

因此,

吸附塔的截面积:。

直径:,取1.5m。则,F=1.76625m2,气体流速(30℃,4.5MPa)。

吸附器高径比计算

原料气饱和水含量 mol%为0.001112

原料气的摩尔流量为1736.835 kgmole/h

操作周期T=8h,总共脱水:

 分子筛有效吸附容量取8kg(水)/100kg(分子筛),

吸附塔需装分子筛:,其体积为,

床层高,取3m.高径比约。

 

再生热负荷计算

用贫天然气加热,M=17.13,进吸附塔温度260℃,分子筛床层吸附终了后温度=35℃,再生加热气出吸附器温度200℃,床层再生温度是℃。预先计算在230℃时,分子筛比热0.96kJ/kg·℃,钢材比热0.5kJ/kg·℃,瓷球比热0.88kJ/kg·℃。吸附器筒体是压力容器,预先估计其包括器内附属设备的质量约重13200kg,床层上下各铺150mm瓷球,瓷球堆密度2200kg/m3,共重约1166kg。

再生加热所需的热量为Q,则:

式中  Q1——加热分子筛的热量,kJ;

      Q2——加热吸附器本身(钢材)的热量,kJ;

      Q3——脱附吸附水的热量,kJ;

      Q4——加热铺垫的瓷球的热量,kJ。

所以,

式中m1、m2、m3、m4分别是分子筛的质量,吸附器筒体及附件等钢材的质量、吸附水的质量和铺垫的瓷球的质量。4186.8是水的脱附热,Cp1、Cp2、Cp4分别为上述各种物质的定压比热。加10%的热损失,则

设再生加热时间t=4.5小时,每小时加热量是:

 

再生气量计算

设t2’=200℃是再生加热结束时的气体出口温度,t3=260℃为再生气进吸附器的温度,

再生气温降为:℃

再生气在230℃时的平均比热的为  2.93(kJ/㎏.℃)

每千克再生气放出热量(kJ):

每小时需再生气量:

冷却气量计算

床层温度自230℃降到30℃,则冷却热负荷如下:

共计Q=2214304 kJ,冷却气进口30℃。

设冷却时间3小时,每小时移去热量。

加热器由加热的温度t2冷却到t1’,平均温度℃,冷却气温差℃,冷却气平均比热在130℃时是2.635(kJ/㎏.℃)每小时需冷却气量:。

 

再生加热气压力不同情况下,空塔流速的比较

①设再生加热气压力位1.5MPa,再生加热气量1945.7kg/h,M=17.124,其体积量是:(0℃,101325Pa)。操作时体积:

(230℃,1.5MPa)。

空塔流速(230℃,1.5MPa)。

用式进行核算,其中C=0.167,,得

需要空塔截面积,现为1.76625m2,足够;

②如果假设常压再生,即再生加热气压力101.325kPa,操作状态时气体流量:

,现为1.76625m2,足够。

③如果设再生加热气压力400kPa(绝)。操作状态时气体流量:

,现为1.76625m2,足够。

气体通过床层的压力降计算:

GPSA工程手册(1987版)推荐用公式计算。计算式如下:

式中  △P——压降,kPa;

      L——床层高度,m;

      μ——气体粘度,mPa·s;

      vg——气体流速,m/min;

      ρg——气体操作状态下的密度,kg/。

分子筛选用3.2mm直径球形,则B=4.155,C=0.00135。天然气的相对密度为0.6,温度30℃,压力4.5MPa,μ=0.0125cP。已知ρg=33.89kg/,vg=0.138×60=8.28m/min。

再生加热和冷却时压降都很小,可不计算。

 

再生加热气热负荷计算。

设进加热炉干气温度23℃,出加热炉气体温度比进吸附器温度再高15℃,即275℃。

本设计采用热油加热

 

转效点计算

式中  θB——到达转效点时间,h;

      ρb——分子筛的堆密度,kg/;

      x——选用的分子筛有效吸附容量,%;

      hT——整个床层长度,m;

      q——床层截面积的水负荷,。

ρb=660kg/;x=8%;hT=3.0m;q=34.76/1.76625=19.68。

,符合设计周期8小时的要求。

吸附传质区长度hz的计算

式中  hz——吸附传质区长度,m;

      A——系数,分子筛A=0.6,硅胶A=1,活性氧化铝A=0.8;

      q——床层截面积的水负荷,;

      vg——空塔线速,m/min;

      ——进吸附塔气体相对湿度,%。

用GPSA工程数据手册(1987版)计算:

式中  hz——吸附传质区长度,m;

      vg——空塔线速,m/min;

      Z——Z=3.4(对3.2mm直径的分子筛);Z=1.7(对1.6mm直径的分子筛)

可见,无论是床层界面的水负荷或空塔流速都无问题,hT都大于2hz

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