分子筛脱水

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/；

      D_p——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，C_p1、C_p2、C_p4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；

      v_g——气体流速，m/min；

      ρ_g——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ρ_g=33.89kg/，v_g=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  θ_B——到达转效点时间，h；

      ρ_b——分子筛的堆密度，kg/；

      x——选用的分子筛有效吸附容量，%；

      h_T——整个床层长度，m；

      q——床层截面积的水负荷，。

ρ_b=660kg/；x=8%；h_T=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h_z的计算

式中  h_z——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，；

      v_g——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  h_z——吸附传质区长度，m；

      v_g——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，h_T都大于2h_z。