旋转填充床在天然气脱水与脱硫液再生中的研究

【摘要】： 水是天然气从采出至消费过程中，在各个处理或加工步骤中最常见的杂质，而且其含量经常达到饱和状态。一般认为天然气中的水分只有当它以液态形式存在时才会有害处，因此工程上常以露点温度来控制天然气中的含水量。水汽的存在，不仅减少了管线的有效输送能力，还降低单位气体体积的热值。因此天然气脱水是进行长距离管道安全输送或进行轻烃回收前必不可少的环节。 旋转填充床(rotating packed bed，简称RPB)，又称超重机，是用离心力强化传质、混合及分离的新型设备，目前已在化工、环保、超细材料的制备以及气、液、固三相分离等工业过程中应用。旋转填充床传质效果好，装置尺寸大大小于传统吸收塔，将其应用于天然气脱水能取得强于传统工艺的效果。 工业上三甘醇吸收气体中的水普遍是在吸收塔中进行的，但未见有文献报道将旋转填充床用于处理气体中水的工作。 用空气和水汽的混合气体模拟含水汽的天然气，在旋转填充床中进行含水湿空气的脱水实验。研究了三甘醇(简称为TEG)吸收液流量、吸收液浓度、进气空气量、旋转床转速对脱水后空气露点的影响。实验结果表明：脱水后干空气的露点随着吸收液流量的增大而降低，随着转速的增大而降低，吸收液的浓度对露点降起到关键的作用，当浓度低于90％以下时，无论怎样改变操作条件都无法达到所要求的露点。通过模拟实验建立了天然气脱水的数学模型，计算出了旋转填充床脱水的平衡度，且其脱水的平衡度都在95％以上，远远高于传统塔式设备80％左右的平衡度。现有的天然气脱水装置主要以塔式设备为主，并且其工艺也比较成熟，但其占地面积大，投资高，操作不便，拆装难度大等成为其主要缺点。然而旋转填充床以其占地面积小，投资少，便于安装，操作简单等优点，已经在很多领域得以应用。实验研究表明，旋转填充床可以达到30℃的露点降，完全达到了长距离管道输送要求，有很好的工业应用前景。 吸收了硫化氢的脱硫液，如不及时再生或再生不充分，都会对后序脱硫工段造成不良影响，无法将硫化氢气体脱除到所要求的标准。现有的脱硫液再生方法主要是靠直接通入空气在再生槽内再生，此方法再生耗时长，且再生后的脱硫液的脱硫效率明显下降。基于上述种种原因，我们采用了旋转填充床再生的方法来再生脱硫液，利用超重力机极大地强化微观混合，高强度进行传质，剧烈的扰动又使气液两相接触面不断更断，旋转填充床的这些特点缩短了脱硫液的再生时间，也提高了其再生后的脱硫效率。实验证明，用一台7L的超重力旋转填充床替代原有的320L再生槽，可以达到更好的再生效果。 【关键词】：天然气 旋转填充床 脱水 露点 三甘醇
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TE64
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第一章 文献综述14-33
• 1.1 引言14
• 1.2 天然气水化物的生成机理概述14-15
• 1.3 天然气水化物的危害性及防止天然气水化物生成的措施15-16
• 1.4 天然气的脱水方法16-20
• 1.4.1 溶剂吸收法16-17
• 1.4.2 固体干燥剂吸附法17-18
• 1.4.3 多级干燥工艺18-19
• 1.4.4 冷冻分离法19
• 1.4.5 膜分离技术19-20
• 1.5 超重力技术的研究和应用简介20-26
• 1.5.1 超重力技术的发展概况20-21
• 1.5.2 旋转填充床(超重机)的结构和工作原理21-22
• 1.5.3 旋转填充床的基本特点22-26
• 1.6 传统的传质机理的发展概况26-29
• 1.6.1 经典的传质理论26-27
• 1.6.2 渗透和表面更新理论发展27-28
• 1.6.3 界面动力状态理论28
• 1.6.4 多尺度局部均匀模型28-29
• 1.7 旋转填充床中的传质理论29-32
• 1.7.1 液膜控制传质过程29
• 1.7.2 气膜控制传质过程29-30
• 1.7.3 传质过程模型化研究30-32
• 1.8 本课题研究的目的和意义32-33
• 第二章 旋转填充床脱水实验与结果分析33-47
• 2.1 实验原理33
• 2.2 实验主要设备说明33-36
• 2.2.1 旋转填充床设备33-34
• 2.2.2 露点测定与水分分析设备34-36
• 2.3 实验流程及实验方法36-38
• 2.3.1 实验流程与试验方法36-37
• 2.3.2 水分分析方法37-38
• 2.4 气相传质系数数学模型的建立38-39
• 2.5 实验结果与讨论39-44
• 2.5.1 三甘醇液体流量对空气露点的影响39-40
• 2.5.2 旋转床转子转速对露点的影响40-41
• 2.5.3 气流量的影响41-42
• 2.5.4 旋转填充床脱水平衡度以及三甘醇浓度与露点的关系图42-44
• 2.6 三甘醇溶液的再生44-45
• 2.7 工业化应用前景分析45-47
• 第三章 旋转填充床在脱硫液再生中的探索性研究47-53
• 3.1 实验原理47-48
• 3.1.1 络合铁脱硫剂47-48
• 3.2 模拟天然气脱硫的实验流程48-49
• 3.2.1 实验流程一48
• 3.2.2 实验流程二48-49
• 3.3 实验结果与讨论49-53
• 参考文献53-57
• 附录57-67
• 附录1 天然气中硫化氢测定方法—碘量法(GB/T10016.1-1998)57-60
• 附录2 影响因素数据列表60-63
• 附录3 三干醇中微量水份测定方法63-67
• 致谢67-68
• 研究成果及发表的学术论文68-69
• 作者及导师简介69-71

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