【《天然气脱硫脱水工艺的基础数据计算案例》3600字】

致谢-PAGE128--PAGE127-天然气脱硫脱水工艺的基础数据计算案例1绪论1.1天然气简介天然气是地下生物体长期沉积、变质、变质溶液产生的可燃性气态碳化合物。是目前较为优质的能源化工原料，其燃烧时热值高，且产物对环境污染小，被认为是优质洁净燃料。相较于其他能源而言，优点较为明显。此外，天然气在联合发电、供冷供热、燃料电池等方面都有十分广泛的应用。由于天然气中含有的非烃类杂质会在水的存在下生成酸或酸溶液，导致输气管道和设备被严重腐蚀，且其中的硫化物及其燃烧物会对大气造成污染，故开采出的天然气须经过脱硫处理。另外，CO2含量过多也会危害环境、腐蚀管道。且水气沉积不利于天然气的运输。1.1.1国内天然气储量及分布我国的天然气储量丰富。资源量大约为3.8×1013m3，近几年，在勘探、开发及利用方面有很大进展，作为优质能源天然气在整个能源结构中的地位非常高，在众多能源消费中的贡献比例也逐渐升高。随着开发技术的不断提高，天然气的应用必将更加广泛。1.1.2国外天然气储量及分布目前世界天然气分布呈现出极不均匀的特点，主要集中在中东，欧洲和欧亚地区。其中中东地区最多，亚太地区次之，最少为南美地区。1.2天然气净化的意义天然气以其污染小、安全性能好、储量丰富等优点在日常生活中得到广泛应用，但其中所含有的含硫含碳化合物不仅影响其运输，且对生物体也有非常大的危害，其脱水工艺对下游气体的运输有着非常重要的作用，因此要把原料中的硫和水除去，过滤天然气中的固体杂质，达到净化的目的。此外，含硫天然气还可用于回收生产硫酸、炸药的原料硫磺，因此天然气净化后回收硫是十分必要的。1.3天然气脱硫工艺1.3.1现有脱硫工艺介绍对天然气进行脱硫处理后，硫氢化物的含量会大大降低，如果采用三级克劳修斯硫磺回收装置，H2S的回收率可提高到97%，与水解技术结合后，可进一步降低含硫量。对于硫碳含量多的天然气则采用其它方式如Sulfinol法和Flex-sorbPS法来进行高纯度净化。如果含硫量多，要求处理后的天然气硫含量低的情况下，采用先进的组合工艺净化处理方法。该法最大优点是再生性区别较大，腐蚀性和发泡性能差异较大。国内对天然气净化一般有两种途径,脱硫脱碳技术和硫磺再利用技术。如果我们采用以往的脱硫溶剂,会出现循环使用量大,能耗高的情况,且不可能完全满足石油和天然气的纯度。因此使用传统的脱硫工艺是远远不够的，如果将传统的脱硫技术与混合式溶剂脱硫方法结合起来,就可实现高效率的脱硫和减排。为了安全、高效地开发含硫气田，采用安全、先进、成熟的处理工艺技术在当前最为重要，目前常用的方法主要有醇胺法，该法主要通过选取脱硫甲基二乙醇胺(MDEA)或者以硫酸MDEA脱硫为主要合成基础的脱硫配方混合脱硫空气脱碳剂和混合脱硫溶剂等方法来有效进行脱硫空气净化和低硫排放；砜胺法常见的是DIPA和MDEA，溶剂腐蚀特性小,对于降解后的产物形成不敏感。该法对重烃有很强的溶解能力，故重烃含量较高的原料气不宜采用砜胺溶剂。1.3.2脱硫工艺流程1.3.2.1工艺流程天然气与我们的生活息息相关，合理的利用燃气资源的关键在于如何开发和使用天然气能源，如图1.1所示为其工艺流程草图。整个反应过程中，首先需要对水进行分离，得到较为干燥的天然气，在吸收塔内进行物质的交换，压力降低的富液蒸发为气液混合物，在膨胀罐中进行一系列的除湿反应。接下来，在塔内布的分离过程是这样的，酸性强的气体需要从顶部离开，可以再生的液体从底部回收利用，使得经济最大化，如此循环完成整个流程。图1.1脱酸气工艺流程1.3.2.2吸收剂使用吸收剂是为了除去气体中一些影响反应的物质，在本设计中影响最大的就是酸气的含量，因此对于吸收剂的选择是十分严格的，常用的醇胺溶液除MEA、MDEA，还包括二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)等。参照青海炼化的同类型的设备，通过比对原料气的性质以及工艺路线，最终确定为醇胺法，吸收剂选择质量分数为40%的甲基二乙醇胺MDEA。1.4天然气脱水工艺1.4.1现有脱水工艺介绍天然气中常含的杂质物主要为硫和水，在1.3中已经介绍过现有的脱硫工艺以及其方法归纳。对于水的处理，在天然气化工中具有较为成熟的技术，例如降低温度去除水，使用固体颗粒进行吸收等方法，但经过几十年的发展，以前的工艺流程以及无法满足。因此新型技术就悄然而生，例如膜分离脱水技术，该工艺的造价低，且使用方便，可以弥补现在天然气脱水处理系统复杂、设备体积大、操作难度大等缺陷，越来越收到炼厂的追捧。因此新型脱水技术有十分广阔的应用前景。天然气产于油气田中，在实际的工程操作中，我们可以发现天然气的原料含有或多或少的水分。由于水分的加入是得整个收集流程变得异常困难，不仅会造成管道的腐蚀，而且还存在一定的安全隐患。根据青海炼厂的经验设计，本工艺流程采用三甘醇和二乙醇混合的工艺。查阅文献后，根据经济效益和资料确定常压再生的方式。1.4.2天然气脱水工艺流程1.4.2.1工艺流程脱水的工艺流程是一个庞大的工程，主要包括在塔后的分离处理与吸收，在分离器中经过甘醇的净化，在出口塔顶有除沫器，除沫器是为了将甘醇回收利用，只有这样才能使得损失减少。在重沸器中蒸馏出水分，排向大气或者回收放空系统。再生之后的甘醇组分仍然可以进入系统中进行循环反应。图1.2脱水气工艺流程1.4.2.2吸收剂采用溶剂吸收法脱水，吸收脱水是根据吸收原理，采用亲水液体与天然气逆流接触，从而脱除气体中的水蒸气。用来脱水的亲水液体称为脱水吸收剂或液体干燥剂(简称干燥剂)。通过查阅相关的文献可知三甘醇(TEG)脱水法具有热稳定性好、运行可靠、易再生等优点。1.4.2.3工艺参数的确定根据青海炼厂的相关数据，当操作压力小于18MPa时，露点温度和操作压力并无关系，操作压力每提高0.7MPa时，露点只降低0.5℃，从工作压力和设备投资两方面来考虑，3.5~8MPa的操作压力是最经济的。对入口气体温度来说，过高会增加脱水量，当超过48℃还会导致三甘醇的损失增大:过低则会造成三甘醇的发泡。吸收塔

的操作温度应控制在27~38℃的范围之内。重沸器的温度和压力。重沸器温度和压力控制贫三甘醇的浓度。等温度高于204℃时，我们所使用的甘醇分解，为了确保较好的经济效益我们需要将温度保持在204℃以下，一般控制在177~204℃之间。重沸器的压力高于大气压时，可明显降低贫甘醇的浓度及脱水效率，应尽量避免回压作用于重沸器。精馏塔的温度确保了在整个流程中我们生产的效率情况，一般为99℃左右，过高过低均会使得产品或者效率降低，因此合理的温度对于本次设计起着至关重要的作用。

2基础数据计算2.1摩尔质量平均摩尔质量是化工设计中重要的物理参数，可以确定原料气的物质重量和组成，计算方式是各组分的摩尔组成与摩尔质量之和。本次设计是参照青海炼厂的相关物理组成，因此平均摩尔质量为18.240kg/kmol=18.240g/mol2.2压缩因数在化工热力学中，我们已经学习过压缩因数这一概念，知道压缩因子只是温度和压力的函数，在计算因子之前需要对温度与压力进行确定。原料偏心因子==0.01572由ωh及yco2查图2.1得多级因子为1图2.1多级因子，偏心因子与CO2百分比的关系校正在理想状态下的临界值，则其在真实状态下的数值计算如下：临界点：对比态：图2.2压缩因子Z0的关系图图2.3压缩系数的校正系数的关系图由和看图2.2、2.3可得知=0.89，=0.05，因此压缩因子2.3临界参数临界参数表示物料所能达到的最大高度与压力，在热力学的学习中通常都是采用各组分的温度压力与其占比乘积之和。对比态即在相同的条件下物质表现出相同性质的概率。临界点：对比态：经2.2同理可得：标准条件下天然气的压缩系数（=0.88，=0.05）。2.4处理量根据真实气体的方程，我们可以得到比例关系：使用变型公式即可求得处理量：=3273.1728m3/h=0.9092m3/s2.5平均密度对于天然气的计算，我们应该将其视为真实气体，采用混合状态下的方程，在2.2中我们已经求得压缩因数根据公式换算可得：=34.852kg/m32.6粘度在«化工原理»的学习中我们知道气体的粘度受到压力的影响较为明显，同时温度对粘度也有一定的影响。在大气压中根据相关文献我们可得气体粘度计算如下：将两个式子联立在一起就可以求得本设计的粘度数值=100/(9.5119106)=10.513410-6Pa·S图2.4对比温度，对比压力和粘度的关系根据图2.4所示的比例关系，我们将大气压中的粘度换算为实际粘度数值，在图中发现我们所处的压力与温度下，实际密度为理想密度的1.2倍。2.7比热容平均比热容的计算方法与平均摩尔质量计算类似，均等于其成分所占的比例与其比热容的乘积，所得结果之和即为所求比热。根据青海炼厂的相关参数求气体原料的比热CN=1.5941kJ·m-3·K-1图2.5真实气体比热容校正图根据图2.5中的对照数据，我们可分别对Cp，CV的结果进行计算：1.9cal/(mol·K)=1.9×4.1868×10-3=7.9549×10-3kJ/(mol·K)=3.5513×10-4kJ/(m3·K)根据热力学中所学习的知识，进一步了解公式=，的使用方法，所以Cp=3.5513×10-4＋1.5941=1.59445kJ·m-3·K-1Cv=1.59445-8.314/22.4=1.2233kJ·m-3·K-12.8绝热指数绝热指数对于天然气设备设计具有很大的作用，其值的大小表示气体的保温程度如何，因此对其进行下面的计算：=1.30342.9导热系数导热系数是衡量物质导热能力的重要指标，对与设备传热具有很重要的意义。计算本设计的的系数计算在下面所展示：在自然条件下，也就是标准状态，我们将气体通常视为理想气体，更加图2.6中所展示的数据我们知标况下的=25W·m-1·℃-1，在同一时间确定我们所处的压力与标况的比例关系由图2.7：=30.0W·m-1·℃-1=25×(1+0.00005×293.15)=25.36W·m-1·℃-1图2.6天然气分子量与导热系数的关系为0.10MPa图2.7气体导热系数和压力修正值2.10