年处理量9万吨天然气(初稿)

1、本科毕业论文（设计）( 2013届 ) 题 目： 年处理天然气9万吨工艺工段设计 学 院： 化学化工学院 专 业： 化学工艺与工程 学生姓名： 周郑良 学号： 指导教师： 詹益民 职称（学位）： 讲师 合作导师： 职称（学位）： 完成时间： 2013 年 5 月 20 日 成 绩： 黄山学院教务处制学位论文原创性声明兹呈交的学位论文，是本人在指导老师指导下独立完成的研究成果。本人在论文写作中参考的其他个人或集体的研究成果，均在文中以明确方式标明。本人依法享有和承担由此论文而产生的权利和责任。声明人（签名）：年 月 目录摘要1英文摘要2引言31 绪论31.1 概论31.1.1 天然气的简介31.

2、1.2 研究目的及意义31.2基础数据41.2.1 天然气组成41.3 设计任务书41.4 脱硫工艺的选择51.4.1 脱硫的方法51.4.2 醇胺法脱硫的基本原理61.4.3 常用醇胺溶液性能比较62工艺流程72.1工艺流程图72.2 主要设备工艺参数的选择72.3工艺流程简述83.物料衡算83.1天然气的计算83.2 脱硫塔物料衡算93.2.1计算参数93.2.2 脱硫塔进口天然气各组分的流量93.2.3 塔顶加入MDEA的循环量的计算103.2.4塔底MDEA富液中的各组分及流量113.2.5 出塔原料气的组成和流量123.3 闪蒸罐的计算133.3.1 计算依据133.3.2 闪蒸气的

3、组成和流量133.3.3 闪蒸液的组成及流量143.4 解吸塔物料衡算143.4.1 计算依据143.4.2 解吸塔的物料衡算144.能量衡算164.1 脱硫塔能量衡算164.1.1进塔天然气带人的热量164.1.2进塔MDEA溶液带人的热量184.1.3塔顶原料气带出的热量184.1.4 反应热容热解184.1.5 出塔MDEA溶液带出的热量194.2闪蒸罐能量衡算194.2.1 MDEA富液带人的热量194.2.2 闪蒸液带出的热量194.2.3 闪蒸气带出的热量204.2.4 闪蒸罐热负荷204.3 换热器能量衡算214.3.1 计算参数214.3.2 换热器的能量衡算214.4 解吸塔

4、能量衡算214.4.1 解析反应热容热解Q1224.4.2 加热溶液所耗热Q2224.4.3解吸塔顶带出的热量Q3224.4.4 热量损失Q4224.5 MDEA冷却器能量衡算234.5.1 计算参数234.5.2 热量衡算234.6 酸性气体冷却能量衡算234.6.1 计算参数234.6.2热量衡算245 设备选型245.1 脱硫塔245.1.1 塔的工艺条件及有关物性的计算245.1.2 脱硫塔的塔体工艺尺寸计算275.1.3 塔板主要工艺尺寸计算285.1.4 流体力学验算305.2 解吸塔335.2.1 计算参数335.2.2塔板数的确定345.2.3 解吸塔的工艺条件及有关物性的计算

5、345.2.4 解吸塔的塔体工艺尺寸计算355.3 换热器365.3.1计算参数365.3.2传热面积的计算365.3.3 换热器选型375.4 MDEA冷却器375.4.1计算参数375.4.2 传热面积的计算375.5 闪蒸罐385.5.1 计算参数385.5.2 尺寸计算386 生产安全及三废处理386.1 生产安全386.2 MDEA降解产物的生成及其回收396.3 硫的回收39结束语40参考文献41致谢42处理天然气9万吨工段工艺设计化学化工学院 化学工程与工艺 周郑良（）指导老师：詹益民（讲师）摘要：本设计为年处理天然气9万吨工段工艺设计。在设计中简单介绍了天然气及其脱硫的必要性，

6、综合比较国内外天然气脱硫的方法，选择了甲基二乙醇胺(MDEA)法。在设计过程中，通过对各个设备的物料衡算、热量衡算,确定了浮阀塔工艺参数和工艺指标，进行设备选型。同时，绘制了带控制点的工艺流程图和浮阀塔设备图。关键词：天然气；脱硫；MDEAAnnual processing capacity of 90,000 tons of natural gas section process designChemistry and Chemical Engineering Chemical Engineering and TechnologyZhou Zhengliang（）Director：Zhan

7、YiminAbstract: The design for the annual processing of 90,000 tons of natural gas process design. A brief introduction of natural gas that the necessity for natural gas desulfurization，Comprehensive comparison of the methods of the natural gas desulfurization in the country and abroad, Select the Me

8、thod and it is MDEA. In the design process, through he various equipment material balance calculations, heat balance calculations, determine the float valve tower process parameters and process index of equipment type selection. At the same time, painted with the control points of the process flow d

9、iagram and float valve tower equipment figure.Keywords: Natural gas; desulfurization; MDEA 引言随着天然气在我国能源结构中地位的不断上升，天然气净化工艺的地位也越来越重要。脱硫工艺又是天然气净化的重中之重。我国现代化的天然气脱硫脱碳工艺研发始于1964 年，经过50 余年的发展已取得巨大成就。本文拟对天然气脱硫的方法做简要介绍， 并对醇胺法1，尤其是甲基二乙醇胺（下文将都用MDEA表示）法作重点评述，并对其工艺流程做设计。 1 绪论1.1 概论1.1.1 天然气的简介天然气2(Natural Gas)是地

10、表下孔隙性地层中天然生成的以低分子饱和烃为主的烃类气体和少量非烃类气体组成的可燃性气体混合物，它主要存在于油田气、气田气、煤层气、泥火山气和生物生成气中。天然气是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。在国内重要能源之一，用途很广。1.1.2 研究目的及意义天然气是最为清洁、高效、方便的一次能源，不仅在城市民用燃气与工业中广泛应用，而且在火力发电业中也起到重要作用，煤炭在我国一次能源消费中的比例将近70%，以煤为主的能源消费结构排放二氧化碳过多，对环境造成较大压力。合理利用天

11、然气，充分净化天然气，可以优化能源消费结构，改善大气环境，减小温室效应，提高人民生活质量，对实现节能减排目标、建设环境友好型社会具有重要意义。天然气按照组成可分为酸性天然气和洁气。酸性天然气指含有显著的硫化物和CO2等酸性气体的天然气。洁气是指硫化物和CO2含量甚微或根本不含，不需净化就可外输或使用的天然气。从矿藏中开采出来的天然气通常不同程度地含有H2S、CO2和有机硫化物（RSH、COS、RSSR，）等酸性组分，在开采、集输和处理时会造成设备和管道腐蚀；而且含硫组分往往有毒、有害并具有难闻的臭味，会污染环境和威胁人身安全（少量硫化氢3就具有剧毒，虽然硫化氢在浓度极低时就能检测到，但由于嗅疲

12、劳，在接触后几分钟内就会丧失嗅觉，从而无法感觉到硫化氢的危险浓度。吸入浓度为几百ppm的硫化氢可能导致急性中毒，而且，虽然这种气体具有刺激性，但血液中吸收硫化氢所产生的全身效应会掩盖其刺激作用）；当天然气用作化工原料时，还会引起催化剂中毒；同时，CO2的含量过高将降低天然气的热值。综上所述，天然气在使用前必须进行脱硫处理，严格控制酸性气体的含量，使其硫含量满足GB17320-1999天然气标准规定的天然气的技术指标，才能成为合格的使用天然气。我国商品天然气气质技术标准如下表：表1-1 商品天然气的技术标准(GB17320-1999)项 目一 类二 类三 类高位发热量MJ/m33.14总硫mg/

13、 m3100200460H2S mg/ m3620460二氧化碳 %(v)3.0水露点在天然气交接点的压力和温度条件下，天然气的水露点应比最低温度低50。1.2基础数据1.2.1 天然气组成天然气组成及含量如下表，表1-2：表1-2 天然气组成及含量组成%（mol）组成%（mol）H2S2.050iC4H100.001CO20.570nC4H100.001H2O0.069N2+He1.770CH495.381H20.008C2H60.020O2+Ar0.130注：1）天然气不含有机硫2）天然气处理量 9万吨/年3) 天然气温度 25 4）天然气压力 4.5MPa1.3 设计任务书(1)生产能力

14、：年处理天然气9万吨；(4)生产天数：300天；(5) 设计要求：原料气气质条件：H2S20mg/m3，CO2含量3% ；(6)操作参数: 天然气温度：25、天然气压力：4.5MPa。1.4 脱硫工艺的选择1.4.1 脱硫的方法目前，天然气脱硫方法各种各样，不下数十种。如果按照脱硫剂的状态来分，则天然气脱硫法可分为干法和湿法两大类4：干法-将气体通过固体吸附剂床层来脱除H2S. 常用的固体吸附剂有海绵铁、活性炭、氧化铝、泡沸石、分子筛等。仅用于处理含微量H2S 的气体,比如Sulfatreat法5。湿法-采用各类液体溶液脱硫剂。此法多用于高压天然气中酸性气体组分含量较多的情况。湿法本身又可按条

15、件分为：化学脱硫法、物理吸收脱硫法、复合法和直接氧化法6。化学脱硫法基于可逆化学反应。脱硫剂在脱硫塔内与H2S和CO2进行反应，在解吸塔内用提高温度或降低压力的办法使向相反方向进行。各种醇胺溶液是应用广泛的脱硫剂。除了各种醇胺法以外，碱性盐溶液和氨基酸盐法亦属于化学脱硫法。物理脱硫法是基于脱硫剂的选择性吸收来脱取天然气中酸性组分。在物理脱硫过程中，可采用N-甲基吡咯烷酮、碳酸丙烯酯、丙酮、甲醇等作为脱硫剂。由于脱硫剂的吸收能力实际上与气相中酸性组分的分压成正比，故而本法对处理高含酸性组分的天然气特别有效。复合法同时使用混合的化学和物理脱硫剂。本法中最得以广泛应用的是Sulfinol法，其中使用

16、环丁砜和任一化学吸收剂相组合的溶液作为脱硫剂。Sulfinol溶液通常是有环丁砜、二异丙醇胺和水组成。醇胺法是目前天然气脱硫中使用最多的方法。该方法脱除H2S等酸性气体的过程主要为化学过程所控制, 因此在低操作压力下, 比物理溶剂或混合溶剂更适用。常用的醇胺类溶剂有一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺( DEA)、二异丙醇胺( D IPA)、甲基二乙醇胺(MDEA)等。由于醇胺法的脱硫能力较强，且本设计中，在脱除H2S的同时需脱除相当量的CO2，即要求选择性脱硫，而天然气中有不含有机硫，故选择醇胺法来进行脱硫脱碳处理。1.4.2 醇胺法脱硫的基本原理乙醇胺是无色的液体，常压下沸点为170，比重为1.0

17、19 g/cm3。它是一种有机碱溶液，它的碱性与氨相似，是氨的衍生物。乙醇胺结构至少有一个氨基，氨基提供了在水中的碱度，因此对于酸性气体H2S、CO2有很高的吸收能力。乙醇胺吸收反应是放热反应，从化学平衡观点来看，温度越低，越有利于吸收反应的进行。所以温度一般控制在25-40为宜。吸收了H2S、CO2的乙醇胺溶液，当温度升高至105以上时，则酸性气体H2S、CO2解吸出来，这就是乙醇胺的解吸。解吸温度的提高对溶液再生是有好处的，因为温度提高后，溶液表面上酸性气体的分压迅速增加。从化学平衡观点来看，提高压力有利于吸收，同时也提高了H2S的分压，增大了吸收的推动，提高了溶液的吸收能力。但其压力一般

18、为常压，因为乙醇胺溶液解吸是在该压力下塔底溶液沸腾温度下发生解吸的，压力提高后，相对应的溶液沸腾温度亦高，但由于压力高而相对应的H2S、CO2的分压亦高了。此时，H2S、CO2的分压增加而使硫化物、碳酸盐离解降低的作用比升高温度而使离解增加的作用更为显著，因此解吸的压力一般为常压。1.4.3 常用醇胺溶液性能比较通常，MEA法7、DEA法8、DGA法S是常规醇胺法，基本上可同时脱除气体中的H2S、CO2；而MDEA法和DIPA法8又称为选择性醇胺法，其中MDEA法是典型的选择性脱H2S法，MDEA 化学稳定性好, 溶剂不易降解变质; 对装置腐蚀较轻, 可减少装置的投资和操作费用; 在吸收H2S

19、 气体时, 溶液循环量少, 气体气相损失小,因此本设计采用MDEA法。 脱硫溶剂的性质如下表，表1-3：表1-3 天然气脱硫溶剂的性质性质MEADEADIPAMDEA环丁砜分子式HOC2H4NH2(HOC2H4)2NH(HOC3H6)2NH(HOC2H4)2NCH3C4H8SO2相对分子质量61.08105.14133.19119.17120.14相对密度1.01791.09190.9891.4181.2614凝点/10.22842-14.628.8沸点/170.4268.4248.7230.6285闪点（开杯）/93.3137.8123.9126.7176.7折射率1.45391.47761

20、.4542(45)1.4691.4820（30）蒸汽压（20/）/281.331.331.330.6黏度m.s24.1（20/）380（20/）198（45/）101（45/）10.286（30/）比热容 kJ/(kg.)2.54（20/）2.51（20/）2.89（30/）2.24（15.6/）1.34（25/）热导率 W/(m.K)0.2560.22-0.275（20/）-汽化热 (kJ/kg)1.92 (101.3KPa)1.56 (9.73KPa)1 (9.73KPa)1.21 (101.3KPa)-水中溶解度（20/）完全互溶0.9640.87完全互溶完全互溶2工艺流程2.1工艺流程

21、图酸性气体冷凝器重沸器预分离器原料气热源天然气闪蒸罐循环泵MDEA冷却器换热器脱硫塔闪蒸气解吸塔图1-1 工艺流程图 2.2 主要设备工艺参数的选择设备温度压力MPa入口分离器254.5脱硫塔塔顶：354.47塔底：255.5换热器贫液：118840.57富液：60930.57解吸塔塔顶：930.16塔底：1180.18闪蒸罐600.52.3工艺流程简述1.温度为25，压力为4.5MPa、含硫为2.05%（摩尔比）的天然气先经过预分离器，除去天然气中夹带的液体和杂质；2.然后气体进入脱硫塔底部，与脱硫塔塔顶温度为35的MDEA溶液逆流相接触，脱除其中的硫化氢及二氧化碳。3.从塔底出来的MDEA

22、富液经过闪蒸罐，MDEA富液中的惰性气体组分全部被蒸出， 而硫化氢及二氧化碳未能达到其解吸的能量而在闪蒸气中没有。闪蒸气通到回收装置中处理。温度为60的MDEA富液再经过换热器升到93后进入解吸塔塔顶。4.MDEA富液与逆流的蒸汽及气提气相接触，从而解吸出MDEA富液中的H2S。从解吸塔底部出来温度为118的MDEA贫液经过换热器降到84。5.MDEA贫液经过冷却器冷却至35后进入脱硫塔上端，进行吸收解吸的循环过程。从塔顶出来的35气体作为合成氨工艺的原料气完成此工艺。3.物料衡算本设计采用45%的MDEA溶液9作吸收剂。3.1天然气的计算由天然气的组成和平均摩尔质量计算公式3-1可计算出进塔

23、天然气的平均摩尔质量： (3-1) 式中：平均摩尔质量， 组分的摩尔组成 组分的摩尔质量，表3-1进塔的天然气平均摩尔质量计算组分Mol/%MiXiMi/1002.05340.67900.57440.2508CH495.3811615.2610H2O0.069180.0124H60.02300.0060iC4H100.001580.0006nC4H100.001580.0006O2+Ar0.13320.0416+He1.77320.56640.00820.0002总计10016.8366故塔底天然气平均摩尔质量：由处理量9万吨，运行300天，可得出每天的处理量。则将处理量转化为小时处理量为：

24、3.2 脱硫塔物料衡算3.2.1计算参数 1进塔天然气的组成由设计任务书可得，由组成可求得各组分的流量。2来自预分离器的天然气进入脱硫塔的温度：25，压力4.5，出塔原料气的温度与进塔MDEA贫液温度差不多，假设35，则出塔压力为4.47。3入塔MDEA溶液的温度：34，质量分数45。4出塔原料气中硫化氢的含量20mg/m3，二氧化碳3（V）。3.2.2 脱硫塔进口天然气各组分的流量 组分：组成总摩尔流量=各组分摩尔质量各组分质量 H2S: CO2: H2O: CH4: C2H6: iC4H10:nC4H10:N2+He:H2:O2+Ar:对脱硫塔进口天然气各组分列表，如下表3-2 表3-2

25、进口天然气的组成与流量组分摩尔流量质量流量（mol）质量15.2530518.60292.054.13984.2411186.60770.571.4896CH4709.682311354.917395.38190.6421H2O0.51349.24110.0690.0738H60.14884.46430.020.0356iC4H100.00740.43150.0010.0034nC4H100.00740.43150.0010.0034O2+Ar0.967330.95250.130.2471+He13.1697421.42991.773.36410.05950.11900.0080.0010MD

26、EA0000总计744.0512527.19781001003.2.3 塔顶加入MDEA的循环量的计算H2S的分压： PH2S=2.0510-24.5=0.044MpaCO2的分压： PCO2=0.5710-24.5=0.02565Mpa由于MDEA对CO2选择性吸收，吸收因子为23.5，由经验值取3。故 故脱除CO2的摩尔分数为：脱除H2S的摩尔分数为： 脱除的酸性气体的量为： MDEA的酸性气体负荷由天然气处理与加工可查得在0.30.5810之间，取N=0.45则MDEA的循环量： 则总的MDEA的循环量：由经验公式，45MDEA的密度： （ 3-2） T按照脱硫塔平均温度：故： 为了保证

27、运行安全和达到处理要求，MDEA循环量为20m3/h.。3.2.4塔底MDEA富液中的各组分及流量天然气惰性气体组分在MDEA富液中溶解量 ， 由经验值可得甲烷和氮气的溶解度都约为： 0.8511（Mol天然气/Mol甲烷)估算。即溶解于MDEA富液中的甲烷和氮气为： 则塔底MDEA富液中各组分的含量为： H2S：15.2500Kmol/h CO2;：1.4137Kmol/h CH4： 0.7589Kmol/h N2+He：0.7589Kmol/h其他在天然气中含量少，故在计算时忽略。对塔底MDEA 富液中的各组分列表，如下表3-3表3-3塔底MDEA 富液组成及流量组分摩尔流量质量流量（mo

28、l）质量15.2500518.515.17854.97431.413762.20281.40710.5967CH40.758912.14240.75530.1165H60000iC4H100000nC4H100000O2+Ar0000+He0.758924.28480.75530.23300000MDEA溶液82.28989806.472381.903894.0795总计100.471310423.60231001003.2.5 出塔原料气的组成和流量出塔组成：除上述脱除的则为出塔原料气的流量H2S：0.003Kmol/hCO2：2.8274 Kmol/hCH4：708.9234 Kmol/h

29、N2+He：12.4108 Kmol/hH2：0.595 Kmol/hC2H6：0.1488 Kmol/h O2+Ar：0.9673 Kmol/hiC4H10：0.0074 Kmol/h nC4H10：0.0074 Kmol/hH20：0.5134 Kmol/h 对出塔原料气的各组分列表，如下表3-4 表3-4 原料气的组成和流量组分摩尔流量质量流量（mol）质量0.0030.10200.00040.00092.8274124.40560.38921.0444CH4708.923411342.774497.593695.2283H2O0.51349.24140.07070.0776H60.14

30、884.46400.02050.0375iC4H100.00740.42920.00100.0036nC4H100.00740.42920.00100.0036O2+Ar0.967330.95360.13320.2599+He12.4108397.14561.70853.33420.5951.19000.08190.0100MDEA0000总计726.4039119113 闪蒸罐的计算3.3.1 计算依据1.闪蒸压力：0.5Mpa, 温度60。2.进口物料来自贫富换热器与脱硫塔的MDEA富液相同，温度60。3.3.2 闪蒸气的组成和流量 在0.5Mpa, 温度60下的

31、平衡常数12为： 即惰性气体组成全部为气相，所以MDEA富液中的惰性气体组分全部被蒸出。而,未能达到其解吸的能量而在闪蒸气中没有。则对蒸气的各组分和流量列表，如下表3-5 表3-5 闪蒸气的组成及流量组成摩尔流量 Kmol/h质量流量 Kg/hCH40.758912.1424N2+He0.758924.28483.3.3 闪蒸液的组成及流量闪蒸液为含有CO2、H2S的MDEA富液。如下表3-6表3-6 闪蒸液的组成及流量组分摩尔流量质量流量15.2500518.51.413762.2028CH400H2O00H600iC4H1000nC4H1000O2+Ar00+He0000MDEA溶液82.

32、28809806.4723总计98.951710387.17513.4 解吸塔物料衡算3.4.1 计算依据1.进入解吸塔的流量和闪蒸罐出来的液体相 同。 温度93 。 2.出口MDEA贫液的组成和流量和进脱硫塔顶部的MDEA贫液相同。温度117。3.出口酸性气体含量为在脱硫塔中吸收的 、。4.回流比为1.2。5.操作压力为0.18MPa。3.4.2 解吸塔的物料衡算解吸的酸性气体的量为： H2S：15.2500Kmol/h=518.5Kg/h CO2：1.4137Kmol/h=62.2028Kg/h则带出的水蒸气的流量为：对解吸塔塔顶气体各组分列表，如下表3-7表3-7 解吸塔塔顶气体组成及流

33、量组成摩尔流量质量流量（mol）质量15.233517.92241.590655.1.396761.45483.81346.H2O19.9964359.935254.596038.总计36.6261939.312100100酸性气体基本解吸完全，则解吸塔底MDEA贫液的组成及流量为：H2S：0.017Kmol/h CO2：0.017 Kmol/h对于MDEA溶液，假设MDEA的质量分数为X，则：解得： 所以 MDEA： H2O： 对解吸塔底MDEA贫液的组成及流量列表，如下表3-7.表3-8 解吸塔底MDEA贫液的组成及流量组成摩尔流量质量流量（mol）质量0.0170.5780.02070.

34、02410.0170.7480.02070.0312H2O73.23721318.2788.964354.9696MDEA9.05081078.58410.994444.9751总计82.3222398.1791001004.能量衡算4.1 脱硫塔能量衡算反应热容热解，Q4出塔原料气带出的热量，Q3塔底MDEA带出的热量，Q5塔顶MDEA带人的热量，Q2天然气带人的热量，Q1脱硫塔图4-1 脱硫塔能量衡算的示意图4.1.1进塔天然气带人的热量查化工热力学书，对天然气各组分热容参数13列表，如下表4-1：表4-1 天然气组分热容参数组分AD3.9311.490-0.2325.4571.045-1

35、.157CH41.7029.081-2.164H2O3.4701.4500.121H61.13119.225-5.561iC4H101.93536.915-11.402nC4H101.67737.853-11.945O2+Ar3.6390.506-0.227+He3.2800.5930.0403.2490.4220.083各组分在25的摩尔热容： (4-1)式中：Cp气体热容，根据上述数据和热容计算公式，可计算出气体在0，25，34，43时的热容见下表4-2。表4-2 热容计算值温度/0C0.0025.0034.0043.0048.436949.486049.828550.156050.417

36、553.729354.745955.6882CH448.364450.723351.564652.4016H2O48.451348.573948.636348.7066H671.775376.600978.317780.0236iC4H10134.3231143.4646146.7137149.9404nC4H10133.8143143.1446146.4597149.7513O2+Ar41.772542.512842.744842.9622+He42.044642.119342.152342.187841.803241.715041.695941.6821根据表4-2可算出各温度段的平均热容

37、，如下表4-3。表4-3 平均热容温度段/oC02503448.961549.132752.073452.5817CH449.543949.9645H2O48.512648.5438H674.188175.0465iC4H10138.8938140.5184nC4H10138.4794140.1370O2+Ar42.142642.2587+He42.082042.098441.759141.7495进塔天然气带人的热量： 4.1.2进塔MDEA溶液带人的热量进塔MDEA溶液带人的热量：由45MDEA的热容： (4-2)式中Cp45MDEA的热容，KJ/(KJK) T温度34时热容为： 4.1.

38、3塔顶原料气带出的热量原料气组成及流量如下表4-4。表4-4 原料气组成及流量组成摩尔流量质量流量0.0030.10202.8274124.4056CH4708.923411342.7744H2O0.51349.2414H60.14884.4640iC4H100.00740.4292nC4H100.00740.4292O2+Ar0.967330.9536+He12.4108397.14560.5951.1900总计726.403911911.1348则： 4.1.4 反应热容热解由天然气净化工艺查得： 、与MDEA的反应热14分别为： 4.1.5 出塔MDEA溶液带出的热量由能量守衡： 则：

39、解得： T=45 oC脱硫塔MDEA富液温度为45oC。闪蒸气带出的热量，Q34.2闪蒸罐能量衡算闪蒸罐热负荷，Q4闪蒸液带出的热量，Q2MDEA带人的热量，Q1闪蒸罐图4-2 闪蒸罐能量衡算示意图4.2.1 MDEA富液带人的热量MDEA富液带人的热量等于出脱硫塔MDEA溶液带出的热量： 4.2.2 闪蒸液带出的热量根据表4-1和公式4-1可以计算出闪蒸液各组分的热容，如下表4-5。表4-5 闪蒸液各组分的热容温度oC0.0045.0060.0048.436950.226550.738150.417555.885957.2851CH448.364452.587553.9708H2O48.45

40、1348.723448.8584H671.775380.402583.2155iC4H10134.3231150.6570155.9732nC4H10133.8143150.4823155.9037O2+Ar41.772543.008343.3371+He42.044642.196142.261241.803241.679941.6691根据表4-5可算出各温度段的平均热容，如下表4-6。表4-6 平均热容温度段/oC04506049.331749.587553.151753.8513CH450.475951.1676H2O48.587448.6549H676.088977.4954iC4H1

41、0142.4900145.1481nC4H10142.1483144.8590O2+Ar42.390442.5548+He42.120442.152941.741541.7361则： 4.2.3 闪蒸气带出的热量闪蒸气中各组分含量为：如下表4-7表4-7 闪蒸气的组成及摩尔流量组成摩尔流量 Kmol/hCH40.7589N2+He0.7589则闪蒸气带出的热量为： 4.2.4 闪蒸罐热负荷根据能量守衡： 则： 4.3 换热器能量衡算4.3.1 计算参数 1.MDEA富液进口温度60，组成和流量与闪蒸液相同，出口温度93。2.MDEA贫液进口温度118，组成与解吸塔底相同，出口温度T。 MDEA

42、贫液，TMDEA富液，93MDEA富液，60换热器MDEA贫液，118图4- 3 换热器能量衡算示意图4.3.2 换热器的能量衡算传热速率的计算，有45MDEA的热容计算式： 式中T取进口平均温度：T=（60+93）/2=76.5 由此可计算出MDEA贫液的温度：高温传热的热量损失可按照5计算，即：即： 则： 取84oC为MDEA贫液的出口温度。4.4 解吸塔能量衡算 解吸塔的热平衡： Q= Q1 + Q2+ Q3+ Q4反应热容热解Q1，热损失Q2MDEA带出的热量，Q2塔顶带出的热量，Q3热源提供的热量,Q解吸塔图4-4 解吸塔能量衡算示意图4.4.1 解析反应热容热解Q1 Q1在数值上等

43、于吸收反应热，则Q1= 4.4.2 加热溶液所耗热Q2 （4-4）式中：溶液的比定压热容 4.187MJ/(m3K)MDEA溶液的体积流量 塔底和塔顶的温差则： 4.4.3解吸塔顶带出的热量Q3解吸塔内解吸出的酸性气体和水蒸气呈饱和状态，水汽经冷却而回流， 则： 式中：r水的蒸发热 4.4.4 热量损失Q4 所以热源提供的热量为：则： =1074KW4.5 MDEA冷却器能量衡算4.5.1 计算参数1.经过MDEA贫富换热器后，MDEA贫液进冷却器的温度为：65，出口温度为35。2. 冷却水的进口温度30，出口温度为40。冷却水，35冷却水，30MDEA贫液，35MDEA贫液，65MDEA冷却

44、器图4-5 MDEA冷却器能量衡算示意图4.5.2 热量衡算由MDEA溶液的热容： 热负荷由公式可得： 水的用量为： 4.6 酸性气体冷却能量衡算4.6.1 计算参数1解吸塔塔顶气体进入冷凝器的温度为：100，离开冷凝器的温度为42。2.冷却水的进口温度30，出口温度40。30100酸气冷凝器4240 图 4-6 酸性气体冷能量衡算却示意图4.6.2热量衡算冷凝器的热负荷由下列计算式可得： Kcal/h (4-5) 式中：LMDEA贫液循环量 则： 水的用量为： 所以MDEA冷却器水的用量为：酸性气体冷却器水的用量为：则工段水的用量为：5 设备选型5.1 脱硫塔原料气中，转化为摩尔百分数。则： 设计时用 计算。天然气中的含量：0.0205的吸收率为：可根据实际经验，对于MDEA溶液的脱硫塔选取5块理论板数，板效率取30所以塔板数为：块，圆整为17块。5.1.1 塔的工艺条件及有关物性的计算1.计算参数1) 压力：由塔底压力，由塔顶压力则全塔的平均压力为5.00MPa2) 温度：由前面物料衡算和能量衡算可知： 气体：天然气25，出塔原料气35; MDEA脱硫塔塔顶35，塔底45 则反应热全塔的平均温度：403）.塔底天然气的平均摩尔质量由前面计