【正文】 2)具有更高 的吸收容量 。特點(diǎn)如下 : (l)傳質(zhì)速率慢 。 (4)具有選擇脫硫能力。 (7)烴類溶解量多、特別是重?zé)N。 (9)基本上不存在溶劑變質(zhì)問題。 因?yàn)轫堪贩嬗谢瘜W(xué)溶劑法和物理溶劑法的優(yōu)點(diǎn) :能耗低，可脫有機(jī)硫、裝置處理能力大，腐蝕輕，不易發(fā)泡及溶劑變質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn)，在進(jìn)料氣中酸性氣體分壓高時(shí)尤為適用，當(dāng)前砜胺法也是天然氣凈化工藝領(lǐng)域非常重要的方法，此方法不能用于深度脫硫，因此在某些時(shí)候與其它方法配合使用效果才更佳。主要有釩法 (ADANaVO3，栲膠 NaVO3等 )，鐵法 (LoCat， Sulferox， EDTA 絡(luò)合鐵，F(xiàn)D 及鐵堿法等 )，還有 PDS 等方法。反應(yīng)原理如 下 : K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3 K2CO3+H2S=KHS+KHCO3 分子篩法 基本原理 :分子篩因其具有孔徑均勻的微孔孔道而僅允許直徑微小的分子進(jìn)入孔內(nèi)而得名?；驹?:原料氣中的各個(gè)組分在壓力作用下因通過半透膜的 相對(duì)傳質(zhì)速率不同而得以分離。工藝流程圖如圖 23 所示。閃蒸后的富液經(jīng)過濾器進(jìn)入貧 /富液換熱器，與已完成再生的熱醇胺（簡稱貧液）換熱而被加熱，然后進(jìn)入在低壓下操作的再生塔頂部。 離開再生塔頂部的酸性組分和水蒸氣進(jìn)入冷卻器，以冷凝分出大部分水蒸氣，冷凝液作為回流返回再生塔頂部，以回收被酸性氣流帶出的醇胺蒸汽，酸氣送至硫磺回收裝置或其他氣體處理設(shè)施進(jìn)一步處理。物料衡算的作用在于研究全工段或者各單元體系內(nèi)進(jìn)、出物料質(zhì)量及組成的變化。 工程設(shè)計(jì)論文 20 物料衡算任務(wù) 對(duì)于新建 天然氣凈化廠 ，其工藝采取年開工 8000 小時(shí)的連續(xù)操作，物料衡算的主要任務(wù)在于： ① 確定 產(chǎn)品 質(zhì)量指標(biāo)，副產(chǎn)品產(chǎn)量及規(guī)格； ② 確定工藝中的 “三廢 ”排放量等公共經(jīng)濟(jì)指標(biāo)； ③ 各主要單元過程的物料衡算，并指導(dǎo)工藝設(shè)備的尺寸確定； ④ 匯總?cè)鞒涛锪虾馑?，?shù)據(jù)用于完成物料流程圖等后續(xù)設(shè)計(jì) 任務(wù)。壓力位 （表壓） 。 45%MDEA 溶液的摩爾濃度為 /MC k m ol m? ，那么解吸后的再生溶液酸含量 32 /x k m ol m? 。 將數(shù)據(jù)代入上式中可得 V=。 對(duì)于連續(xù)系統(tǒng)： ()in o u t R i wQ Q H Q? ? ? ? ?? ? ? 在進(jìn)行全廠熱量衡算時(shí)，是以單元設(shè)備為基本單位，考慮由 機(jī)械能轉(zhuǎn)換、化學(xué)反應(yīng)釋放和單純的物理變化帶來的熱量變化。 （ 3）最終計(jì)算出所需的能量和費(fèi)用，判定工藝過程的經(jīng)濟(jì)性。 假設(shè)富液溫度為 45℃ ，冷凝裝置的熱負(fù)荷為 ： 2 2 4 2 6 6 . 5 3 1 2 1 . 2 1 3 . 5 6 1 5 7 4 1 3 . 6 / m in1 9 . 0 5 kJ? ?? 吸收塔出口富液與 再生塔貧液進(jìn)行二次換熱，使富液溫度達(dá)到 65℃ ，進(jìn)入閃蒸罐，閃蒸出重?zé)N組分。 工程設(shè)計(jì)論文 25 1 102 8 28 ( 110 85 ) 290 142 .7 / m inQ k J? ? ? ? ? ? ② 塔頂酸氣熱負(fù)荷 ? ?2 ( 1 9 2 .4 9 1 5 .6 0 ) 1 .4 0 3 1 0 0 8 5 4 3 7 9 .3 0 / m inQ k J? ? ? ? ? ③ 酸性組分解吸熱 3 / m inQ k J? ④ 回流熱 ? ?4 ( 1 9 2 .4 9 1 5 .6 0 ) 4 .2 2 8 5 4 5 6 9 9 1 8 .2 / m inQ k J? ? ? ? ? ? 所以再沸器的熱負(fù)荷為 : 41 ii???沸=+++=塔頂冷凝器熱負(fù)荷 ? ?2 ( 19 2. 49 15 .6 0) ( 4. 2 2 1. 40 3 ) 10 0 45 11 21 94 .8 / m inQ k J? ? ? ? ? ? ? (2)一級(jí)換熱器熱量衡算 熱量衡算公式 ? ?1 1 1 2m m pQ K A t q c T T? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?? ?1 1 2 21122t=tlnmT T ttTTt? ? ???? 貧液溫度： 1T =110℃ ， 2T =90℃ 富液溫度： 1t =85℃ , 2t =65℃ mt? =? ?11tT? =? ?22Tt? =25℃ 采用管殼式換熱器，熱物流走管程冷物流走殼程，由 45%MDEA 溶液的粘度公式 : 1326lg 3 .6 5 8 7 T? ? ? ? 貧液粘度： 1 m Pa s? ?? 富液粘度： 2 s? ?? 工程設(shè)計(jì)論文 26 由已知粘度范圍查《化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)》取傳熱系數(shù) ? ?2175 /K w m k?? ? ?1 1 1 2 20 .6 6 3 2mpmq c T TAmKt? ? ?? ? ??? 取欲度系數(shù)為 ，則實(shí)際換熱面積為 ? ? ? (3)二級(jí)換熱器熱量衡算（與一級(jí)換熱器計(jì)算方法相同） 貧液溫度： 1T =90℃ ， 2T =70℃ ， 富液溫度： 1t =65℃ , 2t =45℃ ?? 表 33熱量衡算 一覽表 設(shè)備 熱負(fù)荷 kJ/min 換熱面積 /m2 吸收塔冷凝裝置 再沸器 解吸塔頂冷凝器 一級(jí) 換熱器 二級(jí)換熱器 工程設(shè)計(jì)論文 27 第四章 設(shè)備設(shè)計(jì)及選型 天然氣脫硫工藝主要設(shè)備的計(jì)算主要包括塔設(shè)備。 設(shè)再生塔塔頂溫度為 105℃ ，塔底溫度為 110℃ ，再沸器溫度 118℃ ，回流比 R=2:1。因而酸性氣體與醇胺反應(yīng)放出的總熱量為： 15 .60 14 20 19 9 10 50 22 42 66 .5 / m i nkJ? ? ? ? 近似認(rèn)為凈化氣為甲烷（相對(duì)分子質(zhì)量為 16），離開吸收塔凈化器溫度與貧液進(jìn)塔溫度相同，即為 40℃ 。 能量衡算任務(wù) （ 1）確定流程中機(jī)械所需的功率，為設(shè)備設(shè)計(jì)和選型提供依據(jù)。 原料氣含量 : 1 0 .0 2 0 5 0 0 .0 2 1 0 70 .9 7 3 1y ?? 352 20 / 2 10y m g m ?? ? ? 由吸收物料守恒： 1 2 1 2( ) ( )G y y L x x? ? ? 可得： 31 79 /x km ol m? 表 32 物料衡算 表 G—原料氣惰性組分流量 ,kmol/s L—胺循環(huán)量， m3/s 1y 2y ?? 1x 2x 2HS? 2CO? 工程設(shè)計(jì)論文 23 能量衡算 能量衡算原則 工程依據(jù)化工設(shè)計(jì)中關(guān)于熱量衡算的基本思想和要求，遵循基本規(guī)范與實(shí)際工藝相結(jié)合的原則，進(jìn)行熱量衡算書的編制。 X—酸性氣體的摩爾分?jǐn)?shù)； Ma—醇胺化合物相對(duì)分子質(zhì)量； q—酸氣負(fù)荷， mol/mol。 表 31 天然氣及其組分有關(guān)性質(zhì) 組分 Mol% Tc/K Tc=∑yi*Tc Pc/Mpa Pc=∑yi*Pc 相對(duì)分子量M H2S 34 CO2 44 H2O 18 CH4 16 C2H6 30 iC4H10 58 nC4H10 58 N2+He 32 H2 2 O2+Ar 32 T c = 19 4. 13 4i icy T K?? Pc = 4. 69 6i icy P MPa?? 則 工程設(shè)計(jì)論文 21 3 0 3 .1 5 1 .5 61 9 4 .1 3TTr Tc? ? ? 2 .2 0 .4 6 8Pr 4 .6 9 6PPr ? ? ? 查《天然氣利用手冊(cè)》圖 45,得壓縮因子 ? 每小時(shí)天然氣的處理量為： 4( 2 2 0 0 1 0 1 . 3 2 5 ) 3 4 3 0 0 0 1 . 6 5 4 5 1 0 / 4 . 5 9 5 8 /0 . 9 9 8 8 . 3 1 4 3 0 3 . 1 5 2 4PVn k m o l h k m o l sZ R T t ??? ? ? ? ?? ? ? 氣體吸收過程中非酸性組分假設(shè)不被吸收，則其摩爾流量為 : 22( 1 ) 4 .5 9 5 8 0 .9 7 3 8 4 .4 7 5 4 /H S COG n y y k m o l s? ? ? ? ? ? ? MDEA 的循環(huán)量 由于 MDEA 對(duì) CO2選擇性吸收，吸收因子為 2～ ，這里取為 。 天然氣的處理量 原料氣處理量為： 105m3/d。其表達(dá)式如下： 關(guān)鍵反應(yīng)物流入速率 =關(guān)鍵反應(yīng)物流出速率 +關(guān)鍵反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化速率 +關(guān)鍵反應(yīng)物的累計(jì)速率 +過程損失的關(guān)鍵組分的速率 數(shù)學(xué)表達(dá)式為： ddin o u t R s tF F C F Lt? ? ? ? 其中 Fin——輸入體系的物料質(zhì)量流量， kg/h； Fout——離開體系的物料質(zhì)量流量， kg/h； F——體系內(nèi)積累的物料質(zhì)量， kg； CR——關(guān)鍵組分的物料轉(zhuǎn)化質(zhì)量流量， kg/h； Lst——關(guān)鍵組分的物料過程損失質(zhì)量流量， kg/h； t——時(shí)間， h。通過對(duì)整個(gè)過程以及部分重 要單元作詳細(xì)的物料衡算，計(jì)算出主、副產(chǎn)品的產(chǎn)量，原材料的消耗定額， “三廢 ”排放量及組成以及產(chǎn)品收率等各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，從而定量地評(píng)述初步設(shè)計(jì)所選擇的工藝路線、生產(chǎn)方法及工藝流程在經(jīng)濟(jì)上是否合理，技術(shù)上是否先進(jìn)，為后階段的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。因此，出再生塔的溶液為貧液，只含有少量未汽提出的殘余酸性氣體。達(dá)到要求的凈化器離開吸收塔頂部，井出口分離器除去攜帶的醇胺液滴后出裝置。 工藝流程簡述 根據(jù)以上所述脫除酸性氣體的方法，結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際，選擇 MDEA 溶劑作為吸收劑，脫除天然氣中的 H2S。故分子篩可按分子尺寸、極性及不飽和度將復(fù)雜體系中的某些組分脫除或分離出來。用于處理粗天然氣使之達(dá)到管輸要求的固體脫硫劑主要成分均為活性氧化鐵，它們可與 H2S 發(fā)生如下反應(yīng) : Fe2O3+3H2S→Fe 2S3+3H2O 工程設(shè)計(jì)論文 17 Fe3O4+4H2S→3FeS+4H 2O+S FeS+S→FeS 2 熱碳酸鉀法 熱碳酸鉀法廣泛用于脫除合成氣中的 CO2的方法，國內(nèi)常稱為熱鉀堿法，由于溶液中常加入促進(jìn) CO2吸收的活化劑，所以亦稱為活化熱鉀堿法。 直接轉(zhuǎn)化法 直接轉(zhuǎn)化法是指使用含有氧載體的溶液將天然氣中的 H2S 氧化為元素硫，被還原的氧化劑經(jīng)空氣再生又恢復(fù)了氧化能力的一類氣體脫硫方法。砜胺法在較高的酸氣分壓下有較高的酸氣負(fù)荷而可降低循環(huán)量，并有良好的脫有機(jī)硫的能力，還可節(jié)能。 (8)酸氣負(fù)荷與酸氣分壓大體成正比。 (5)具有優(yōu)良的脫有機(jī)硫的能力 。 (3)溶劑再生的能耗低。(4)再生能耗更低。 空間位阻胺是指有機(jī)醇胺化合物分子中氨基的氮原子連接一個(gè)體積較大碳鏈 (尤其是非線性碳鏈，如叔丁基 )基團(tuán)的化合物，該碳鏈基團(tuán)對(duì)氨基在空間上具有位阻效應(yīng)，這種效應(yīng)使氨基呈現(xiàn)特有的化學(xué)活性。因此，叔胺的 CO2理論負(fù)荷高于伯胺及仲胺，但前者與 CO2的反應(yīng)速率則大大低于后二者。 (3)混合胺工藝 工程設(shè)計(jì)論文 15 采用 MDEA與其它伯胺 (如 MEA)或仲胺 (如 DEA)的混合體系是為了在基本保持體系的低能耗的同時(shí)提高對(duì) CO2的脫除能力或解決在低壓下運(yùn)行時(shí)的凈化度問題。 反應(yīng)原理 :MDEA 作為一個(gè)選吸溶劑正是基于它與 CO2的反應(yīng)速度較慢，用于脫碳則需加入活化劑以加快與 CO2的反應(yīng)速度，可用的活化劑 DEA。 (1)MDEA 配方溶液 MDEA 配方溶液系以 MDEA 為主劑、加入小量一種或幾種助劑 (通常是不公開的 )以改善其某種或某些方面性能的溶液體系。 H2S 提濃 酸氣 H2S 提濃系指脫硫所得酸氣 H2S 濃度不能達(dá)到工藝要求而以 MDEA再次選吸使酸氣 H2S 濃度得以提高的過程。 工程設(shè)計(jì)論文 14 (2)凈化氣尾氣 H2S 含量與富液 H2S 負(fù)荷顯示出同步關(guān)系。 (6)原料氣碳硫比 原料氣碳硫比并非一個(gè)單因素，而是原料氣 H2S 及 CO2濃度互動(dòng)的結(jié)果。從選擇性角度而言，宜使用較低的吸收溫度，較低的溫度還可以獲得較高的負(fù)荷而采用較高的氣液比。因此，在選擇性胺法中，即使從 H2S 凈化度的角度而言，吸收塔板數(shù)也絕非愈多愈好，這是選擇性胺法有別于常規(guī)胺法的一個(gè)重要工藝特點(diǎn)。在相同的氣液比下選擇性隨溶液濃度上升而改善，而若隨溶液濃 度升高而相應(yīng)提高氣液比運(yùn)行時(shí)，則選擇性的改善更顯著。 工藝條件對(duì)選擇性的影響如下： (l)氣液比 氣液比意味著單位體積溶液處理的氣體體積數(shù)，它是影響凈化結(jié)果和過程積極性的首要因素，也是在操作過程中最容易調(diào)節(jié)的工藝參數(shù)。由于 MDEA 的堿性較常規(guī)醇胺為弱，一些雜質(zhì)、特別是強(qiáng)酸性雜質(zhì)進(jìn)入溶液后對(duì)其凈化能力的影響也就大于其它醇胺。選擇性胺法不僅因溶液 H2S 負(fù)荷高而循環(huán)量低可降低能耗，