【正文】 ： 天然氣在塔中的平均摩爾密度： 對于胺液的平均密度： 由45％MDEA的表面張力計(jì)算公式： 解吸塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 吸收塔采用浮閥塔板式塔，吸收塔的最大空塔氣速由公式： 得： 為了防止液泛和允許溶液起泡，氣速應(yīng)分別降低為75％～25％，和25％然后在由降低的氣速計(jì)算塔徑。則：實(shí)際有效塔板數(shù)為： 4247。 由 其中： ∴ ?。? ∴ ∴ 故本此設(shè)計(jì)中液沫夾帶量在允許的范圍內(nèi)。開孔區(qū)面積的計(jì)算： () 則： = 取閥孔的動(dòng)能因子：由 可計(jì)算的空速： 每層板的閥孔數(shù)目N為： 個(gè) 浮閥采用等腰三角形叉排，同一橫排的空心距： 則排間距： 以塔的截面積為基準(zhǔn)，塔板的開孔率為： ％ 氣體通過一層塔板的壓降為：1).板上液層阻力 充氣系數(shù)的計(jì)算 由通過有效傳質(zhì)區(qū)的氣速： 由氣相動(dòng)能因子： 由《化工原理課程設(shè)計(jì)》查得： ∴2).干板阻力壓降：由臨界閥孔氣速關(guān)聯(lián)式： 3).板上液體引起的表面張力的壓降甚小，將其約去。1).堰長lw根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，在單溢流lw=(~)D 取lw=== 2).堰高h(yuǎn)w 因其有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，要求液體停留時(shí)間較長，堰高取140mm=選用之平堰，堰上的高度由佛蘭西斯公式計(jì)算，即: ()式中： ——塔內(nèi)液體流量，m3/h ——液體收縮系數(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，=1。原料氣中的含量： ∴的吸收率為：％ 可根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對于胺溶液的吸收塔選取5塊理論板數(shù)，板效率取30％∴塔板數(shù)為：塊，圓整為17塊。貧甘醇進(jìn)口溫度為88℃，出口溫度為35℃。，℃，(絕)，(絕)，(絕)及31℃時(shí)的露點(diǎn)降為： 露點(diǎn)降小于40℃(板效率為25%時(shí)，實(shí)際塔板數(shù)為10塊)可獲得露點(diǎn)降為：由《天然氣處理與加工》查得，吸收溫度為38℃時(shí)露點(diǎn)降為44℃；吸收溫度為27℃時(shí)℃；由內(nèi)插法近似求得吸收溫度為31℃℃。 ℃，出口溫度40℃。K)——胺液的體積流量 ——塔底和塔頂?shù)臏夭? 則： 解吸塔內(nèi)解吸出的酸氣和水蒸氣呈飽和狀態(tài)，水汽經(jīng)冷卻而回流， 則： 式中：r——水的蒸發(fā)熱 所以再沸器提供的熱量為： 由于胺液流量較小，可直接采用燃燒加熱爐加熱，則取火管的傳熱密度為： 則再沸器的傳熱面積為： 則用可滿足要求。 。 傳熱速率的計(jì)算，有45﹪MDEA的熱容計(jì)算式： T按照富液進(jìn)口的平均溫度來計(jì)算，℃ 由此可計(jì)算出貧液的溫度。，溫度60℃。即溶解于胺液的甲烷和乙烷為： 則塔底富液中各組分的含量為：： （全部被吸收）： ： ： ： 、在原料氣中的含量少故在計(jì)算是忽約。出塔凈化氣的溫度與進(jìn)塔貧胺液溫度差不多，假設(shè)35℃。(5) 選用合適的計(jì)算方法進(jìn)行求解，并對得到的最優(yōu)解進(jìn)行檢驗(yàn)。雖然優(yōu)化問題的求解方法種類很多，但它的一般求解步驟可以分為:(1) 對過程進(jìn)行分析，列出全部過程變量。根據(jù)目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)特點(diǎn)，優(yōu)化問題可分為線性規(guī)劃和非線性規(guī)劃問題。[10]雖然最優(yōu)化方法發(fā)展歷史不長，但進(jìn)步非常快，優(yōu)化設(shè)計(jì)理論、方法在飛機(jī)、運(yùn)輸、石油、電力等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，取得了顯著的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益。在工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)技術(shù)、科學(xué)試驗(yàn)和計(jì)劃管理等許多方面，人們總想采取各種措施以最小的代價(jià)獲得最大的效益。本項(xiàng)目職工定員為30人，根據(jù)勞動(dòng)局工資管理?xiàng)l例，工資額按每人每年40000元計(jì)算。3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 本技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析主要依據(jù)國家紀(jì)委頒發(fā)的計(jì)算[1987]1359號《關(guān)于印發(fā)建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評價(jià)方法與參數(shù)的通知》以及1988年有國家經(jīng)委印發(fā)試行的《工業(yè)企業(yè)技術(shù)改造項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)評價(jià)方法教程》，同時(shí)參照了化工部有關(guān)文件的規(guī)定確定的。如砂子、管線腐蝕產(chǎn)物、液烴以及井下作業(yè)用的化學(xué)藥劑等。％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，以防止磨損泵、堵塞換熱設(shè)備、污染塔盤或填料、導(dǎo)致溶液發(fā)泡。離開貧/富液換熱器（或緩沖罐）的貧甘醇經(jīng)甘醇泵加壓后去氣體/貧甘醇換熱器進(jìn)一步冷卻，然后再進(jìn)入吸收塔頂部循環(huán)使用。從精餾柱流入重沸器的富甘醇，在重沸器中被加熱到177～204℃左右，以便充分脫除所吸收的水蒸氣，并使甘醇溶液中的甘醇濃度提濃到99%（w）以上。富甘醇在精餾柱內(nèi)向下流入重沸器時(shí)，與由重沸器中氣化上升的熱甘醇蒸汽和水蒸氣接觸，進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)。從閃蒸分離器底部排出的富甘醇依次經(jīng)過纖維過濾器（固體過濾器）和活性炭過濾器除去甘醇溶液在吸收塔中吸收與攜帶過來的少量固體、液烴化學(xué)劑及其它雜質(zhì)。然后，經(jīng)產(chǎn)品氣分離后，調(diào)壓、計(jì)量后進(jìn)入管道外輸。進(jìn)口氣滌器頂部設(shè)有捕霧氣（除沫器），用來脫除出口氣體中攜帶的液滴。～10℃，可以防止進(jìn)口氣中的輕質(zhì)烴組分凝結(jié)下來。[4](2)發(fā)泡在吸收塔中，常常會(huì)遇見醇胺溶液的發(fā)泡問題，而且在解吸塔中也可能發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起沖塔。以使金屬壁面的溫度維持最低。在過程循環(huán)的某些部分，由于存在氧與溶液接觸，也會(huì)促使某種情況的嚴(yán)重腐蝕。硫化亞鐵在金屬表面上形成膜，但此膜粘附得并不緊密，所以對進(jìn)一步腐蝕起的保護(hù)作用不大。醇胺系統(tǒng)主要的腐蝕劑是酸性氣體本身。從塔底出來的富MDEA溶液先經(jīng)過閃蒸罐，使富液中夾帶的雜質(zhì)閃蒸出來，再經(jīng)過換熱器使富液的溫度升到60℃后進(jìn)入再生塔，使之與逆流的蒸汽及氣提氣相接觸，從而解吸出富液中的H2S。吸收塔塔底富液溫度的估計(jì)：由于MDEA吸收H2S的過程是放熱過程，該溫度比一般入口氣高1025℃，℃，則富MDEA溶液為34℃。本車間為間歇操作、連續(xù)生產(chǎn)的車間，每年以300天、7200小時(shí)計(jì)，每日三班，每班8小時(shí)的連續(xù)生產(chǎn)。ARCO油氣公司證實(shí)，在采用三甘醇脫水相同的工藝條件下，結(jié)構(gòu)填料能夠?qū)⑺囊?guī)模減小，容器重量減少，內(nèi)部零件減少，費(fèi)用降低。[7]綜上所述，本文擬采用MDEA法選擇性脫硫工藝作為本文的研究對象。胺液脫除是所有的脫硫方法用完之后才被采用的，以1520的TPD的選擇性胺液脫硫是很復(fù)雜的，且取決于當(dāng)?shù)氐膲毫?，溫度和硫化氫的腐蝕能力，而成本因素則是MDEA成為最常用的吸收溶劑的一個(gè)重要因素。國外的膜分離生產(chǎn)和研發(fā)技術(shù)已走在我國的前面，我國的天然氣行業(yè)雖然起步晚，但發(fā)展勢頭猛勁，更需要開發(fā)和應(yīng)用先進(jìn)的工藝方法。由于膜分離法天然氣脫水裝置體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，減少了海上采油平臺(tái)建設(shè)的投資費(fèi)用。隨著天然氣價(jià)格的上漲，許多酸性氣田要投入開發(fā)，已考慮選擇用抗酸性分子篩干燥天然氣。分子篩能將水脫除很低的水平。甘醇脫水工藝的另一項(xiàng)改進(jìn)技術(shù)是使用異辛烷、甲苯等作為共沸劑的的Drizo法，其三甘醇貧液濃度可達(dá)99．998％，干氣露點(diǎn)可達(dá)—73℃，無氣體排放。研究表明，結(jié)構(gòu)填料在壓力為6．89MPa或更大時(shí)進(jìn)行天然氣脫水表現(xiàn)出極佳的效果。而IFPIEX—1工藝不需要耗熱只要用一定的電量驅(qū)動(dòng)一臺(tái)小低壓泵。由于該工藝不蒸發(fā)氣體，因而可減少芳烴的排放。天然氣脫水在原理上講有四種方式：直接冷卻、壓縮以后冷卻、吸收和吸附，在工藝上主要有：液體脫水劑(甘醇)法、固體脫水劑(分子劑、鉛土、硅膠)及氯化鈣法。目前，國外膜分離技術(shù)處理天然氣主要是除去其中的CO2，分離H2S的應(yīng)用相對較少，而且處理的H2S濃度一般也較低，多數(shù)應(yīng)用的處理流量不大，有些僅用于邊遠(yuǎn)地區(qū)的單口氣井。由于砜胺法兼有物理吸收法和化學(xué)吸收法二者的優(yōu)點(diǎn)，因而自1964年工業(yè)化以來發(fā)展很快，現(xiàn)在已成為天然氣脫硫的重要方法之一?；瘜W(xué)吸收溶劑可以用任何一種醇胺化合物，但常用的是二異丙醇胺(DIPA)和甲基二乙醇胺(MDEA) 。這個(gè)可以表明胺溶液相比氧化還原反應(yīng)是便宜的。在低操作壓力下，它們比物理溶劑或混合溶劑更為適用。同時(shí)，吸收了H2S的富液通過熱再生將其去除，然后將溶液冷卻，再重新使用，從而完成整個(gè)循環(huán)過程。2 化學(xué)工藝氣體脫硫是一種古老的工藝，19世紀(jì)末英國已開始用干式氧化法從氣流中脫除H2S。這些方法的內(nèi)部對工藝流程和設(shè)備有直接影響。，參考有關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，精心設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，精打細(xì)算，在保證質(zhì)量的前提下，力爭用最少的資金，研究出最合理的優(yōu)秀設(shè)計(jì)。提高天然氣相關(guān)行業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)、節(jié)約能源、社會(huì)效益，都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。因此，本文將模擬與優(yōu)化技術(shù)引入到天然氣脫硫裝置設(shè)計(jì)過程中，對提高脫硫裝置整體運(yùn)行效果、降低天然氣處理系統(tǒng)的運(yùn)行成本具有一定的指導(dǎo)作用。沒有考慮到技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，不符合成本最低的要求，不能完全貫徹“安全、效益并重”的現(xiàn)代企業(yè)管理思想。隨著石油、天然氣勘探開發(fā)逐步向復(fù)雜、高風(fēng)險(xiǎn)油氣藏等領(lǐng)域發(fā)展，一批含硫、高含硫氣田相繼投入開發(fā)(如羅家寨、渡口河、普光等氣田)，一批新的天然氣凈化處理廠將應(yīng)運(yùn)而生。2. 硫組分中大部分有劇毒，而且還有可能使催化劑催化劑中毒；含硫天然氣燃燒后直接排入大氣，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的SO2環(huán)境污染，產(chǎn)生酸雨等災(zāi)害，損害大面積農(nóng)作物。天然氣作為一種新興能源，在我們的生活中占據(jù)著越來越重要的地位。天然氣作為一種寶貴的資源在人民生活和工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。天然氣組分大多數(shù)以甲烷為主，包含乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等烴類，以及少量的氮?dú)?、二氧化碳、硫化氫、氦、氧、氫等氣體。天然氣不僅在燃料、化工原料等方面有諸多優(yōu)點(diǎn)，對天然氣進(jìn)行處理回收其中的硫磺，提高天然氣資源綜合利用程度，獲得天然氣資源的更大價(jià)值，還能保證在儲(chǔ)藏、運(yùn)輸過程中的安全性，減少大氣污染，對提高天然氣的整體經(jīng)濟(jì)效益，都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。[1]自地下儲(chǔ)集層沖采出的天然氣中都含有一定的水分和H2S，有機(jī)硫等酸性組分，這些組分的存在往往會(huì)造成嚴(yán)重的后果：，影響平穩(wěn)供氣；而H2S和有機(jī)硫等酸性組分在水的存在下還會(huì)腐蝕管路和設(shè)備，同時(shí)也造成了不必要的動(dòng)力消耗。硫磺是一種重要的基礎(chǔ)化工原料，在國防、農(nóng)業(yè)、化工、輕工、冶金、建材、醫(yī)藥等眾多領(lǐng)域起著至關(guān)重要的作用，回收天然氣中的硫資源起到了變廢為寶的作用。對設(shè)計(jì)者本身的素質(zhì)要求較高。目前國內(nèi)外研究大都停留在對單個(gè)設(shè)備的模擬和優(yōu)化上，而對整個(gè)脫硫裝置系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究相對較少。保證人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。，搞好配套專業(yè)設(shè)計(jì)，特別是要加強(qiáng)節(jié)能、環(huán)保、安全、消防及工業(yè)衛(wèi)生和勞動(dòng)保護(hù)方面的配套設(shè)計(jì)。如消耗指標(biāo)、三廢產(chǎn)生情況、要求的設(shè)備型式等等，以及他們與上述外部工藝因素的關(guān)系。而在脫水過程中，三甘醇（TEG）脫水的工藝性質(zhì)為連續(xù)性吸收再生，露點(diǎn)降為40到60℃，能耗中等，投資也中等，且沒有環(huán)境問題，所以三甘醇是種很好的脫水方法。該方法通過將含有H2S的天然氣與溶劑逆流接觸而達(dá)到在吸收塔中將其脫除的目的。[4]其中化學(xué)溶劑(主要是醇胺類)法是目前天然氣脫硫工藝中使用最頻繁的方法。在脫除過程中，必須把固體硫轉(zhuǎn)換成硫化氫，以硫在胺溶劑中改良為克勞斯回收法，可用于如凈化廠中的所有克勞斯回收法回收的硫化氫。砜胺法采用的溶液包含有物理吸收溶劑和化學(xué)吸收溶劑，物理吸收溶劑是環(huán)丁砜。因?yàn)轫堪啡芤褐泻写及奉惢衔?，因此凈化氣中酸氣含量低，較易達(dá)到管輸要求的氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。對原料氣流量大、酸氣含量低的天然氣不適合，而且過多水分與酸氣同時(shí)存在會(huì)對膜的性能產(chǎn)生不利影響。尤其是對一些高含量H2S天然氣的處理，獲得了滿意效果。IFPIEXOL工藝分兩部分，其中IFPEX—l用于脫水，其工藝過程是：氣體進(jìn)料向上通過一座接觸塔，在塔內(nèi)與來自冷卻分離器并向下流動(dòng)的含水溶劑逆流接觸，上升的原料氣從水中完全提出。常用的三甘醇法需要一臺(tái)大的輸送高熱物料泵和再生裝置，耗能較多。在新概念的指導(dǎo)下