【正文】 止外來雜質(zhì)污染溶液。溶液濃度的主要影響可能是通過濃度進(jìn)而導(dǎo)致液膜阻力變化而影響 CO2的吸收的。 (5)吸收壓力 從選擇性角度而言，降低壓力有助于改善選擇性。這是由于在常壓選吸 工況下吸收塔板數(shù)較少及容許的凈化尾氣 H2S 含量較高之故，在壓力選吸工況下通常不致如此。當(dāng)天然氣中含少量 H2S 且CO2/H2S 比值較高，但 CO2含量不是很高且不需深度脫除 CO2時，就可考慮采用合適的 MDEA 配方溶液， MDEA 配方溶液是一種高效氣體脫硫脫碳溶液，它通過在 MDEA 溶液中復(fù)配不同的化學(xué)劑來增加或抑制 MDEA 吸收 CO2，的動力學(xué)性能。由于可與不同的醇胺組合以及使用不同的配比，混合胺法具有較大彈性。 與非位阻胺比較，空間位阻胺在脫除酸性氣體方面有以下特點(diǎn) :(l)具有更快的吸收速率 。物理溶劑法中酸氣是溶解于其中故易于析出 。由于物理溶劑法的酸氣負(fù)荷大體上與天然氣中的酸氣分壓成正比，當(dāng)天然氣中 HZS 及 CO:的濃度較低且操作壓力較低時，其溶液的循環(huán)量大大高于胺法 。因其主反應(yīng)是液相中的氧化還原反應(yīng)，因此也被稱為氧化還原法或濕式氧化法。 膜分離法 膜分離是以選擇性透過膜為分離介質(zhì)，在外力推動下對混合物進(jìn)行分離、提純、濃縮的一種新型分離技術(shù)。 吸收 了酸氣的醇胺溶液（通常稱為富液）由吸收塔底部流出后降至一定壓工程設(shè)計(jì)論文 18 力進(jìn)入閃蒸罐，是富液中溶解和夾帶的烴類閃蒸出來，閃蒸汽可用作裝置的燃料氣。 物料衡算 物料衡算基本原理 根據(jù)天然氣凈化 廠的實(shí)際，在進(jìn)行物料衡算過程中，主要依據(jù)物料平衡方程進(jìn)行估算。溫度為 30℃ 。 wa—循環(huán)溶液中醇胺的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 （ 2）確定精餾各單元操作中所需的熱量或冷量及傳遞速率，確定加熱劑和冷劑 的用量，為后續(xù)換熱和公用工程的設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。 (1)再沸器熱量恒算： ① 貧液溫升帶走的熱量。查基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可得：甲烷比熱容 ： 45 / ( )kJ m K? 凈化氣體帶出的熱量為： m i n/)3040(6024 kJ?????? 由《天然氣加工工程》公式 ： 3 .3 5 3 6 0 .0 0 4 3 5PCT?? 在 40℃ 時 45%的 MDEA 溶液的比熱容為 ： 536 043 5 40 28 / ( )PC k J k g K? ? ? ? ? 不考慮吸收塔熱損失，則 MDEA 溶液經(jīng)過吸收塔的溫升為 ： 2 2 4 2 6 6 .5 3 1 4 1 .7 1 9 .0 53 .2 1 0 2 8 3 .5 2 8 K? ??? 富液溫度遠(yuǎn)高于貧液溫度，假設(shè)不正確，所以在吸收過程中應(yīng)設(shè)置冷凝裝置，保證貧富液溫度相差不大。其中一個主要依據(jù)是能量平衡方程： 【輸入系統(tǒng)的能量】 =【輸出系統(tǒng)的能量】 +【系統(tǒng)反應(yīng)產(chǎn) 生的能量】 +【系統(tǒng)與外界交換的能量】 +【系統(tǒng)累積的能量】 數(shù)學(xué)表達(dá)式為： d() di n o u t R i w Q H Q t? ? ? ? ? ?? ? ? 其中 Qin——輸入物流帶入設(shè)備熱量， kJ/h； Qout——輸出物流帶出設(shè)備熱量， kJ/h； △ HR——反應(yīng)熱效應(yīng)， kJ/h； Qw——系統(tǒng)與外界交換的能量， kJ/h； Q——系統(tǒng)累計(jì)熱量， kJ。 由 22HSCO?? ?? 得 220 . 9 9 9 30 . 3 1 2 33 . 2HSCO ?? ?? ? ? 故脫除的 H2S 的摩爾分?jǐn)?shù)為： ?? 脫除 CO2的摩爾分?jǐn)?shù)為： ?? 脫除酸氣的量為 ： ( ) / /k m ol s k m ol h? ? ? ? MDEA 的酸氣負(fù)荷由《天然氣利用手冊》和《天然氣加工工程》可查得在 以上，在這里取 q= 酸氣 /kmolMDEA，同時由《天然氣利用手冊》查得再生后的 MDEA 溶液的酸負(fù)載為 ： /mol mol。 上 式為物料平衡的普遍式，可以對體系的總物料進(jìn)行衡算，也可以對體系內(nèi)的組分和元素進(jìn)行衡算。離開重沸器 的熱貧液經(jīng)貧 /富液換熱器回收熱量后，再經(jīng)過溶液冷卻器的進(jìn)一步冷卻至適當(dāng)溫度，然后由溶液循環(huán)泵送至吸收塔頂部，完成溶液循環(huán)。醇胺法工藝的基本流程主要有吸收、閃蒸、換熱和再生四部分組成。此法常用于處理具有較高溫度的合成氣，并可省去換熱冷卻設(shè)備，而且較高的溫度還增加了碳酸鉀的溶解度，從而獲得較高的溶液 CO2負(fù)荷。我國先后將 MEA、 DIPA 及MDEA 與環(huán)丁砜組成的三個體系，分別稱為砜胺 I 型， II 型及 III 型。 (6)可實(shí)現(xiàn)同時脫硫脫水 。 物理溶劑法 物理溶劑法是利用 H2S及 CO2等酸性雜質(zhì)與烴類在物理溶劑中溶解度的巨大差異完成天然氣脫硫脫碳。在混合胺體系中反應(yīng)按 “穿梭 ”機(jī)理進(jìn)行，即 MEA 或 DEA 在相界面吸收 CO2生成氨基甲酸鹽，進(jìn)入相后將 CO2傳遞給 MDEA， “再生 ”了的 MEA或 DEA 又至界面。 活化 MDEA 法的主要特點(diǎn)有 :再生能耗低，活化 MDEA 法的低能耗特性源于大量的 CO2通過降壓閃蒸而被釋放，活化 MDEA 溶液吸收 CO2屬于物理化學(xué)吸收 ，活化 MDEA 法溶液可視為物理化學(xué)吸收劑，被吸收的 CO2通過閃蒸就可以解吸，既可以滿足凈化度的要求，又可以節(jié)省再生能耗，而且 MDEA 含有一個叔胺作為活性基團(tuán)，吸收 CO2后生成碳酸氫鹽，再生加熱時遠(yuǎn)比伯胺、仲胺與 CO2生成的較為穩(wěn)定的氨基甲酸鹽所需熱量低得多 。它是一種常壓選吸過程。 與壓力選吸相比，常壓選吸對 H2S 凈化度的要求寬一些，也使用較少的吸收塔板，目前使用的溶液濃度均較低。 (4)吸收溫度 溫度的影響可能通過兩個途徑 :首先是反應(yīng)速率， MDEA 與CO2系中速反應(yīng)，其溫度升高 10℃ ，反應(yīng)速率常數(shù)約增加一倍，即 CO2吸收量增加。因氣液比的提高意味著裝置能耗下降，故對選擇性胺法裝置而言，選擇性與效益是一致的。 。在選吸過程中，由于較少的吸收塔板、較高的氣液比、 CO2負(fù)荷距平衡遠(yuǎn)而 H2S 負(fù)荷距平衡近等因素，故 H2S 凈化度更為靈敏地受一些因素的影響而變化。 (l)選擇性胺法只能使用 H2S 負(fù)荷。不為 COS 及 CS2所降解， CO2所至降解速度也很慢，其降解產(chǎn)物可 以堿析出 DIPA，但實(shí)際生產(chǎn)中勿需安排復(fù)活設(shè)施。 (3)DEA 法通常不安排溶液復(fù)活設(shè)施。無論 H2S 或 CO2， MEA 法均可將其脫除達(dá)到很高的凈化度。 圖 22 胺法裝置的基本工藝流程 在基本工藝流程的基礎(chǔ)上，根據(jù)工況特點(diǎn)，可以增加輔助設(shè)施 (如 MEA 等復(fù)活裝置 )流程，也可以采用貧液分流、貧液與半貧液分流、富液分流、吸收塔內(nèi)設(shè)置內(nèi)冷 器等以取得更好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。 圖 21 酸氣脫出技術(shù) 化學(xué)溶劑法 化 學(xué)溶劑法是以堿性溶液吸收 H2S 及 CO2等，并于再生時又將其放出的方法，包括使用有機(jī)胺的 MEA 法， DEA 法， DIPA 法， DGA 法， MDEA 法及位阻胺法等，使用無機(jī)堿的活化熱碳酸鉀法也有應(yīng)用。 儀隴縣 屬于四川盆地亞熱帶濕潤氣候區(qū)。 因此，各國對商品天然氣中的 H2S、 CO2，以及水蒸氣含量都有嚴(yán)格的控制，每個國家的國情不同，標(biāo)準(zhǔn)也各異，一些國家規(guī)定 H2S 的質(zhì)量濃度低于 ～16mg/m3，總硫含量小于 150～ 450mg/m3， CO2的摩爾分?jǐn)?shù)低于 2%～ 3%。 設(shè)計(jì)依據(jù) （ 1）化工工程設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)定； （ 2）國家經(jīng)濟(jì)、建筑等相關(guān)政策； （ 3）《化工建設(shè)項(xiàng)目可行性研究報告內(nèi)容和深度的規(guī)定》（ 1992 年 12 月 28 日化工部發(fā)布）及有關(guān)專業(yè)的國家標(biāo)準(zhǔn)； （ 4）儀隴天然氣凈化廠相關(guān)資料，包括自然條件、交通條件以及公用工程及配套設(shè)施條件等。 H2S 和 CO2被稱為酸氣， H2S 氣體有毒，對人體健康危害較大，能破壞很多工業(yè)催化劑，另外在大氣中氧化后也是被公認(rèn)的酸雨的主要來源之一，而 CO2又是主要的溫室氣體之一，目前全球氣 候變暖，與 CO2的排放的關(guān)系密不可分， CO2 減排己經(jīng)成為世界組織面臨的最嚴(yán)重的環(huán)境問題之一。 工程設(shè)計(jì)論文 7 產(chǎn)品方案 本廠主產(chǎn)品為合格的商品氣，滿足管道天然氣 管道 輸送標(biāo)準(zhǔn)。因此當(dāng)天然氣中酸性組分含量超過商品氣質(zhì)量指標(biāo)或管輸要求時，必須采用合適的方法將其脫除至允許值內(nèi)，脫除的酸性組分稱為酸氣，其主要成分是 H2S、 CO2 及少量烴類，從酸性天然氣中脫除酸性組分的工藝過程稱為脫硫脫碳。其中吸收部分主要是將天然氣中的酸氣 (主要是 H2S 與 CO2)脫除至規(guī)定指標(biāo)；閃蒸用于除去富液中的烴類 (以降低酸氣中的烴含量 )；換熱系統(tǒng)以富液回收貧液的熱量 。 工程設(shè)計(jì)論文 11 一乙醇胺（ MEA）法 在用于氣體凈化的各種烷醇胺中， MEA 是最強(qiáng)的有機(jī)堿，它與酸氣反應(yīng)最迅速。 二乙醇胺 (DEA)法 二乙醇胺法的特點(diǎn)如下： (l)用于天然氣凈化可保證凈化度。 (2)腐蝕輕。 工程設(shè)計(jì)論文 12 選擇性胺法的工藝流程及設(shè)備與常規(guī)胺法基本上是相同的，但吸收塔常安排幾個 貧液入口以便工況調(diào)節(jié)從而獲得最佳的選吸效果。 (3)選擇性胺法的 H2S負(fù)荷高。選擇性胺法由于使用較少的吸收塔板及較高的 H2S 負(fù)荷等因素，富液 H2S 負(fù)荷對 H2S 凈化度的影響也遠(yuǎn)比常規(guī)胺法顯著。 甲基二乙醇胺選擇脫硫工藝 MDEA 即 N甲基二乙醇胺，分子式為 CH3N(CH2CH2OH)2，相對分子質(zhì)量為 ，沸點(diǎn) 245℃ ，是一種無色液體，與水互溶，在一定條件下對 CO2等酸工程設(shè)計(jì)論文 13 性氣體有很強(qiáng)的吸收能力，而且反應(yīng)熱小，解析溫度低，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。限制溶液濃度提高的因素有：腐蝕性、機(jī)械損失等，高的溶液濃度也導(dǎo)致塔底富液溫度較高而影響其 H2S 負(fù)荷。但壓力降低的同時也使溶液負(fù)荷降低，裝置的處理能力也下降。 (3)MDEA 濃溶液常壓選吸效果更佳。因此，有的配方溶液可比 MDEA 具有更高的脫硫選擇性，有的配方溶液也可比其它醇胺溶液具有更好的脫除 CO2效果。 反應(yīng)原理 :伯胺及仲胺與 CO2 反應(yīng)生成氨基甲酸鹽，其摩爾比為 2:1。(2)具有更高 的吸收容量 。 (4)具有選擇脫硫能力。 (9)基本上不存在溶劑變質(zhì)問題。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。基本原理 :原料氣中的各個組分在壓力作用下因通過半透膜的 相對傳質(zhì)速率不同而得以分離。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。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。壓力位 （表壓） 。 將數(shù)據(jù)代入上式中可得 V=。 （ 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。 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》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)二級換熱器熱量衡算（與一級換熱器計(jì)算方法相同） 貧液溫度： 1