【導(dǎo)讀】裝置中主要的能量消耗是在閃蒸罐、換熱器和再生塔。

　　

【正文】 氣處理工藝出現(xiàn)了許多新進(jìn)展。目前主要的技術(shù)發(fā)展動(dòng)向大致包括以下四個(gè)方面 : 第 28 頁(yè) (1) 從促進(jìn)克勞斯反應(yīng)平衡的角度出發(fā) ,提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率 。 (2) 充分利用各種工藝類型優(yōu)勢(shì) ,對(duì)各種工藝類型進(jìn)行組合 。 (3) 采用新型催化劑 ,達(dá)到提高轉(zhuǎn)化率或節(jié)能降耗的目的 。 (4) 采用新型設(shè)備 ,通過(guò)改變操作參數(shù) ,達(dá)到提高裝置效能或節(jié)能降耗的目的。 為使儀隴天然氣處理廠廢氣、含 COD 廢水、廢催化劑、清管廢渣、噪聲等能夠滿足國(guó)家相關(guān)法律法規(guī)要求，本工程擬采取以下環(huán)保措施： 氣田開(kāi)發(fā)擬采取的措施為：①鉆井廢水和氣田采出水全部采用回注地層的方式處理，不外排；②測(cè)試、放噴的天然氣經(jīng)點(diǎn)燃后排放，將 H2S 轉(zhuǎn)化 為 SO2，降低了毒害性；③鉆井廢渣采用固化后無(wú)害化填埋；④盡量選用低噪聲設(shè)備，采用相應(yīng)的隔聲、減噪和減振措施。 凈化廠擬采取的措施為：①采用 SCOT 尾氣處理裝置，尾氣焚燒爐排出的尾氣由120m 高煙囪排放；②污水?dāng)M采用 SBR 處理后進(jìn)行達(dá)標(biāo)排放；③廢催化劑送有處理資質(zhì)的單位處理或送催化劑生產(chǎn)廠家回收利用；④盡量選用低噪聲設(shè)備，采取相應(yīng)的隔聲、減振和降噪措施。 集輸工程擬采取的措施為：①施工期生態(tài)補(bǔ)償和跡地恢復(fù)措施；②項(xiàng)目營(yíng)運(yùn)過(guò)程中清管作業(yè)、場(chǎng)站檢修或事故性放空時(shí)，放空的天然氣通過(guò)放空火炬燃燒后排放， 為了保證及時(shí)點(diǎn)火燃燒，放空火炬配備了靈敏的自動(dòng)點(diǎn)火裝置；③廢水為站場(chǎng)值班人員生活污水，生活污水清污分流，糞便采用旱廁收集后用作農(nóng)業(yè)灌溉，洗滌污水用于站內(nèi)綠化灌溉；④輸氣管道采用埋地敷設(shè)，在正常生產(chǎn)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生噪聲污染；站場(chǎng)盡量選用低噪聲設(shè)備，采取相應(yīng)的隔聲、減振和降噪措施；⑤固體廢棄物主要為清管作業(yè)的廢渣、檢修時(shí)的廢渣、值班人員的生活垃圾。清管廢渣、檢修廢渣選擇合適的地點(diǎn)無(wú)害化填埋；生活垃圾定點(diǎn)收集，定點(diǎn)處理。 6 物料衡算與熱量衡算 本設(shè)計(jì)采用 45%的 MDEA 水溶液作吸收劑。 第 29 頁(yè) 原 料氣處理量為： 105m3/d。溫度為 30℃。壓力位 （表壓）。 查得天然氣及其組分有關(guān)性質(zhì)如表： 組分 Mol% Tc,K Tc=∑ yi*Tc Pc,Mpa Pc=∑ yi*Pc 相對(duì)分子量 H2S 34 CO2 44 H2O 18 CH4 16 C2H6 30 iC4H10 58 nC4H10 58 N2+He 32 H2 2 O2+Ar 32 T c = 1 9 4 .1 3 4i icy T K?? P c = 4 .6 9 6i icy P M P a?? 則 5 3TTr Tc? ? ? r ? ? ? 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： sk m o lhk m o lZR TtPVn /)( 4 ?????? ???? 氣體吸收過(guò)程中非酸性組分假設(shè)不被吸收，則其摩爾流量為 sk m o lyynG COSH /)1( 22 ??????? 第 30 頁(yè) MDEA的循環(huán)量 由于 MDEA 對(duì) CO2 選擇性吸收，吸收因子為 ，這里取為 由 22HSCO?? ?? 得 220 . 9 9 9 3 0 . 3 1 2 33 . 2HSCO ?? ?? ? ? 故脫除的 H2S 的摩爾分?jǐn)?shù)為： 0 .0 2 0 5 0 0 .9 9 9 3 0 .0 2 0 4 8 6?? 脫除 CO2的摩爾分?jǐn)?shù)為： 0 .0 0 5 7 0 0 .3 1 2 3 0 .0 0 1 7 8?? 脫除酸氣的量為： hk m o lsk m o l /)( ???? MDEA 的酸氣負(fù)荷由《天然氣利用手冊(cè)》和《天然氣加工工程》可查得在 以上，在這里取 酸氣 /kmolMDEA，同時(shí)由《天然氣利用手冊(cè)》查得再生后的 MDEA 溶液的酸負(fù)載為 /mol mol。 45%MDEA 溶液的摩爾濃度為33 .8 8 2 /MC kmol m? ，那么解吸后的再生溶液酸含量 32 0 .0 1 1 6 5 /x km ol m? 。 單位時(shí)間內(nèi) 2HS的處理量為 sk mo lyG s / ?????? ? 胺的循環(huán)量 m in/??????? ? 為了保證運(yùn)行安全和達(dá)到處理要求，胺的循環(huán)量需留有一定的安全欲度，這里取 / minm 其中： G— 原料氣惰性組分流 量， /kmol s Ma— 醇胺化合物相對(duì)分子質(zhì)量 q— MDEA 的酸氣負(fù)荷 , /mol mol 物料恒算 原料氣含量1 ?? 352 2 0 / 1 .4 2 1 0y m g m ?? ? ? 由吸收物料守恒： 1 2 1 2( ) ( )G y y L x x? ? ? 第 31 頁(yè) 可得： 31 /x kmol m? 表 61 物料衡算 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? 熱量恒算 脫除的 CO2和 H2S量分別為： 3 .2 5 1 0 .0 2 0 5 0 .9 9 9 3 6 0 3 4 .0 7 6 1 3 6 .1 6 / m in3 .2 5 1 0 .0 0 5 7 0 .3 1 2 3 6 0 4 4 .0 1 1 5 .2 8 / m inkgkg? ? ? ? ?? ? ? ? ? 根據(jù)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，取 CO2與 MDEA 的反應(yīng)熱為 1420kJ/kg， H2S與 MDEA 的反應(yīng)熱為1050kJ/kg。因而酸性氣體與醇胺反應(yīng)放出的總熱量為： + = 1 6 4 6 6 5 . 6 k J / m i n??1 5 . 2 8 1 4 2 0 1 3 6 . 1 6 1 0 5 0 近似認(rèn)為凈化氣為甲烷（相對(duì)分子質(zhì)量為 16），離開(kāi)吸收塔凈化器溫度與貧液進(jìn)塔溫度相同，即為 40℃ 。查基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可得：甲烷比熱容為 / ( )kJ m K? 凈化氣體帶出的熱量為： m in/)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(shí) 45%的 MDEA 溶液的比熱容為 3 . 3 5 3 6 0 . 0 0 4 3 5 4 0 3 . 5 2 8 / ( )PC k J k g K? ? ? ? ? 不考慮吸收塔熱損失，則 MDEA 溶液經(jīng)過(guò)吸收塔的溫升為 1028 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(guò)程中應(yīng)設(shè)置冷凝裝置，保證貧富液溫度相差不大。 第 32 頁(yè) 假設(shè)富液溫度為 45℃，冷凝裝置的熱負(fù)荷為 m in/ 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?？捎?《天然氣利用手冊(cè)》假設(shè)經(jīng)過(guò)貧富液第一級(jí)換熱器使富液溫度達(dá)到 80℃，貧液溫度將為 90℃，富液進(jìn)入再生塔進(jìn)行溶劑再生。 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。 ⑴再沸器熱量恒算： ① 貧液溫升帶走的熱量： 1 2 . 4 1 0 2 8 3 . 5 2 8 ( 1 1 0 8 5 ) 2 1 7 6 0 7 . 0 4 / m i nQ k J? ? ? ? ? ? ② 塔頂酸氣熱負(fù)荷 ? ?2 ( 1 3 6 . 1 6 1 5 . 2 8 ) 1 . 4 0 3 1 0 0 8 5 3 1 8 7 . 1 / m i nQ k J? ? ? ? ? ③ 酸性組分解吸熱 3 1 6 4 6 6 5 .6 / m inQ kJ? ④ 回流熱 ? ?4 ( 1 3 6 . 1 6 1 5 . 2 8 ) 4 . 2 2 8 5 4 5 5 0 8 8 3 . 9 / m i nQ k J? ? ? ? ? ? 所以再沸器的熱負(fù)荷為 412 1 7 6 0 7 . 0 4 3 1 8 7 . 1 1 6 4 6 6 5 . 6 5 0 8 8 3 . 9 4 3 6 3 4 3 . 6 / m iniiQ k J??? ? ? ? ??沸沸 塔頂冷凝器熱負(fù)荷 ? ?2 ( 1 3 6 . 1 6 1 5 . 2 8 ) ( 4 . 2 2 1 . 4 0 3 ) 1 0 0 4 5 8 1 6 1 8 . 8 / m i nQ k J? ? ? ? ? ? ? ⑵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℃ ， 第 33 頁(yè) 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 T? ? ? ? 貧液粘度： 1 s? ?? 富液粘度： 2 s? ?? 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) ? ?217 5 /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 20. 66 32 1. 2 0. 8Am? ? ? ⑶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 62 熱量衡算 設(shè)備 熱負(fù)荷 kJ/min 換熱面積 /㎡ 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 脫硫工藝主要設(shè)備的計(jì)算 天然氣脫硫工藝主要設(shè)備的計(jì)算主要包括塔設(shè)備、分離器、換熱器以及再沸器的計(jì)算。 第 34 頁(yè) 選型 根據(jù)《氣田天然氣凈化廠設(shè)計(jì)規(guī)范》可知，浮閥塔盤具有彈性大、效率高、處理能力比泡罩塔和篩板塔的特點(diǎn)，故吸收塔、再生塔宜優(yōu)先采用浮閥塔。因此，在本次設(shè)計(jì)中優(yōu)先采用浮閥塔。 在計(jì)算塔徑時(shí)，考慮到胺液易發(fā)泡的特點(diǎn)，不宜采用過(guò)小的板間距，并考慮原料量處理的大小和塔徑大小，板間距選為 450mm，為檢修方便有人孔處板間距為 700mm。 塔板數(shù) 如前所述， MDEA 對(duì) H2S、 CO2 的吸收為化學(xué)吸收。吸收過(guò)程中放出的反應(yīng)熱是隨塔板數(shù)變化而變化的。 MDEA 為叔胺，其與 H2S 及 CO2 的反應(yīng)機(jī)理如下： 3 2 22 ( )R N H S R N H S???? ? ?? 2 2 3( ) 2R N H S H S R N H H S???? ? ?? 3 2 2 2 32 ( )R N H O C O RN H C O????? ? ?? 2 3 2 2 3 3( ) 2R N H C O H O C O R N HH C O????? ? ?? 根據(jù)《天然氣加工工程》知，對(duì)于胺溶液的吸收塔一般取 45個(gè)理論板，塔板效率均為 25%40%。 取理論板數(shù) Ne=5；塔板效率 ? =25% 則實(shí)際塔板數(shù)為： Np=5/=20 此塔板數(shù)可將凈化氣中 H2S 的含量降至 20mg/m3以下。 塔徑 dm /10305 33? 的天然氣在 30℃ ， 2200KPa 下的流量為： smV s /53 002430 500 0 3??? 液體循環(huán)量 Ls 為 MDEA 的循環(huán)量，由上部分計(jì)算得知 Ls= 3/ms。 第 35 頁(yè) 天然氣相對(duì)分子質(zhì)量為 1 6 .8 3 6 g /g i icM y M m o l??? 天然氣密度 ? ? 32 2 0 0 + 1 0 1 . 3 2 5 1 6 . 8 3 6 1 5 . 4 0 3 /0 . 9 9 8 8 . 3 1 4 3 0 3 . 1 5g P M g k g mZ R T? ?? ? ??? 0 9 3 6 ) 0 2 8()5 3 0 ()()( ????? giSSLV VLF ?? 塔板間距為： 450TH mm? 查閱《石油化學(xué)工程基礎(chǔ)》液層高度 Lh 介于 — ，取 60Lh mm? 由圖可查得 20 ? ∵液相 45%MDEA 的表面張力5 5 . 6 5 0 . 1 3 7 6 5 5 . 6 5 0 . 1 3 7 6 3 0 5 1 . 5 2 3 2 / 2 0 /L T m N m m N m? ? ? ? ? ? ? ? ∴ 查得結(jié)果 C20按下式校正 0. 2 0. 220 . 07 8 0. 09 42 520 20LCC ??? ??? ? ? ????? ???? 最大允