【導(dǎo)讀】由于近年來(lái)石油資源的緊缺，天然氣資源越來(lái)越受到人們的重視。比例逐漸增高，探明率低的特點(diǎn)。天然氣是一種優(yōu)質(zhì)的能源，具有熱值大，運(yùn)輸使用。方便，燃燒完全，無(wú)煙無(wú)渣，價(jià)格較為便宜等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)天然氣是一次能源中最為清。越來(lái)越重要作用，近20年來(lái)在我國(guó)呈現(xiàn)出快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。下開(kāi)采出來(lái)立刻就能進(jìn)行使用。必須先經(jīng)過(guò)一些處理才能輸送到居民家中和工廠中使。本次設(shè)計(jì)主是說(shuō)明的是天然氣凈化，主要包括天然氣脫硫和天然氣脫水。在脫硫的眾多方法中選用了MDEA溶液吸收法。在高碳比下能選擇脫除H2S，循環(huán)量小，操作費(fèi)用低，損失小，應(yīng)用極廣。目前溶劑吸收法脫水法是最為有利的，也是使用最為廣泛的。

　　

【正文】 很高，達(dá)到 100%，凈化氣 H2S天然氣凈化裝置工藝設(shè)計(jì) 16 含量可低于 4 106(v)，對(duì)原料氣組成及氣體流量變化很強(qiáng)的適用性，同時(shí)，把氧化還原法脫硫工藝應(yīng)用于處理 H2S 含量較低而碳極高的醇胺法再生酸氣，目前已積累了較為豐富的工業(yè)經(jīng)驗(yàn)，并為從貧酸氣效地回收硫磺開(kāi)拓了新的途徑。生物脫硫技術(shù)與氧化還原法工藝一樣，在脫硫同時(shí)進(jìn)行硫回收，氣體脫率及硫化物轉(zhuǎn)化率都較高，過(guò)程操作簡(jiǎn)單，而且能夠適應(yīng)氣體流量及 H2S 含大 的變化。不同之處在于采用生物催化劑 (微生物 )，不會(huì)失活，不存在溶液降催化劑補(bǔ)充的問(wèn)題；可根據(jù)流量及 H2S 含量變化自行調(diào)節(jié)，具有較好的操作及應(yīng)變能力；只對(duì) H2S 具有很高的選擇性， CO2的存在不產(chǎn)生任何負(fù)面影響產(chǎn)親水性硫磺產(chǎn)品，不出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，使工藝操作大為簡(jiǎn)化。 ⑤氧化還原法用于高壓氣體處理取得進(jìn)展。通常氧化還原法工藝，如采合鐵溶液的 Locat 工藝多用于低壓氣體處理，但為了使凈化氣能夠直接進(jìn)入輸氣管網(wǎng)，開(kāi)發(fā)高壓脫硫工藝就一直成為人們所關(guān)注對(duì)象和攻克目標(biāo)。現(xiàn)已出了 Sulfint HP 和 Crystasulf兩種 新的工藝。 Sulfint HP 工藝能夠直接處理壓力約 8 MPa 的天然氣，并對(duì)流量、 H2S含量以及重?zé)N含量的變化表現(xiàn)出較高適和可靠性，而且已在工業(yè)條件下操作的中試裝置上運(yùn)行超過(guò) 6000 小時(shí)，目前劃建設(shè)的第一套工業(yè)裝置； Crystasulf 工藝則采用了一種與鐵基水溶液完全不同水溶性有機(jī)溶劑作為脫硫溶液，溶液體系具有溶硫性好、循環(huán)量小、無(wú)螯合解、不受 CO2 影響、硫磺產(chǎn)品顆粒大、純度高的特點(diǎn)，由于在整個(gè)處理過(guò)程存在硫磺固體顆粒，沒(méi)有發(fā)泡和堵塞現(xiàn)象，特別適合于高壓氣體的處理。 ⑥在新出現(xiàn)的工藝技術(shù)中， Morphysorb 溶劑的特點(diǎn)是不需冷凍即可達(dá)到的酸氣負(fù)荷，溶劑對(duì) H2S 有很好的選擇性與凈化度，從而克服了物理溶劑法固有的缺陷；Hybrisol 溶劑屬于物理化學(xué)混合溶劑 (Ⅲ型溶劑 )，在處理高含酸體的天然氣時(shí)，凈化氣可達(dá)到管輸標(biāo)準(zhǔn)，且兼有脫水的功能，再生酸氣可直注地層； CrystaSulf 工藝則把Claus 反應(yīng)原理應(yīng)用于脫硫過(guò)程，將脫硫與硫磺歸二為一，從而在工藝技術(shù)開(kāi)發(fā)上開(kāi)拓了全新的途徑。 Sulfint HP 法工藝的開(kāi)功，為液相氧化還原法工藝應(yīng)用于處理高壓天然氣開(kāi)拓了新的思路，這是一個(gè)值得注意的發(fā)展動(dòng)向。 ⑦為了降低投資和操 作費(fèi)用，工藝流程也在不斷改進(jìn)和優(yōu)化。脫硫工藝除溶劑配方上進(jìn)行改進(jìn)外，對(duì)傳統(tǒng)工藝流程的改進(jìn)，以提高改善脫硫脫碳性能力則一直未停止，比較典型的改進(jìn)主要有：增加一個(gè)原料預(yù)接觸器、吸收塔有多點(diǎn)進(jìn)料、胺液分流、用變壓再生替代重沸器熱再生等。在流程方面的這些有益嘗試都獲得了經(jīng)濟(jì)上的利益。此外，在對(duì)裝置中部分設(shè)備的改進(jìn)亦促進(jìn)了工藝技術(shù)的不斷向前發(fā)展。如美國(guó) Union Pacific Resources 公司的東德克薩斯天然氣凈化廠就在貧液回路采用水平多級(jí)離心泵代替?zhèn)鹘y(tǒng)的貧液循環(huán)泵，達(dá)到了降低成本目的。 天然氣凈化裝置工藝設(shè)計(jì) 17 脫硫工藝流程 如 圖 所示，原料天然氣自上而下的與溶液逆流通過(guò)吸收塔。從吸收塔流出的富液與從解吸塔流出的貧液換熱而被加熱，然后進(jìn)入解吸塔頂部附近的某一部分。在處理高壓酸性氣體的裝置中，通常將富液通入閃蒸罐，閃蒸至中等壓力，以出去吸收前在溶液內(nèi)溶解和夾帶的烴類。在熱交換器中部冷卻了的貧液用水或者空氣進(jìn)一步冷卻，然后泵入吸收塔頂部，完成溶液循環(huán)。通過(guò)從解吸塔溶液中釋放的酸性氣體進(jìn)行冷卻，以冷凝分出大部分水蒸汽。冷凝液連續(xù)的加回到系統(tǒng)里，以防止胺溶液不斷的蒸濃。通常，全部或部分水以回流加回到吸收塔頂富液入口之 上的出口，以回收被酸性氣流帶出的胺蒸汽 [11]。 圖 醇胺法脫除酸氣的基本流程 脫水工藝流程 如圖 所示為三甘醇的脫水裝置工藝流程。該裝置由高壓吸收系統(tǒng)及低壓再生系統(tǒng)兩部分組成。來(lái)自脫硫裝置的濕凈化天然氣經(jīng)原料分離器自吸收塔下部進(jìn)入吸收塔，由于進(jìn)入吸收塔的氣體不允許含有游離液體（水與液烴）、化學(xué)劑、壓縮機(jī)潤(rùn)滑油及泥沙等物，所以濕天然氣進(jìn)入裝置后，先經(jīng)過(guò)進(jìn)口氣滌器除去游離液體和固體雜質(zhì)。如果天然氣中雜質(zhì)過(guò)多，還要采用過(guò)濾分離器。進(jìn)口氣滌器頂部設(shè)有捕霧氣（除天然氣凈化裝置工藝設(shè)計(jì) 18 沫器），用來(lái)脫除出口氣體中攜帶的 液滴。 圖中所示的吸收塔為板式塔，此處應(yīng)選用泡帽塔板。由進(jìn)口氣滌器頂部分出的濕天然氣進(jìn)入吸收塔底部，向上通過(guò)各層塔板，與向下流過(guò)各層塔板的甘醇溶液逆向接觸時(shí)，使氣體中的水蒸汽被甘醇溶液所吸收。吸收塔頂部設(shè)有捕霧氣（除沫器），用來(lái)脫除出口氣中攜帶的甘醇溶液液滴，減少甘醇損失。離開(kāi)吸收塔的干氣經(jīng)過(guò)氣體 /貧甘醇換熱器（貧甘醇冷卻器），用來(lái)冷卻進(jìn)入吸收塔的甘醇貧液（貧甘醇）。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。 經(jīng)氣體 /貧甘醇換熱器冷卻后的貧甘醇進(jìn)入吸收塔頂部，由頂層塔板依次經(jīng)過(guò)每層塔板流至底層塔板。底層塔板的溢流管上裝有液封槽，用以對(duì)塔板進(jìn)行液封。吸收了天然氣中水蒸汽的甘醇溶液（富甘醇）從吸收塔流出，先經(jīng)高壓過(guò)濾器除去由進(jìn)料氣帶入的固體雜質(zhì)，再與再生好的熱甘醇貧液換熱后進(jìn)入閃蒸分離器（閃蒸罐），經(jīng)過(guò)低壓閃蒸分離，分出被甘醇溶液吸收的烴類氣體。 從閃蒸分離器底部排出的富甘醇依次經(jīng)過(guò)纖維過(guò)濾器和活性炭過(guò)濾器除去甘醇溶液在吸收塔中吸收與攜帶過(guò)來(lái)的少量固體、液烴化學(xué)劑及其它雜質(zhì)。這些雜質(zhì)可以引起甘醇溶液氣泡、堵塞再生系統(tǒng) 的精餾柱（通常是填料柱），還可使重沸器的火管結(jié)垢。由纖維過(guò)濾器和活性炭過(guò)濾器來(lái)的富甘醇經(jīng)貧 /富甘醇換熱器預(yù)熱后，進(jìn)入重沸器上部的精餾柱中。精餾柱一般充填填料。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汽接觸，進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)。精餾柱頂部裝有回流冷凝器，以在精餾柱頂部產(chǎn)生部分回流?；亓骼淠骺梢圆捎每諝饫鋮s，也可以采用冷的富甘醇冷卻。從富甘醇中氣化的水蒸汽，最后從精餾柱頂部排至大氣中。 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汽， 并使甘醇溶液中的甘醇濃度提濃到 99%（ w）以上。再生好的熱貧甘醇由重沸器流經(jīng)貧 /富甘醇換熱器等冷換設(shè)備進(jìn)行冷卻后。當(dāng)采用裝有換熱盤管的緩沖罐時(shí)，熱貧甘醇則由重沸器的溢流管流入緩沖罐中，與流經(jīng)緩沖罐內(nèi)換熱盤管的冷富甘醇換熱。緩沖罐也起甘醇泵的供液罐作用。離開(kāi)貧 /富液換熱器的貧甘醇經(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)入吸收塔頂部打循環(huán)使用。 天然氣凈化裝置工藝設(shè)計(jì) 19 圖 三甘醇脫水工藝流程圖 天然氣凈化裝置工藝設(shè)計(jì) 20 MDEA 的循環(huán)量 選擇 40%(w)的 MDEA溶液作為吸收劑，取酸氣負(fù)荷 q= 酸氣／ mol MDEA, 查得 40%(w)MDEA 溶液的密度 310 42 .6 /l kg m? ? 則醇胺液循環(huán)量為： [ ]ah aQmML qW??? ? （ 43） Lh醇胺液循環(huán)量， m3/min； Q原料氣流量， 106Nm3/d； m酸性氣體摩爾分?jǐn)?shù)； aM 醇胺化合物分子量； aW 循環(huán)溶液中胺的重量百分?jǐn)?shù)， %（重）。 Lh＝ 0 .4 ( 0 .0 2 0 5 0 .0 0 5 7 ) 1 1 9 .1 72 .9 [ ]0 .4 5 4 0? ? ?? ＝ 330 .2 0 / m in 1 2 /m m h? 天然氣脫硫工藝主要設(shè)備的計(jì)算主要有塔設(shè)備、分離器、換熱器以及再沸器的計(jì)算。 吸收塔設(shè)計(jì) 由于浮閥塔盤具有彈性大、效率高、處理能力比泡罩塔高，兼有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。 計(jì)算塔徑時(shí)，考慮到胺液易起泡的特點(diǎn)，不宜采用過(guò)小的板間距。通常采用的 板間距為 600mm，為檢修方便有人孔處板間距為 800mm。 在這個(gè)設(shè)計(jì)中浮閥塔應(yīng)被優(yōu)先采用。天然氣凈化裝置工藝設(shè)計(jì) 21 塔板數(shù) MDEA 對(duì) H2S、 CO2的吸收為化學(xué)吸收，吸收過(guò)程放出的反應(yīng)熱，且溫度是隨塔板數(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： 2R3N + H2S ←→ (RNH)2S (RNH)2S + H2S ←→ 2R3NHHS 2R3N + H2O + CO2←→ (RNH)2CO3 （ RNH)2CO3 + H2O + CO2←→ 2R3NHHCO3 平衡溶解度計(jì)算以及 H2S 的平衡與 CO2 吸收速率，醇胺水溶液非等溫，且伴有化學(xué)反應(yīng)吸收 H2S， CO2工業(yè)逐板計(jì)算的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上串入一系列的反應(yīng)速率常數(shù)，吸收反應(yīng)速率，物料平衡，熱平衡等。因此在伴有化學(xué)反應(yīng)的吸收過(guò)程，計(jì)算吸收塔的理論塔板數(shù)或?qū)嶋H塔板數(shù)等比較復(fù)雜程序的關(guān)聯(lián)式。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)， 對(duì)于胺溶液的吸收塔一般取 4— 6 個(gè)理論板，塔板效率均為 25%— 40%。 于是本文取理論板數(shù) Ne = 5；塔板效率 ?? 25% 故塔板數(shù)為： 5 200. 25PN ??塊 此塔板數(shù)可以保證凈化氣中 H2S 的含量降至 6mg/m3 以下，達(dá)到我國(guó)商品天然氣一類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) [12]。 塔徑 40 104m3/d 的天然氣在 20℃， 4100KPa 下的流量為 4 334 0 1 0 1 6 6 6 7 / 4 . 6 3 /24SV m h m s?? ? ? 40%(w)MDEA 溶液的流量 Lh=, 原料氣密度 4 1 0 0 1 6 .5 8 2 9 .0 58 .3 1 4 2 9 3 .1 5 0 .9 6g PMZR T? ?? ? ???kg/m3 10 42 .6 66 7 29 .0 5slsgLV ?????? ? ? ? ?? ? ? ????? ? ? ? ?? ? ? ??? ?? 塔板 間距為： TH =600mm 天然氣凈化裝置工藝設(shè)計(jì) 22 在設(shè)計(jì)中液層高度 LH 介于 — （常壓塔） 取 LH =70mm 得 TH LH =530mm 查得 C20= MDEA 的表面張力 ? ? mN/m 故： 20 5 1 .5 20 .1 1 0 .1 32 0 2 0LCC ??? ??? ? ? ????? ???? 最大允許氣速： m a x 1 0 4 2 . 6 2 9 . 0 50 . 1 3 0 . 7 6 /2 9 . 0 5lggu C m s???? ?? ? ? ? ? 取實(shí)際氣速： m a /u u m s? ? ? ? ? 則塔徑 4 4 4 .6 3 3 .3 43 .1 4 0 .5 3SVDmu? ? ?? ? ??? 在塔的標(biāo)準(zhǔn)系列中塔徑是 、 、 、 等。本文計(jì)算得出的塔徑為 ，故按照標(biāo)準(zhǔn)將其圓整至 。 堰及降液管 ① 堰長(zhǎng) wl 一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，對(duì)常用的弓形降液管： 單溢流 Dlw )~(? 取系數(shù)為 ，則 0 .7 3 .4 2 .3 8wlm??? 根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，取 E= 時(shí)所引起的誤差能滿足工程設(shè)計(jì)的要求時(shí)。 所以堰上液層高度： 23120 .0 0 2 8 4 1 .0 3 5 0 .0 0 8 6 8 .62 .3 8 m mm??? ? ? ? ????? 堰高： 70 L owh H h m m? ? ? ? ? 3/2 ????????? whow lLEh天然氣凈化裝置工藝設(shè)計(jì) 23 浮閥布置 取閥孔中心距為 75mm 排間距 t = 80mm 選用重 33g 的 F1 型浮閥 其孔徑為 39mm 取 F0 = 9 由 guF ?00 ? 則氣速：00 9 1 . 6 7 /2 9 . 0 5gFu m s?? ? ? 故浮閥個(gè)數(shù) N 為： ? ? 2 0 8 3 7 4 . 6 3 23221 . 6 70 . 7 8 5 0 . 0 3 9SVN u ?? ? ??? 由于塔徑較小采用單逆流塔板 39。22 SSd WWWDx ???? 取 mmWW SS 7039。 ?? WC=60mm 其中 WS— 破沫區(qū)寬度 WS’ — 安定區(qū)寬度 則有 ? ? ? ?1 6 0 0 2 8 6 7 0 1 2 4 42dsDx W W m m? ? ? ? ? ? ? 1244 1585??浮 閥 排 數(shù) 排 2 1 6 0 0 2 6 0 207 5 7 5CDW? ??? ? ?中 間 排 個(gè) 最外側(cè) 11 個(gè) 作圖排列得 n =130 個(gè) 實(shí)際孔速 ： 0 837 8 3 7 0 . 1 2 5 0 . 8 0 6 /130SVu m sn? ?? ? ? 00 0 .8 0 6 7 6 .1 4 7 .0 3 3gFu ?? ? ? ? 塔板壓降 phh cp ??? hP — 塔板壓降 m 液柱 hC — 干板壓降 m 液柱 p? —