四川某酸性气田净化工艺设计

重庆科技学院毕业设计（论文）题 目 四川某酸性气田净化工艺设计 学 院 石油与天然气工程学院 专业班级 学生姓名 学号 指导教师 职称 评阅教师 职称 2015 年 6 月 18 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300 字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于 1 万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于 1.2 万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用 A4 单面打印，论文 50 页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它学生毕业设计（论文）原创性声明本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。毕业设计（论文）作者（签字）： 年 月 日重庆科技学院本科生毕业设计 摘要摘 要本设计为四川某酸性气田净化工艺设计。在设计中简单介绍了天然气脱硫脱碳以及脱水的必要性，对国内外天然气净化的发展现状进行了比较分析。首先根据天然气中各个组分的含量、进站压力以及相关的设计规范要求，通过对天然气各种净化工艺的对比，选择设计出了正确的净化工艺。脱硫脱碳采用 MDEA 溶液对天然气中的硫化氢及二氧化碳进行选择性脱除，脱硫脱碳过程产生的酸气采用克劳斯工艺进行处理；脱水过程采用三甘醇脱水工艺。在确定相关工艺后，根据所提供的基础数据以及相关公式对各个设备进行物料衡算、热量衡算,确定了主要设备的工艺参数和工艺指标，对主要设备进行了选型。最后，利用 CAD 绘制了各个流程的工艺流程图。关键词：天然气净化 脱硫 脱碳 脱水重庆科技学院本科生毕业设计 ABSTRACTABSTRACTThis design for Sichuan a acidic gas purification process design. Simple gas desulfurization decarburization are introduced in the design and the necessity of dehydration, compares the domestic and foreign development situation of natural gas purification were analyzed. First according to the content of each component in the gas, station pressure and the requirement of design specifications, through the comparison of all kinds of natural gas purification technology, choosing correct purification process are designed. Desulfurization decarburization by methyl diethanolamine solution to selective removal of hydrogen sulfide and carbon dioxide from natural gas, Klaus technology on decarburization process produces acid gas desulfurization process; Dehydration process adopts the teg dehydration process. In determining the related process, according to the provided basic data for each equipment and related formula of material balance, heat balance, determine the process parameters and process indicators of the main equipment, main equipment for the selection. Finally, the use of CAD drawing the process flow diagram for each process. Keywords: The purification of natural gas；desulfurization；decarbonization；dehydration重庆科技学院本科生毕业设计 目录目 录摘 要 .IABSTRACT .II1 绪 论 .11.1 本课题的目的和意义 .11.2 国内外研究现状 .11.2.1 国内研究现状 .11.2.2 国外研究现状 .11.3 研究任务和重点内容 .32 工程概况及相关规范 .42.1 原料气 .42.2 设计标准与规范 .53 工艺流程选择 .63.1 脱酸工艺 .63.1.1 醇胺法脱硫脱碳的基本原理 .63.1.2 工艺流程 .73.1.3 克劳斯装置 .83.2 脱水工艺流程 .84 脱硫脱碳工艺计算 .104.1 物料衡算 .104.1.1 天然气的处理量 .104.1.2MDEA 的循环量 .114.2 物料衡算 .114.3 热量衡算 .124.4MDEA 吸收塔的工艺设计 .144.4.1 选型 .144.4.2 塔板数 .154.4.3 塔径 .154.4.4 堰及降液管 .164.4.5 浮阀计算 .184.4.6 塔板压降 .194.4.7 塔附件设计 .204.4.8 塔体总高度的设计 .22重庆科技学院本科生毕业设计 目录4.5 再生塔 .224.5.1 计算依据 .224.5.2 塔板数的确定 .234.5.3 再生塔的工艺条件及有关物性的计算 .234.5.4 再生塔的塔体工艺尺寸计算 .244.6 克劳斯装置工艺计算 .254.6.1 燃烧反应炉 .254.6.2 转化器 .265 脱水工艺计算 .275.1 参数的确定 .275.2 物料衡算 .275.2.1 脱水量 .275.2.2 甘醇循环流量 .285.2.3 贫甘醇流量 .285.2.4 富甘醇流量 .285.3 吸收塔 .285.3.1 塔板数 .285.3.2 直径 .315.3.3 高度 .325.4 重沸器 .325.5 贫/富甘醇换热器 .325.6 贫甘醇换热器 .335.7 精馏柱 .335.8 甘醇泵 .335.9 闪蒸分离器 .346 结论 .35参考文献 .36致 谢 .37附录 .38重庆科技学院本科生毕业设计 1 绪论01 绪 论1.1 本课题的目的和意义天然气作为化工原料，生产加工工艺相对简单、转换效率高、能耗低、投资少、易实现清洁生产，同时其产品质量稳定性能好。因此，目前在石油化工工业，天然气的使用已远远超过了石油。天然气无论是作为能源还是作为化工原料，其发展速度如此之快，主要是得益于它具有储量丰富、价格低、高环保、综合经济效益好的特点。 从井场开采出来的天然气多数含有 H2S、CO 2 和水 ，为了达到管输标准，必须对它们进行处理。 用于天然气脱除酸性组分的方法有很多，大体可分为干法和湿法两大类。干法脱硫现在工业上已很少应用，湿法脱硫以醇胺法应用最广。目前脱水广泛使用的是三甘醇溶液。近年在四川地区发现了开发前景巨大的天然气气藏，但该地区气田高含硫化氢及二氧化碳。酸性天然气的净化问题，国内尚无成熟的技术可以借鉴。天然气净化工艺的好坏直接关系到净化气能不能达到净化指标。对于含有硫化氢和二氧化碳等酸性气体的天然气，由于水的存在，会造成设备、管道的腐蚀。因此，有必要脱除天然气中的酸性成分。同时，由于商品气体规范要求的酸性气体含量很低，所以必须把大部分酸性成分脱除，这样才能保证正常的生产与运输。1.2 国内外研究现状1.2.1 国内研究现状我国天然气净化工艺的发展大致经历了以下三个阶段：起步(20 世纪 50 年代至 60年代)；巩固与提高(20 世纪 70 年代)；在进一步改进工艺的基础上大幅度增加处理量(20 世纪 80 年代开始) 。经 40 多年的发展，我国天然气净化工艺的现状大致可归纳如下：(1)各种脱硫、脱水、硫磺回收和尾气处理工艺已基本形成一个完整的体系。目前，不仅有一系列可以对付不同气质的工艺方法，也掌握了若干能适应特殊需要的工艺方法。因而就有可能根据不同的资源条件合理地选择工艺方法。(2)除了相当完整的工艺方法体系外，分析测试、仪表自动化、循环冷却水处理以及三废处理等配套技术也形成了较完善的体系，保证了净化装置的平稳操作。(3)几乎所有净化工艺涉及的溶剂、催化剂和关键设备均能立足于国内，并已具备了开发新工艺和新产品的能力。(4)根据净化工艺生产实践的需要,已完成了必要的动力学和热力学模型以及相应的软件，后者已广泛应用于工艺计算及预测评价。(5)宏观而言，我国天然气净化工艺的主要指标已达到或接近国外先进水平，但在机械设备、环境保护、消耗指标和生产管理上还存在差距。1.2.2 国外研究现状重庆科技学院本科生毕业设计 1 绪论1为满足愈来愈严格的环保要求，天然气净化工艺技术正在向更高水平迈进。天然气净化工艺的发展将是以达到商品气质要求为目标，根据不同的原料气条件，有针对性地寻求较为合理的解决途径，并尽可能地降低能耗。近年来，天然气净化工艺技术发展的总体趋势可归纳如下：工艺向系列化、深度化方向发展。随着对环境保护的日益重视，对净化天然气中的 H2S 含量(以及总硫含量)、CO 2 含量和硫回收及尾气处理装置排放气中 SO2 含量的要求越来越低，促使原有的工艺进行改进提高和新的先进技术出现。物理化学吸收工艺获得进一步发展。化学物理溶剂及物理溶剂工艺具有高选择性、能耗低、可脱有机硫等优势，尤其是在需要大量脱除有机硫的场合，此类方法具有独特的优越性。以 Shell 公司 Sulfinol 工艺为代表的化学物理溶剂采用不同溶剂配比，可满足不同脱硫脱碳需要；最近由 Elf Aquitaine 公司开发成功的 Hybrisol 工艺将甲醇的物理溶解特性和仲胺及叔胺的化学活性及选择性吸收结合为一体，脱除有机硫(RSH和 COS)能力显著增加 22。氧化还原法及生物脱硫技术颇受关注。对于低含硫天然气(硫含量介于 0.1t/d至 30 t/d，尤其是 0.1t/d 至 10t/d 之间)的处理，氧化还原法工艺拥有优势十分明显，能在接近室温条件下脱硫的同时转化生成元素硫，选择性和转化率都很高，几乎达到 100%，对原料气组成及气体流量变化具有很强的适用性，同时，把氧化还原法脱硫工艺应用于处理 H2S 含量较低而碳硫比极高的醇胺法再生酸气，目前已积累了较为丰富的工业经验，并为从贫酸气中有效地回收硫磺开拓了新的途径。生物脱硫技术与氧化还原法工艺一样，在脱硫同时进行硫回收，气体脱硫效率及硫化物转化率都较高，过程操作简单，而且能够适应气体流量及 H2S 含量较大的变化。不同之处在于采用生物催化剂(微生物)，不会失活，不存在溶液降解及催化剂补充的问题；可根据流量及 H2S 含量变化自行调节，具有较好的操作弹性及应变能力；只对H2S 具有很高的选择性，CO 2 的存在不产生任何负面影响；生产亲水性硫磺产品，不出现堵塞现象，使工艺操作大为简化。为降低投资和操作费用，工艺流程也在不断改进和优化。脱硫工艺除了在溶剂配方上进行改进外，对传统工艺流程的改进，以提高改善脱硫脱碳性能的努力则一直未停止，比较典型的改进主要有：增加一个原料预接触器、吸收塔采取多点进料、胺液分流、用变压再生替代重沸器热再生等。在流程方面的这些有益尝试都获得了经济上的利益。此外，对装置中部分设备的改进亦促进了工艺技术的不断向前发展。如美国 Union Pacific Resources 公司的东德克萨斯天然气净化厂就在贫液回路采用水平多级离心泵代替传统的贫液循环泵，达到了降低成本的目的 18。传统天然气的脱水方法主要有溶剂吸收法、固体吸附法和低温分离法等。近年来膜分离法和超音速脱水法等新型的脱水方法和技术也得到了大力发展，新型天然气脱水方法将逐步成为天然气天脱水领域的新趋势。超音速脱水法的优点：系统简单体重庆科技学院本科生毕业设计 1 绪论2积小、可靠性高、操作方便、运行费用低；无需添加化学试剂，安全环保；利用天然气自身压力工作，节约能源。目前，超音速脱水技术在国外已经进入商业应用，2003年 12 月，马来西