重慶科技學院畢業設計（論文）題 目 四川某酸性氣田凈化工藝設計 學 院 石油與天然氣工程學院 專業班級 學生姓名 學號 指導教師 職稱 評閱教師 職稱 2015 年 6 月 18 日注 意 事 項1.設計（論文）的內容包括：1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作）2）原創性聲明3）中文摘要（300 字左右）、關鍵詞4）外文摘要、關鍵詞 5）目次頁（附件不統一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結論7）參考文獻8）致謝9）附錄（對論文支持必要時）2.論文字數要求：理工類設計（論文）正文字數不少于 1 萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數不少于 1.2 萬字。3.附件包括：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3）畢業論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印4）圖表應繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設計（論文）2）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂3）其它學生畢業設計（論文）原創性聲明本人以信譽聲明：所呈交的畢業設計（論文）是在導師的指導下進行的設計（研究）工作及取得的成果，設計（論文）中引用他（她）人的文獻、數據、圖件、資料均已明確標注出，論文中的結論和結果為本人獨立完成，不包含他人成果及為獲得重慶科技學院或其它教育機構的學位或證書而使用其材料。與我一同工作的同志對本設計（研究）所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。畢業設計（論文）作者（簽字）： 年 月 日重慶科技學院本科生畢業設計 摘要摘 要本設計為四川某酸性氣田凈化工藝設計。在設計中簡單介紹了天然氣脫硫脫碳以及脫水的必要性，對國內外天然氣凈化的發展現狀進行了比較分析。首先根據天然氣中各個組分的含量、進站壓力以及相關的設計規范要求，通過對天然氣各種凈化工藝的對比，選擇設計出了正確的凈化工藝。脫硫脫碳采用 MDEA 溶液對天然氣中的硫化氫及二氧化碳進行選擇性脫除，脫硫脫碳過程產生的酸氣采用克勞斯工藝進行處理；脫水過程采用三甘醇脫水工藝。在確定相關工藝后，根據所提供的基礎數據以及相關公式對各個設備進行物料衡算、熱量衡算,確定了主要設備的工藝參數和工藝指標，對主要設備進行了選型。最后，利用 CAD 繪制了各個流程的工藝流程圖。關鍵詞：天然氣凈化 脫硫 脫碳 脫水重慶科技學院本科生畢業設計 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重慶科技學院本科生畢業設計 目錄目 錄摘 要 .IABSTRACT .II1 緒 論 .11.1 本課題的目的和意義 .11.2 國內外研究現狀 .11.2.1 國內研究現狀 .11.2.2 國外研究現狀 .11.3 研究任務和重點內容 .32 工程概況及相關規范 .42.1 原料氣 .42.2 設計標準與規范 .53 工藝流程選擇 .63.1 脫酸工藝 .63.1.1 醇胺法脫硫脫碳的基本原理 .63.1.2 工藝流程 .73.1.3 克勞斯裝置 .83.2 脫水工藝流程 .84 脫硫脫碳工藝計算 .104.1 物料衡算 .104.1.1 天然氣的處理量 .104.1.2MDEA 的循環量 .114.2 物料衡算 .114.3 熱量衡算 .124.4MDEA 吸收塔的工藝設計 .144.4.1 選型 .144.4.2 塔板數 .154.4.3 塔徑 .154.4.4 堰及降液管 .164.4.5 浮閥計算 .184.4.6 塔板壓降 .194.4.7 塔附件設計 .204.4.8 塔體總高度的設計 .22重慶科技學院本科生畢業設計 目錄4.5 再生塔 .224.5.1 計算依據 .224.5.2 塔板數的確定 .234.5.3 再生塔的工藝條件及有關物性的計算 .234.5.4 再生塔的塔體工藝尺寸計算 .244.6 克勞斯裝置工藝計算 .254.6.1 燃燒反應爐 .254.6.2 轉化器 .265 脫水工藝計算 .275.1 參數的確定 .275.2 物料衡算 .275.2.1 脫水量 .275.2.2 甘醇循環流量 .285.2.3 貧甘醇流量 .285.2.4 富甘醇流量 .285.3 吸收塔 .285.3.1 塔板數 .285.3.2 直徑 .315.3.3 高度 .325.4 重沸器 .325.5 貧/富甘醇換熱器 .325.6 貧甘醇換熱器 .335.7 精餾柱 .335.8 甘醇泵 .335.9 閃蒸分離器 .346 結論 .35參考文獻 .36致 謝 .37附錄 .38重慶科技學院本科生畢業設計 1 緒論01 緒 論1.1 本課題的目的和意義天然氣作為化工原料，生產加工工藝相對簡單、轉換效率高、能耗低、投資少、易實現清潔生產，同時其產品質量穩定性能好。因此，目前在石油化工工業，天然氣的使用已遠遠超過了石油。天然氣無論是作為能源還是作為化工原料，其發展速度如此之快，主要是得益于它具有儲量豐富、價格低、高環保、綜合經濟效益好的特點。 從井場開采出來的天然氣多數含有 H2S、CO 2 和水 ，為了達到管輸標準，必須對它們進行處理。 用于天然氣脫除酸性組分的方法有很多，大體可分為干法和濕法兩大類。干法脫硫現在工業上已很少應用，濕法脫硫以醇胺法應用最廣。目前脫水廣泛使用的是三甘醇溶液。近年在四川地區發現了開發前景巨大的天然氣氣藏，但該地區氣田高含硫化氫及二氧化碳。酸性天然氣的凈化問題，國內尚無成熟的技術可以借鑒。天然氣凈化工藝的好壞直接關系到凈化氣能不能達到凈化指標。對于含有硫化氫和二氧化碳等酸性氣體的天然氣，由于水的存在，會造成設備、管道的腐蝕。因此，有必要脫除天然氣中的酸性成分。同時，由于商品氣體規范要求的酸性氣體含量很低，所以必須把大部分酸性成分脫除，這樣才能保證正常的生產與運輸。1.2 國內外研究現狀1.2.1 國內研究現狀我國天然氣凈化工藝的發展大致經歷了以下三個階段：起步(20 世紀 50 年代至 60年代)；鞏固與提高(20 世紀 70 年代)；在進一步改進工藝的基礎上大幅度增加處理量(20 世紀 80 年代開始) 。經 40 多年的發展，我國天然氣凈化工藝的現狀大致可歸納如下：(1)各種脫硫、脫水、硫磺回收和尾氣處理工藝已基本形成一個完整的體系。目前，不僅有一系列可以對付不同氣質的工藝方法，也掌握了若干能適應特殊需要的工藝方法。因而就有可能根據不同的資源條件合理地選擇工藝方法。(2)除了相當完整的工藝方法體系外，分析測試、儀表自動化、循環冷卻水處理以及三廢處理等配套技術也形成了較完善的體系，保證了凈化裝置的平穩操作。(3)幾乎所有凈化工藝涉及的溶劑、催化劑和關鍵設備均能立足于國內，并已具備了開發新工藝和新產品的能力。(4)根據凈化工藝生產實踐的需要,已完成了必要的動力學和熱力學模型以及相應的軟件，后者已廣泛應用于工藝計算及預測評價。(5)宏觀而言，我國天然氣凈化工藝的主要指標已達到或接近國外先進水平，但在機械設備、環境保護、消耗指標和生產管理上還存在差距。1.2.2 國外研究現狀重慶科技學院本科生畢業設計 1 緒論1為滿足愈來愈嚴格的環保要求，天然氣凈化工藝技術正在向更高水平邁進。天然氣凈化工藝的發展將是以達到商品氣質要求為目標，根據不同的原料氣條件，有針對性地尋求較為合理的解決途徑，并盡可能地降低能耗。近年來，天然氣凈化工藝技術發展的總體趨勢可歸納如下：工藝向系列化、深度化方向發展。隨著對環境保護的日益重視，對凈化天然氣中的 H2S 含量(以及總硫含量)、CO 2 含量和硫回收及尾氣處理裝置排放氣中 SO2 含量的要求越來越低，促使原有的工藝進行改進提高和新的先進技術出現。物理化學吸收工藝獲得進一步發展。化學物理溶劑及物理溶劑工藝具有高選擇性、能耗低、可脫有機硫等優勢，尤其是在需要大量脫除有機硫的場合，此類方法具有獨特的優越性。以 Shell 公司 Sulfinol 工藝為代表的化學物理溶劑采用不同溶劑配比，可滿足不同脫硫脫碳需要；最近由 Elf Aquitaine 公司開發成功的 Hybrisol 工藝將甲醇的物理溶解特性和仲胺及叔胺的化學活性及選擇性吸收結合為一體，脫除有機硫(RSH和 COS)能力顯著增加 22。氧化還原法及生物脫硫技術頗受關注。對于低含硫天然氣(硫含量介于 0.1t/d至 30 t/d，尤其是 0.1t/d 至 10t/d 之間)的處理，氧化還原法工藝擁有優勢十分明顯，能在接近室溫條件下脫硫的同時轉化生成元素硫，選擇性和轉化率都很高，幾乎達到 100%，對原料氣組成及氣體流量變化具有很強的適用性，同時，把氧化還原法脫硫工藝應用于處理 H2S 含量較低而碳硫比極高的醇胺法再生酸氣，目前已積累了較為豐富的工業經驗，并為從貧酸氣中有效地回收硫磺開拓了新的途徑。生物脫硫技術與氧化還原法工藝一樣，在脫硫同時進行硫回收，氣體脫硫效率及硫化物轉化率都較高，過程操作簡單，而且能夠適應氣體流量及 H2S 含量較大的變化。不同之處在于采用生物催化劑(微生物)，不會失活，不存在溶液降解及催化劑補充的問題；可根據流量及 H2S 含量變化自行調節，具有較好的操作彈性及應變能力；只對H2S 具有很高的選擇性，CO 2 的存在不產生任何負面影響；生產親水性硫磺產品，不出現堵塞現象，使工藝操作大為簡化。為降低投資和操作費用，工藝流程也在不斷改進和優化。脫硫工藝除了在溶劑配方上進行改進外，對傳統工藝流程的改進，以提高改善脫硫脫碳性能的努力則一直未停止，比較典型的改進主要有：增加一個原料預接觸器、吸收塔采取多點進料、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濟上的利益。此外，對裝置中部分設備的改進亦促進了工藝技術的不斷向前發展。如美國 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離心泵代替傳統的貧液循環泵，達到了降低成本的目的 18。傳統天然氣的脫水方法主要有溶劑吸收法、固體吸附法和低溫分離法等。近年來膜分離法和超音速脫水法等新型的脫水方法和技術也得到了大力發展，新型天然氣脫水方法將逐步成為天然氣天脫水領域的新趨勢。超音速脫水法的優點：系統簡單體重慶科技學院本科生畢業設計 1 緒論2積小、可靠性高、操作方便、運行費用低；無需添加化學試劑，安全環保；利用天然氣自身壓力工作，節約能源。目前，超音速脫水技術在國外已經進入商業應用，2003年 12 月，馬來西