目录
1.绪论 ...................................................................................................................... 1 1.1概论 .......................................................................................................................................................... 1 1.2研究目的及意义 .................................................................................................................................. 1 1.3我国商品天然气技术标准............................................................................................................... 2 1.4设计依据................................................................................................................................................. 2 1.5设计指导思想 ....................................................................................................................................... 3 1.6设计内容................................................................................................................................................. 3
1.6.1脱硫部分 ................................................................................................................................... 3 1.6.2脱水部分 ................................................................................................................................... 3 1.7主要考虑因素 ....................................................................................................................................... 3
1.7.1外部工艺因素 ......................................................................................................................... 3 1.7.2脱硫和脱水方法的内部因素 ............................................................................................ 3 1.7.3 经济因素 .................................................................................................................................. 4 2.化学工艺 .............................................................................................................. 4 2.1天然气脱硫脱水工艺研究现状与进展 ...................................................................................... 4
2.1.1脱硫现状 ................................................................................................................................... 4 2.1.2脱水现状 ................................................................................................................................... 6 2.2选用的工艺及其意义 ........................................................................................................................ 7
2.2.1脱硫工艺 ................................................................................................................................... 7 2.2.2脱水工艺 ................................................................................................................................... 8 2.3选定方案的主要研究内容............................................................................................................... 8 2.4生产制度................................................................................................................................................. 8 2.5主要原料及其规格 ............................................................................................................................. 8 2.6产品规格................................................................................................................................................. 9 2.7生产方法及工艺流程 ........................................................................................................................ 9
2.7.1脱硫工艺流程概述................................................................................................................ 9 2.7.2脱水工艺流程概述..............................................................................................................12 3.技术经济分析.................................................................................................... 13 3.1技术经济分析说明 ...........................................................................................................................13
3.1.1技术经济依据 .......................................................................................................................13
- I -
3.1.2生产规模及产品方案.........................................................................................................14 3.1.3实施进度 .................................................................................................................................14 3.1.4总投资估算 ............................................................................................................................14
3.1.4.1投资..............................................................................................................................14 3.1.4.2流动资金估算 ..........................................................................................................14 3.1.4.3职工人数及工资总额............................................................................................14
3.2财务评价...............................................................................................................................................14
3.2.1生产成本估算 .......................................................................................................................14
3.2.1.1原料成本 ....................................................................................................................14 3.2.1.2烧动力费 ....................................................................................................................14 3.2.1.3固定资产原值 ..........................................................................................................14 3.2.1.4销售费.........................................................................................................................14
3.3赢利分析...............................................................................................................................................15 4.节能优化 ............................................................................................................ 16 4.1最优化方法..........................................................................................................................................16 4.2优化问题求解方法 ...........................................................................................................................16 5. 工艺计算 .......................................................................................................... 17 5.1天然气气质条件与要求 .................................................................................................................17 5.2脱硫工艺计算 .....................................................................................................................................17
5.2.1进料量的计算 .......................................................................................................................17 5.2.2吸收塔物料衡算和热量衡算 ..........................................................................................19
5.2.2 1计算依据 ....................................................................................................................19 5.2.2.2物料衡算 ....................................................................................................................19 5.2.2.3热量衡算 ....................................................................................................................24 5.2.3闪蒸计算 .................................................................................................................................26
5.2.3.1计算依据 ....................................................................................................................26 5.2.3.2具体计算 ....................................................................................................................26 5.2.4换热器的热量衡算..............................................................................................................27
5.2.4.1计算依据 ....................................................................................................................27 5.2.4.2热量衡算 ....................................................................................................................28 5.2.5解吸塔的物料衡算和热量衡算 .....................................................................................28
II
5.2.5.1计算依据 ....................................................................................................................28 5.2.5.2物料衡算 ....................................................................................................................28 5.2.5.3热量衡算 ....................................................................................................................29 5.2.6胺冷却器的热量衡算.........................................................................................................30
5.2.6.1计算依据 ....................................................................................................................30 5.2.6.2热量衡算 ....................................................................................................................30 5.2.7酸性气体冷却的热量衡算 ...............................................................................................30
5.2.7.1计算依据 ....................................................................................................................30 5.2.7.2热量衡算 ....................................................................................................................30
5.3脱水工艺计算 .....................................................................................................................................31
5.3.1参数的确定 ............................................................................................................................31 5.3.2物料衡算 .................................................................................................................................32
5.3.2.1脱水量.........................................................................................................................32 5.3.2.2甘醇循环流量 ..........................................................................................................32 5.3.3热量衡算 .................................................................................................................................33
5.3.3.1重沸器.........................................................................................................................33
5.3.3.2贫/富甘醇换热器........................................................................................................................33 5.3.3.3气体/贫甘醇换热器 ...................................................................................................................34 6.设备选型 ............................................................................................................ 34 6.1脱硫段....................................................................................................................................................34
6.1.1塔的工艺条件及有关物性的计算 ................................................................................34 6.1.2吸收塔的塔体工艺尺寸计算 ..........................................................................................37
6.1.2.1塔板主要工艺尺寸计算.......................................................................................38 6.1.2.2流体力学验算 ..........................................................................................................41 6.1.3解吸塔 ......................................................................................................................................44
6.1.3.1 计算依据 ...................................................................................................................44 6.1.3.2塔板数的确定 ..........................................................................................................44 6.1.3.3解吸塔的工艺条件及有关物性的计算..........................................................44 6.1.3.4 解吸塔的塔体工艺尺寸计算 ............................................................................46 6.1.4贫富换热器 ............................................................................................................................47
6.1.4.1计算依据 ....................................................................................................................47
- III -
6.1.4.2传热面积的计算 .....................................................................................................47 6.1.4.3换热器选型 ...............................................................................................................47 6.1.5胺冷却器 .................................................................................................................................48
6.1.5.1计算依据 ....................................................................................................................48 6.1.5.2传热面积计算 ..........................................................................................................48 6.1.6酸气冷却器 ............................................................................................................................48
6.1.6.1计算依据 ....................................................................................................................48 6.1.6.2传热面积计算 ..........................................................................................................48 6.1.7闪蒸罐 ......................................................................................................................................48
6.1.7.1计算依据 ....................................................................................................................48 6.1.7.2尺寸计算 ....................................................................................................................49
6.2脱水段....................................................................................................................................................49
6.2.1吸收塔 ......................................................................................................................................49
6.2.1.1 直径.............................................................................................................................49 6.2.1.2泡罩塔板主要结构参数及选用 ........................................................................50 6.1.2.3板面布置 ....................................................................................................................52 6.2.1.4吸收塔直径 ...............................................................................................................54 6.2.2精馏柱 ......................................................................................................................................54 6.2.3贫/富甘醇换热器 .................................................................................................................54 6.2.4闪蒸分离器（闪蒸罐） ....................................................................................................55 6.2.5总结 ...........................................................................................................................................55 致谢...................................................................................... 错误！未定义书签。 参考文献 ............................................................................................................... 58
IV
100×10m/d天然气脱硫脱水工艺设计
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1 绪论
1.1概论
天然气(Natural Gas)是地表下孔隙性地层中天然生成的以低分子饱和烃为主的烃类气体和少量非烃类气体组成的可燃性气体混合物，它常常和原油伴生在一起。天然气组分大多数以甲烷为主，包含乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等烃类，以及少量的氮气、二氧化碳、硫化氢、氦、氧、氢等气体。
天然气作为一种宝贵的资源在人民生活和工业中有着广泛的应用。它作为一种高效、优质、清洁能源，不仅在工业与城市民用燃气中广泛应用，而且在发电业中也越来越发挥重要作用。天然气还是很好的化工原料，广泛应用于合成氨、甲醇、氮肥工业、合成纤维工业等；天然气合成油(GTL)技术，也是天然气大规模利用的途径之一；从天然气中分离出来的硫磺还可作为硫酸工业原料。天然气不仅在燃料、化工原料等方面有诸多优点，对天然气进行处理回收其中的硫磺，提高天然气资源综合利用程度，获得天然气资源的更大价值，还能保证在储藏、运输过程中的安全性，减少大气污染，对提高天然气的整体经济效益，都具有重要的现实意义。
1.2研究目的及意义
天然气作为一种新兴能源，在我们的生活中占据着越来越重要的地位。据众多国际权威机构和专家预言：天然气将逐渐取代石油在能源消耗结构中的地位，到21世纪中期将进入“天然气世纪”。世界上天然气的储量十分丰富，现常规天然气的最终可采储量约为327.4×103m3,而非常规天然气资源估计有1397×1012—4430×1012m3,这为天然气成为一种优质清洁能源和重要的化工原料提供了资源保障。[1]自地下储集层冲采出的天然气中都含有一定的水分和H2S，有机硫等酸性组分，这些组分的存在往往会造成严重的后果：
1.水分与天然气在一定条件下形成气体水合物而阻塞管路，影响平稳供气；而H2S和有机硫等酸性组分在水的存在下还会腐蚀管路和设备，同时也造成了不必要的动力消耗。
2. 硫组分中大部分有剧毒，而且还有可能使催化剂催化剂中毒；含硫天然气燃烧后直接排入大气，会产生严重的SO2环境污染，产生酸雨等灾害，损害大面积农作物。
因此，无论是从金属防腐、环境保护、人员安全角度考虑，都必须从天然气中脱除水分和酸气组分。
另外，从充分回收利用硫资源的角度考虑，天然气中脱除下来的酸性组分可通过克劳斯硫磺回收工艺生产优质硫磺。
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