100×10m/d天然气脱硫脱水工艺设计
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用抗酸性分子筛干燥天然气。
4.膜分离工艺
20世纪90年代美国天然气研究院提出的膜分离工艺，是根据含有水蒸汽、溶解气的流动气体通过聚合物薄膜发生的扩散或渗透，由于不同气体有不同的溶解度和扩散系数，气体通过膜具有不同的移动速度，从而达到分离的目的。
工业上早期使用的气体分离膜，成本高、分离能力低，大规模使用受到限制，随着膜分离系统分离能力的改进和费用的降低，1987年Permea公司工业上首先使用膜装置干燥器来干燥压缩空气，能使压缩空气的含水量低于lppm。美国天然气研究院及一些大型石油公司已研究开发出了用于天然气干燥的气体分离膜和膜系统。
由于膜分离法天然气脱水装置体积小、结构紧凑、重量轻，减少了海上采油平台建设的投资费用。美国Grace公司利用卷式膜组件开发了天然气水分和酸性气体脱除的工业试验装置，并在加拿大等地现场进行了试验，取得了良好效果。近几年来，挪威AirProducts公司已经开发出适用于海洋开发平台的天然气脱水装置。
膜分离技术是目前世界上比较先进的技术之一，它具有易于操作、使用寿命长、适应范围广、安全可靠、能耗低等技术优点。国外的膜分离生产和研发技术已走在我国的前面，我国的天然气行业虽然起步晚，但发展势头猛劲，更需要开发和应用先进的工艺方法。
2.2选用的工艺及其意义
2.2.1脱硫工艺
天然气脱硫工艺的选择需要考虑很多可变因素，概括起来有如下几点：1.含硫天然气的组成、所含杂质的类型和浓度；2.脱硫后气体净化深度要求；3.酸性气体加工要求；4.脱硫后气体的温度和压力要求；5.处理气体的量；6.脱除酸性气体的选择性要求；7.含硫天然气中H2S与CO:的比率;8.建设提交和操作费用。MDEA法是目前相对较好的脱硫工艺方法，它具有：1.对H2S和C02的反应速率相差若干个数量级，具有很好的选择吸收能力；2.对酸性气体的吸收性好，兼有物理和化学吸收，溶剂负载量大，净化度高；3.在各种醇胺液中，MDEA溶液与酸性气体的溶解热最低，吸收与再生间温差小，再生温度低，故能耗低;4.稳定性好，使用中很少发生降解，对碳钢基本无腐蚀；5.MDEA溶液蒸汽压低，吸收酸性气体溶剂损失小，工业装置上溶解的年更换率为2%一3%。胺液脱除是所有的脱硫方法用完之后才被采用的，以15-20的TPD的选择性胺液脱硫是很复杂的，且取决于当地的压力，温度和硫化氢的腐蚀能力，而成本因素则是MDEA成为最常用的吸收溶剂的一个重要因素。MEA ， MDEA（甲基二乙醇胺）和许多其他化学溶剂也是特殊的胺化学溶剂，二氧化碳
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西南石油大学本科毕业设计
接触胺溶液时，硫化氢和二氧化碳均被胺溶液吸收，并尽量减少能源的消耗。MDEA溶剂能吸收更多的酸性气体，在部分高压力的吸收塔中能再生被吸收的气体，简单的统计就是两者均能减少的反应过程中的能量消耗。MDEA法和克劳斯法回收硫磺在经济方面是最好的选择。[7]
综上所述，本文拟采用MDEA法选择性脱硫工艺作为本文的研究对象。
2.2.2脱水工艺
目前天然气脱水中应用最多的是三甘醇工艺。在新概念的指导下，这项脱水工艺又有所发展。研究表明，结构填料在压力为6．89MPa或更大时进行天然气脱水表现出极佳的效果。ARCO油气公司证实，在采用三甘醇脱水相同的工艺条件下，结构填料能够将塔的规模减小，容器重量减少，内部零件减少，费用降低。目前已进行了两种类型的结构填料测试。结构填料提供了更大的吸收率、更高的处理量及较低的压降。故本次拟设计采用三甘醇作为脱水剂。
2.3选定方案的主要研究内容
1.根据生产的方法来确定精制方案。
2.对天然气脱硫脱水车间进行工艺计算，对主题设备进行选型，设计最优的工艺流程，使天然气被充分净化，且MDEA溶液和TEG溶液达到最高的回收率。
3.对天然气脱硫和脱水的吸收塔进行设计并画出其设备图，然后画出天然气脱硫脱水车间的工艺流程图。
4.总结本文的研究结果，并提出建议并编辑说明书。
2.4生产制度
本车间为间歇操作、连续生产的车间，每年以300天、7200小时计，每日三班，每班8小时的连续生产。
2.5主要原料及其规格
表2.2 原料气规格表
组分 CH4
摩尔百分数 %
89.91
8
100×10m/d天然气脱硫脱水工艺设计 C2H6 C3H8 i-C4H10 n- C4H10 i- C5H12 n- C5H12 C6+ CO2 He H2S N2
3.72 0.66 0.152 0.165 0.051 0.076 0.178 2.52 0.005 0.968 1.55
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2.6产品规格
设计要求净化气气质条件：H2S≤20mg/m3，CO2含量≤3% 。[8]
2.7生产方法及工艺流程
2.7.1脱硫工艺流程概述
1.工艺参数的估计
净化气出吸收塔的温度估计：一般比原料气进吸收塔温度高8-17℃或比贫液温度高0-8℃。这里取比原料气温度高14.1℃即：35℃。
吸收塔塔底富液温度的估计：由于MDEA吸收H2S的过程是放热过程，该温度比一般入口气高10-25℃，这里取14.50℃，则富MDEA溶液为34℃。
离开换热器的富液温度估计：为减轻腐蚀和富液酸气的解吸，一般贫富液不需要大面积的换热，设计时温度一般取55-94℃。这里取60℃。
2.过程描述
温度为25℃，压力为5480KPa的原料气先经过入塔分离器，除去天然气中夹带的液体和固体颗粒；然后气体进入吸收塔底部，与41.82℃的MDEA溶液逆流相接触，脱除其中的硫化氢。从塔底出来的富MDEA溶液先经过闪蒸罐，使富液中夹带的杂质闪蒸出来，再经过换热器使富液的温度升到60℃后进入再生塔，使之与逆流的蒸汽及气提气相接触，从而
[8]
解吸出富液中的H2S。从再生塔底部出来的贫液经过冷却器冷却至41.82℃后进入吸收塔上
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端，进行吸收—再生的循环过程。从塔顶出来的达到净化要求的35℃净化气完成此工艺。
3.工艺流程简图
4 5 7 3 1 6 8 11 9 2 10
图2.1 天然气脱硫流程简图
1— 入口分离器；2—吸收塔；3—闪蒸罐；4水冷器；5—增压泵；6—贫富换热器； 7—再生塔；8—重沸器；9—冷凝器；10—回流泵；11—回流罐；
4.主要设备工艺参数的选择
表2.3 操作参数表
设备 入口分离器
温度℃ 25 塔顶：35
MDEA吸收塔
塔底：25
5.5 压力MPa 4.5 4.47
10
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贫液：118—83
MDEA换热器
富液：60—93 塔顶：93
MEDA再生塔
塔底：117
MDEA闪蒸罐
60
0.18 0.5 0.57 0.16 0.57
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5. MDEA法的一般操作问题
(1)腐蚀
在醇胺法装置的操作中，最严重的问题是腐蚀，这一问题已引起了广泛的注意。 醇胺系统主要的腐蚀剂是酸性气体本身。特别在使用MDEA溶液的装置中，腐蚀随着溶液中酸性气体浓度的增加而增强。游离的或化合的CO2能引起严重腐蚀，而在高温以及有水存在时尤其严重。
H2S像酸一样地与碳钢作用，随后形成不溶的硫化亚铁。硫化亚铁在金属表面上形成膜，但此膜粘附得并不紧密，所以对进一步腐蚀起的保护作用不大。同时发现在主要处理CO2的装置中，有很少H2S存在时，的确可以减少腐蚀作用。第二个重要的腐蚀剂是溶剂的分解产物。这种分解产物是溶剂和进料气体组分的不可逆造成的。在过程循环的某些部分，由于存在氧与溶液接触，也会促使某种情况的严重腐蚀。溶液中的悬浮固体即硫化铁的侵蚀，以及溶液在换热器管子和管路中高速流动，都会加快腐蚀。在此条件下，阻止了硫化铁的形成，并且铁由于和H2S反应而被连续的脱落下来。
为减轻腐蚀作用，通常采用以下几种措施：1.再沸器中溶液的温度与再沸器中所用蒸气的温度尽可能低。2.避免用高温载热体，以使金属壁面的温度维持最低。3.压力再生而产生的高温会引起再沸器的压力应维持得尽可能低些。4.为了防止氧气进入系统，使所有会暴露在大气的溶液界面上有一层惰性气体覆盖，并使泵的入口处维持适当正压。5.连续除去悬浮固体与分解产物往往有助于降低腐蚀作用。6.在某些情况下，在循环胺液中加入苛性钠，可使腐蚀显著减轻。7.使用腐蚀抑制剂，包括高分子胺和重金属盐。[4]
(2)发泡
在吸收塔中，常常会遇见醇胺溶液的发泡问题，而且在解吸塔中也可能发生，严重时会引起冲塔。发泡通常是由于溶液中的杂质引起的。溶液发泡会导致脱硫装置处理能力严重下降，胺液再生不合格，脱硫效率达不到设计标准，净化气中H2S含量超标，溶液损失增加等。解决办法通常有：1.必须对原料气在吸收塔前进行分离，以除去游离液体。2.保持贫胺液的温度比进口气高5～10℃，可以防止进口气中的轻质烃组分凝结下来。3.溶液中的
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