100×10m/d天然气脱硫脱水工艺设计
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即按照目标函数极值点的必要条件，用数学分析的方法求或者按照充分条件和问题的实际物理意义间接地确定最优解。
2.直接寻优方法
它利用函数在某一局部区域的性质或一些已知点的数值，定下一步计算的点，这样一步步搜索、逼近，最后达到最优点。虽然优化问题的求解方法种类很多，但它的一般求解步骤可以分为:
(1) 对过程进行分析，列出全部过程变量。
(2) 确定优化目标，建立目标函数与过程变量之间的关系。 (3) 建立优化过程的数学模型和外部约束，确定优化决策变量。
(4) 如果优化问题过于复杂，则需要将系统分成若干个子系统分别进行优化，或目标函数和模型进行简化。
(5) 选用合适的计算方法进行求解，并对得到的最优解进行检验。
5. 工艺计算
5.1天然气气质条件与要求
1. 湿气处理量：100×104 Nm3/d 2. 湿气温度、压力
原料气温度：25℃；原料气压力：5480Kpa
5.2脱硫工艺计算
5.2.1进料量的计算
由原料气的组成和平均摩尔质量计算公式5-1可计算出进塔原料气的平均摩尔质量：
n M??i?1XiMi (5.1)
式中：M——平均摩尔质量，KgKmol Xi——组分的摩尔组成
Mi——组分的摩尔质量，KgKmol
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西南石油大学本科毕业设计 表5.1进塔的平均摩尔质量计算
组分
H2S CO2 N2 He
组分Xi 0.968 2.52 1.55 0.05 0.003 89.91 3.72 0.66 0.317 0.127 0.178 100
组分摩尔质量Mi
34.082 44.010 28.013 2 2 16.043 30.070 44.097 58.123 72.023 80.015
Xi?Mi100
0.329 1.109 0.406 0.001
6?10?5H2 C1 C2 C3 C4 C5
14.42 1.116 0.29 0.184 0.091 0.142 18.22
C6
总计
故塔底原料气平均摩尔质量：M?18.22KgKmol 则将处理量转化为小时处理量为：
24hd43 120?104Nm3d??????4.17?10Nmh 22.4mKmol3??????1.862?10kmolh ??3 式中：单位m3不作特别说明时表示Nm3，即在0℃，1atm 时的气体体积，以后计算时都按照此标准。
在标准状况下（ 0℃ 1atm ）1Kmol气体的体积为22.4m3，则一般在压力，温度下的体积由一下公式得：
V?22.4?N?273.15?t237.15273.15?t273.15?0.1037P0.1013P (5.2) (5.3)
Q?22.4?F??式中：T——温度 0℃
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P——压强 Mpa
N——气体的物质的量 Kmol
V——气体的体积 m3 Q——气体的体积流量 m3s F——气体的摩尔流量 Kmol s5.2.2吸收塔物料衡算和热量衡算
5.2.2.1计算依据
1．塔气的组成由设计任务书可得，由组成可求得各组分的流量。
2．来自预分离器的原料气进入吸收塔的温度：25℃，压力4.5Mpa。出塔净化气的温度与进塔贫胺液温度差不多，假设35℃，则出塔压力为4.47Mpa。
3．入塔胺液（MDEA）的温度：34℃，质量分数45％。
4．出塔净化气中硫化氢的含量≤20mg/m3，二氧化碳≤3％（V）注：％（V）表示体积百分数 5.2.2.2物料衡算
1.吸收塔进口原料气各组分的流量
各组分摩尔质量??????各组分质量 组分：组成?总摩尔流量=各组分摩尔质量???
表5.2原料气各组分的摩尔质量
组分 H2S N2 C1 C3 C5
摩尔质量 34.082 28.013 16.043 44.097 72.023
组分 CO2 He C2 C4 C6
摩尔质量 44.010 2 30.070 58.123 80.015
H2S：0.00968?1862?18.02Kmolh?613kgh CO2：0.0252?1862?46.91Kmolh?2064kgh N2： 0.0155?1862?28.85Kmolh?809kgh C1：0.8991?1862?1673.8Kmolh?26780kgh
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C2：0.0372?1862?69.25Kmolh?2082kgh C3：0.0066?1862?12.29Kmolh?541.8kgh C4：0.003?1862?5.6Kmolh?324.6kgh C5：0.00127?1862?2.36Kmolh?170.3kgh C6：0.00178?1862?3.31Kmolh?265.1kgh He：0.0005?1862?9.31Kmolh?1.86kgh 2.塔顶加入胺液量的计算
当H2S的分压： Ps=0.00968×4.5Mpa=0.044Mpa 当CO2的分压： Ps=0.0252×4.5Mpa=0.113Mpa
由于MDEA对CO2选择性吸收，吸收因子为2～3.5，由经验值取3。故
3??H2S?CO2??CO2?0.999823?0.33327
故脱除CO2的摩尔分数为：0.33327×0.0252=0.00839
脱除酸气量： 1861.6×0.0839+1861.1×0.00968=18.02Kmol/h
MDEA的酸气负荷由《天然气处理与加工》可查得在0.3～0.58之间，取N=0.4[2] 则MDEA的循环量：
n?18.020.4?45.05Kmolh
W?45.05?119.17?5368.69kgh
总的胺液循环量：5368.69?0.45?11930.43kgh 由经验公式，45﹪MDEA的密度：
?AM?1.0991?0.000223T?1425?10?6T2 （gcm3） T按照吸收塔的平均温度38℃计算：
?AM?1.031gcm?1031kgm
33 VM?11930.43?1031?0.4?28.93m3h 若考虑胺液的损失，胺液的循环量为28.93m3h 即：28.93m3h 3.塔底富液的组成及流量
天然气惰性气体组分在胺液中的溶解量，由经验值可得甲烷和乙烷的溶解度约为：0.85vv估算。
即溶解于胺液的甲烷和乙烷为：
28.93?0.85?22.4?1.098Kmolh 则塔底富液中各组分的含量为：
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H2S43
： 18.02Kmolh?612.9kgh （全部被吸收）
CO2： 46.91?0.3?14.073KmolhN2： 1.098KmolhC1： 1.098KmolhC2： 1.098KmolhC3、C4、C5
、C6在原料气中的含量少故在计算是忽约。
4.出塔气的组成和流量算
干气组成：除上述吸收了的则为出塔干气的流量
H2S： 0Kmolh?0kgh
CO2： 46.91??1?0.3??32.84Kmolh N2： 28.85?1.098?27.59Kmolh
C1： 1673.8?1.098?1672.7Kmolh C2： 69.25?1.098?68.15KmolhC3： 12.29Kmolh?541.8kghC4： 5.6Kmolh?374.6kghC5
： 2.36Kmolh?170.3kgh
C6： 3.98Kmolh?265.14kgh
干气的总量为：
32.84+27.59+1627.7+68.15+12.29+5.6+2.36+3.31+0.558+9.31=1834.69Kmolh 根据安施尼方程式：
logP?A?Bt?C (5.4)
式中，P——饱和蒸汽压，mmHg T——温度，℃
A，B，C——安施尼常数
由天然气加工工程查得水和MDEA的A、B、C、见表5.3[11]
表5.3水和MDEA安施尼常数
物质 水 MDEA
A 7.96681 16.23
B 1668.21 7456.8
C 228 377.71
34℃时将A、B、C带入5-4式可得饱和蒸汽压为：
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