西南石油大学本科毕业设计
0.5?(2.1?4.14)0.689
露点降?43.2??41.7
露点降大于40℃
因此，实际塔板数选用9块，可满足干气露点为-9℃的要求。
5.3.2物料衡算
5.3.2.1脱水量
在原料气温度30℃，原料气压力2.1Mpa，水露点-8℃下查天然气含水量 可知Wi=1.6kg/103m3 Wo=0.12kg/103m[12]
进料气水含量为1600g水/1000m3干气水含量为120g水/1000m3
三甘醇在操作条件下的密度为1200kg/m3 进料气脱水量qw由式(4-2)求得：
qw?(Wi?Wo)q24?(1.6?0.12)?120024?74kg/h (5.7)
式中， qw——吸收塔脱水量，kg/h
Wi——进料气水含量，kg/103m3 Wo——干气水含量，kg/103m3 q——进料气流量，103m3/d
5.3.2.2甘醇循环流量
进料气带入的水含量=
100?10?1.6?10244?3三甘醇循环流量按脱除进料?66kg水/h，
气带入的全部水量计算，此法虽然保守，但比较安全。
三甘醇循环量为30L/Kg
故三甘醇循环流量=30?66?1980L/h?1.98m3/h
贫甘醇浓度为98.9%（w），在吸收温度下密度为1.2Kg/L，故： 其质量循环流量=1.2?1980?2376kg/h 1.贫甘醇流量
由于贫甘醇浓度W=98.9%，循环流量为2376kg/h，故： 贫甘醇中的三甘醇量?2376?0.989?2349.9kg/h 贫甘醇中的水量=2376?(1?0.989)?26.14kg/h 2.富甘醇流量
32
100×10m/d天然气脱硫脱水工艺设计
43
富甘醇中的三甘醇量=2349.9kg/h 富甘醇中的水量=26.14+74=100.54kg/h 故富甘醇流量=2349.9+100.54=2450.44kg/h 则可计算富甘醇的浓度=100%?2349.92450.44?95.9%
5.3.3热量衡算
5.3.3.1重沸器
重沸器的热负荷按经验法确定： 根据脱水量由式(4-6)估算，即
QR?1980?274.88LG (5.8)
式中
QR——脱除1kgLG水所需的重沸器热负荷，kJ/kg水
——甘醇循环量，L/kg水
水
QR?1980?274.88?30?10226.4 kJ/kg重沸器热负荷QRT=10226.4×74=756750.4kJ/h=210kw 考虑10%的设计裕量，故重沸器热负荷取231kw 重沸器火管传热表面的热流密度取20.5kw/m2,故 重沸器火管传热面积S?231/20.5?11.3m2 5.3.3.2贫/富甘醇换热器
1.贫、富甘醇进口与出口温度：
贫甘醇进口温度为199℃，出口温度为88℃；富甘醇进口温度为30℃，出口温度为t 2.贫甘醇热负荷QR：
贫甘醇在平均温度143.5℃的比热容为2.86kJ/(kg?K)，故贫甘醇热负荷
QR=2376×(199-88)×2.86=754284.96kJ/h
3.计算富甘醇出口温度
假定富甘醇出口温度为140℃，富甘醇在平均温度85℃时的比热容为2.70kJ/(kg?K)，由热量平衡确定富甘醇的出口温度，经迭代计算得
754285.0=2404×2.70×(t-30) t=146℃<149℃(上限值)
由于假设温度为140℃，通过理论计算得到的 富三甘醇的出口温度 不高于149℃，故不会导致部分三甘醇汽化，假设成立，故富甘醇的出口温度为140℃。
- 33 -
西南石油大学本科毕业设计
5.3.3.3气体/贫甘醇换热器
1.贫甘醇热负荷
贫甘醇进口温度为88℃，出口温度为35℃。贫甘醇在平均温度61.5℃时的比热容为2.314
kJ/(kg?K)，故
贫甘醇热负荷=2376×2.314×(88-35)=291397.4kJ/h 2.气体降温
由于出吸收塔干气质量流量远远大于贫甘醇质量循环流量，故干气经过气体/贫甘醇换热器后的降温较小，其值可由热量平衡确定。
干气摩尔流量=?tGv?T1T0?Vm?120?10?273.15(273.15?15.6)?22.4?244?2111.5kmol/h
干气的摩尔热容为33.3 kJ/(kmol?K)，由热量平衡确定干气温降?t为 291397.4=2111.5×35×?t
?t=3.94℃
6.设备选型
6.1脱硫段
净化气中H2S≤20mgm3，转化为摩尔百分数。则： H2S≤20mgm?20?10Kgm?3?6320?10?6?22.434.0821.3144?10?5
设计时用1?10?5计算。原料气中H2S的含量：0.0715 ∴H2S的吸收率为：?s?0.0715?0.000010.0715?99.98％
可根据实际经验，对于胺溶液的吸收塔选取5块理论板数，板效率取30％
∴塔板数为：5?0.3?16.6?17块，圆整为17块。
6.1.1塔的工艺条件及有关物性的计算
1.压力：由塔底压力5.5MPa，由塔顶压力4.47MPa则全塔的平均压力为5.48MPa 2.温度：由前面物料衡算和热量衡算可知： 气体：进料25℃，进化气35℃ MDEA吸收塔塔顶35℃，塔底42℃ 则反应热全塔的平均温度按胺液计算：38℃
34
100×10m/d天然气脱硫脱水工艺设计
43
3.塔底原料气的平均摩尔质量由前面计算可知：MVWM?18.22KgKmol 其净化气的摩尔质量见下表：
表6.1净化气的摩尔质量计算
组分
H2S CO2 N2 C1 C2 C3 C4
组分Xi 0.00 1.80 1.53 91.62 3.73 0.66 0.31 0 0.29 100
组分摩尔质量Mi
34.082 44.010 28.013 16.043 30.070 44.097 58.123 119.170 18.000
Xi?Mi100
0.00 0.792 0.420 14.99 1.11 0.29 0.18 0 0.05 17.78
MDEA 水 总计
∴塔顶净化气平均摩尔质量：MVDM?17.78KgKmol
表6.2进塔胺液的平均摩尔质量
- 35 -
西南石油大学本科毕业设计
组分
H2S CO2 N2 H2 C1 C2 C3 C4
组分Xi 0.004 0.004 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 13.121 86.160 100
组分摩尔质量Mi
34.082 44.010 28.013 2 28.013 30.070 44.097 58.123 119.170 18.000
Xi?Mi100
0.003 0.004 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 15.633 15.5 31.134
MDEA 水 总计
∴ 贫液MLWM?31.134KgKmol
表6.3出塔富液的平均摩尔质量
组分
H2S CO2 N2 C1 C2 C3 C4
组分Xi 3.94 3.06 0.24 0.24 0.24 0.00 0.00 12.17 79.9 100
组分摩尔质量Mi
34.082 44.010 28.013 28.013 30.070 44.097 58.123 119.170 18.000
Xi?Mi100
1.34 1.32 0.067 0.038 0.072 0.00 0.00 14.3 14.4 31.54
MDEA 水 总计
36