由F?V?V?L??V?1.36LZAaKCF?V15.111028?15.11?1.36L?0.658.484?0.85?0.14
?0.122V?0.884L?0.8得：V?6.556?7.246L
8.2.3 液相负荷下限
由于堰上液层高度how较小，会使堰上的液体分布不均匀，影响传质效果，设计时应大于6mm，对于平直堰，取堰上液层高度h作为最小液体负荷标准。 ?0.006mow取E?1.0 由hOW?0.00284E(3LlW)2/3?0.00284?1?(L1.767)2/3?0.006得：
Lmin?5.426m/h?0.00151m/s3
8.2.4 液相负荷上限
液体的最大流量应保证在降液管中停留时间不低于3～5s，取??5s作为液体在降液管中停留时间的下限，则：
由??
AfHTL?0.6924?0.45Ls /?5得：
3 Lmax?0.062m38.2.5 液泛线
为防止发生液泛现象，应满令 Hd??(HT?hw) 由 联立得：忽略
aV2Hd??(HT?hW)。
Hd?hp?hL?hd；
hp?hc?h1?h?；h1??hL；hL?hw?how
?HT?(????1)hw?(??1)how?hc?hd?h?h0Wh?，将与L，
2/3hd与L，
hc与V的关系式代入上式得：
?b?cL?dL2
第- 46 -页
式中：
a?1.91?105?V?L?n2?1.91?10?515.111028?12982?0.00167
b??HT?(????1)hW?0.5?0.45?(0.5?0.5?1)?0.044?0.1810c?0.153(lWh0)2?0.153(1.767?0.04)1lW2/32?30.627
11.7672/3d?0.667(1??)E?0.667?(1?0.5)?1.08??0.74
222/3故 ： 0.00167V?0.1810?30.627L?0.74L
操作负荷性能图 由此可见，此塔板操作负荷上下限受漏液线1及过量雾沫夹带线2的控制。分别从图中A、B两点读得气相流量的下限Vmin及上限Vmax，于是可求得该塔的操作弹性。 操作弹性=VmaxVmin?6.5562.369?2.771 9 附属设备及主要附件的选型和计算 吸收塔入口分离器的设计如下： 已知原料气：T?303.15K 第- 47 -页 P?2200kpa V?20?103m3/d 由HYSYS软件模拟工艺流程的结果有： 原料气气体密度：?g?11.21kg/m3 液体密度：?l?995.27kg/m3 质量流量：Ms?3.118kg/s 微粒直径：d0?100?m?10?4m 粘度：?g?1.2132?10?5Pa?s
由《天然气地面工程》书中公式（6—8）计算阿基米德准数Ar
Ar?d0(?l??g)g?g3?g2?10?4?(995.27?11.218)?9.81?11.218(1.2132?10)?52?735.76
故液体在给定分离条件下出于过渡区 由其利用表（表6—1）中Ar—Re的关系求得
Re?0.153Ar0.714?17.043
v0d0?g由公式（6—9）Re?Re?gd0?g?g得
?5v0??17.043?1.2132?1010?4?11.218?0.18432m/s
由HYSYS模拟结果知气体流量为：Q?0.1995m3/s 取L=4D 由公式
L?4Q0.7?v0D?D?Q0.7?vo?0.19950.7?3.14?0.2116?0.702m
将分离器长度D圆整为0.8m 分离器长度：L?4D?4?0.8?3.2m 分离效果校核：
第- 48 -页
He?4Q0.7?v0D?4?0.19950.7?3.14?0.8?0.1843?2.46m
卧式分离器重允许的气体流速为：
vgv?0.7?D22?2.460.8?0.1843?0.793m/s
h??0.4m
Hevgv?2.860.922?3.10
hv0?0.40.1843?2.17
即
Hevgv?hv0
故选卧式分离器可满足分离要求。
10.心得体会
本次工程设计是我第一次独立设计一个化工流程，虽然各种单元操作自信还是学的不错，可是当真正用于实践的时候才发现问题还有很多。首先在选用单元操作的时候只懂得大概应用，可是到具体的设计时工艺参数时就什么都不知道了，虽然通过查阅资料部分解决了这些问题，可是不够理想，其次各个环节单独设计还可以，可是要将这些环节全部串联在一起还是有不少问题，另外虽然能运用ＣＡＤ画图，但是很多地方和标准规范还是出入很大的，这些都是对设计要求和绘图标准不了解的缘故。但是我也能运用学过的知识解决一些遇到的问题，懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
为了完成了设计要求，我在图书馆查阅各种书籍，从中找到我们所需要的数据﹑
公式等，但是设计书的前五章，大部分借鉴了往届学长的即成资料，后面部分才是根据自己的处理量完成的。此外我还和几位同学一起商定了此次的设计任务，提出自己想法的时候也吸纳别人的宝贵意见，感谢这些同学们所给与的帮助和支持。
对于这次工程设计我还是要提点建议：一、一个人单独完成一个题目不是很恰
当，每个人都有自己的长处，对相同的设计任务有自己不同的看法，如果多个人完成一个项目的设计，设计结果自然会包含大多数人好的想法，使设计结果更加完善；二、
第- 49 -页
如果是分组完成的话，不但可以减小单个人的负担，同时分工协作也能让每个人投入更多的注意力于自己的分内之事，真正的在他所处理的那个问题上认识的深一些，我想这样会比单个人只为完成课程任务而机械的计算来的实在一些。三、报告都不是什么特别重要的东西，我觉得应该让大家以上台答辩的形式完成这次工程设计，那样的话，没有真正从事这项工作的人是绝对说不上来的，也是一种促进和监督我们认真学习的好方式，同时也让很多人没有了抄袭的机会。
11.参考文献
1.匡国柱，史启才.化工单元过程及设备课程设计[M].北京：化学工业出版社，2001.10. 2.陈敏恒，方图南，丛德滋，齐鸣斋.化工原理[M].北京：化学工业出版社，2001.
3.谭天恩，麦本熙，丁恵华.化工原理(第二版，上、下册)[M].北京：化学工业出版社，1998. 4.化学工业手册编委合编.《化学工程手册》[M].北京：化学工业出版社，1989.
5.华南工学院化工原理教研组编.《化工过程及设备设计》[M].广州：华南工学院出版社出版，1980. 6.卢焕章.《石油化工基础数据手册》[M].北京：化学工业出版社，1982.
7.天津大学化工原理教研室编.《化工原理课程设计》[M].天津：天津科学技术出版社，1994. 8.徐文源.浅论四川气区高含硫天然气净化及副产品加工利用[J].石油与天然气化工，2001，30（6）：278~280.
9.安作相.川东石碳系气藏形成再分析[J].中国海上油气（地质版），1997，11（3）：172~177. 10.梁卫，覃建雄.川东石碳系天然气成因类型和气源探讨[J].中国海上油气（地质版），1995，9（2）：97~103.
11.原青民。四川盆地高含硫天然气开发中的有关技术问题[J].石油与天然气化工，2002，第31卷增刊：44~47.
12.川东天然气净化总厂.原料气中有机硫的分析报告.内部资料，2002.
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《仪陇天然气脱硫》项目书
目录
1总论 ........................................................................................................ 3
1.1项目名称、建设单位、企业性质 ................................................................................. 3 1.2编制依据 ......................................................................................................................... 3 1.3项目背景和项目建设的必要性 ..................................................................................... 3 1、4设计范围 ...................................................................................................................... 5 1、5编制原则 ...................................................................................................................... 5 1.6遵循的主要标准、规范 ................................................................................................. 8 1.7 工艺路线 ........................................................................................................................ 8
2 基础数据 ............................................................................................... 8
2.1原料气和产品 ................................................................................................................. 8 2.2 建设规模 ........................................................................................................................ 9 2.3 工艺流程简介 ................................................................................................................ 9
2.3.1醇胺法脱硫原则工艺流程： ............................................................................... 9 2.3.2直流法硫磺回收工艺流程： ..............................................................................10
3 脱硫装置 ..............................................................................................11
3.1 脱硫工艺方法选择 ...................................................................................................... 11
3.1.1 脱硫的方法 ...................................................................................................... 11 3.1.2醇胺法脱硫的基本原理 .....................................................................................12
3.2 常用醇胺溶液性能比较 .............................................................................................. 13
3.1.2.1几种方法性质比较 ..........................................................................................14
3.2醇胺法脱硫的基本原理 ............................................................................................... 17 3.3主要工艺设备 ............................................................................................................... 18
3.3.1主要设备作用 ...................................................................................................18 3.3.2运行参数 ..........................................................................................................19 3.3.3操作要点 ..........................................................................................................20
3.4乙醇胺降解产物的生成及其回收 ............................................................................... 21 3.5脱硫的开、停车及正常操作 ....................................................................................... 22
3.5.1乙醇胺溶液脱硫的开车 .....................................................................................22 3.5.2保证乙醇胺溶液脱硫的正常操作 .......................................................................22
3.6胺法的一般操作问题 ................................................................................................... 23
3.6.1胺法存在的一般操作问题 ..................................................................................23 3.6.2操作要点 ..........................................................................................................24
3.7选择性脱硫工艺的发展 ............................................................................................... 25
4 节能 ..................................................................................................... 25
4.1装置能耗 ....................................................................................................................... 25 装置中主要的能量消耗是在闪蒸罐、换热器和再生塔。 ............................................. 25
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4.2节能措施 ....................................................................................................................... 25
5 环境保护 ........................................................................................... 26
5.1建设地区的环境现状 ................................................................................................... 26 5.2、主要污染源和污染物 ................................................................................................ 26 5.3、污染控制 .................................................................................................................... 26
6 物料衡算与热量衡算........................................................................... 28
6.1天然气的处理量 ........................................................................................................... 28
7.天然气脱硫工艺主要设备的计算 ......................................................... 33
7.1MDEA吸收塔的工艺设计............................................................................................ 33
7.1.1选型 .................................................................................................................33 7.1.2塔板数 ..............................................................................................................33 7.1.3塔径 .................................................................................................................34 7.1.4堰及降液管 .......................................................................................................36 7.1.5浮阀计算 ..........................................................................................................37 7.1.6 塔板压降..........................................................................................................37 7.1.7塔附件设计 .......................................................................................................39 7.1.8塔体总高度的设计 ............................................................................................40
7.2解吸塔 ........................................................................................................................... 41
7.2.1 计算依据..........................................................................................................41 7.2.2塔板数的确定 ...................................................................................................41 7.2.3解吸塔的工艺条件及有关物性的计算 ................................................................42 7.2.4解吸塔的塔体工艺尺寸计算 ..............................................................................43
8参数校核 .............................................................................................. 44
8.1浮阀塔的流体力学校核 ............................................................................................... 44
8.1.1溢流液泛的校核 ................................................................................................44 8.1.2液泛校核 ..........................................................................................................44
8.1.3液沫夹带校核 ...................................................................................................45
8.2塔板负荷性能计算 ....................................................................................................... 45
8.2.1漏液线（气相负荷下限线） ..............................................................................45 8.2.2 过量雾沫夹带线 ...............................................................................................45
8.2.3 液相负荷下限...................................................................................................46 8.2.4 液相负荷上限...................................................................................................46 8.2.5 液泛线 .............................................................................................................46
9 附属设备及主要附件的选型和计算 .................................................... 47 10.心得体会 ............................................................................................ 49 11.参考文献............................................................................................. 50
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1总论
1.1项目名称、建设单位、企业性质
项目名称：天然气脱硫 建设单位：中石油仪陇净化厂 企业性质：国营企业
1.2编制依据
天然气可分为酸性天然气和洁气。酸性天然气指含有显著量的硫化物和CO2等酸性气体，必须经处理后才能达到管输标准或商品气气质指标的天然气。洁气是指硫化物和CO2含量甚微或根本不含，不需要净化就可以外输和利用的天然气。天然气中存在的硫化物主要是H2S，此外还可能含有一些有机硫化物，如硫醇、硫醚、COS及二硫化碳等；除硫化物外，二氧化碳也是需要限制的指标。酸性天然气的危害有：酸性天然气在水存在的条件下会腐蚀金属；污染环境；含硫组分有难闻的臭味、剧毒；硫可能使下游工厂的催化剂中毒；H2S可对人造成伤害；CO2含量过高会使天然气热值达不到要求。
1.3项目背景和项目建设的必要性
天然气是一次能源中最为清洁、高效、方便的能源，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重要作用，近20年来在我国呈现出快速发展的态势。从西气东输和川气东送为标志的天然气管道工程建设到2009年11月份气荒，都促进了天然气市场的发展。
煤炭在我国一次能源消费中的比例将近70%，以煤为主的能源消费结构二氧化碳排放过多，对环境压力较大。合理利用天然气，充分净化天然气，可以优化能源消费结构，改善大气环境，提高人民生活质量，对实现节能减排目标、建设环境友好型社会具有重要意义。
天然气是指自然界中天然存在的一切气体，包括大气圈、水圈、生物圈和
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岩石圈中各种自然过程形成的气体。而人们长期以来通用的“天然气”是从能量角度出发的狭义定义，是指气态的石油，转指在岩石圈中生成并蕴藏于其中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。它主要存在于油田气、气田气、煤层气、泥火山气和生物生成气中。天然气是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。
从矿藏中开采出来的天然气是组分非常复杂的烃类混合物，且含有少量的非烃类杂质。其中，非烃类杂质常常含有H2S、CO2和有机硫化物。由于水的存在，这些气体组分将生成酸或酸溶液，造成输气管道和设备的严重腐蚀。天然气中的硫化物及其燃烧物会破坏周围环境，损害人类健康。而像H2S和硫醇这样的硫化物， 并使之转化为可供工业应用的元素硫，便构成一条天然气工业中普遍采用的净化、回收硫的基本技术路线。此外，当硫磺回收装置的尾气不符合大气排放标准时，还应建立尾气处理装置。因此，天然气中的H2S量受到严格限制，开采出的天然气往往须经脱硫预处理，以满足传输及使用要求。欧美发达国家制定的商品天然气气质标准规定：H2S控制含量在5mg/m3天然气左右；总硫控制含量为100mg/m3天然气（以硫计）左右；我国国家标准规定：Ⅰ类商品天然气H2S含量≤6 mg/m3，总硫含量≤100 mg/m3天然气（以硫计）。故而一个完整的天然气脱硫厂应包括脱硫装置、硫磺回收装置和尾气处理装置。
天然气可分为酸性天然气和洁气。酸性天然气指含有显著的硫化物和CO2等酸性气体必须经处理后才能达到管输标准或商品气气质指标的天然气。洁气是指硫化物和CO2含量甚微或根本不含，不需净化就可外输或使用的天然气。来自地下储层的天然气通常不同程度地含有H2S、CO2和有机硫化物（RSH、COS、RSSR，）等酸性组分，在开采、集输和处理时会造成设备和管道腐蚀；而且含硫组分往往有毒、有害并具有难闻的臭味，会污染环境和威胁人身安全（少量硫化氢就具有剧毒，虽然硫化氢在浓度极低时就能检测到，但由于嗅疲劳，在接触后几分钟内就会丧失嗅觉，从而无法感觉到硫化氢的危险浓度。吸入浓度为几百ppm的硫化氢可能导致急性中毒，而且，虽然这种气体具有刺激性，但血液中吸收硫化氢所产生的全身效应会掩盖其刺激作用）；
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当天然气用作化工原料时，还会引起催化剂中毒；同时，CO2的含量过高将降低天然气的热值。
综上所述，天然气在使用前必须进行脱硫处理，严格控制酸性气体的含量，使其硫含量满足GB17320-1999天然气标准规定的天然气的技术指标，才能成为合格的使用天然气。
1、4设计范围
（1）天然气脱硫的必然性
（2）天然气脱硫的方法及工艺路线的选择 （3）物料流程图 （4）工艺流程图 （5）脱硫装置 （6）建设规模
1、5编制原则
通过加工的天然气所达到的气质指标，各国各地区都不同，这是由于天然气资源和矿藏处理水平、供销状况及有关的经济政策等各不相同所造成的。
由于化工生产所需要的原料气对有害物质特别是硫及其化合物的含量要求比较严格（硫含量一般为1-2mg/m3），天然气通常需要经过二次处理才能符合要求，而且这部分气量相对较小，故在制定商品天然气气质指标是多以符合燃料要求为依据，主要从保证天然气在输配系统中的安全运行，减少设备、管线的腐蚀，满足环境保护和卫生以及良好的燃料性能等方面规定对商品天然气的质量要求。随着天然气在能源结构中的比例上升，输气管道压力升高，距离增长，对气质的要求也趋于严格。在西方发达国家，气质指标除了管输指标外，往往还必须根据用户与公司签订的销售合同的有关条款来实行质量要求，以满足用户的需要。
商品天然气气质指标主要有：
(1)最小热。值为了使天然气用户能适当确定其加热设备，必须确定最小热值。这项规定主要要求控制天然气中的N2和CO2等不可燃气体的含量。
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HT：踏板间距，m. 取HT=0.45m
HT'：开有人孔的塔板间距.HT'=800mm=0.8m HFHB：进料段高度(吸收塔，从塔底进料), H：塔底空间，取H=3m
BF可忽略.
N：实际塔板数，N=20.
S：人孔数目（不包括塔顶空间和塔底空间的人孔数），取S=4. 综上：
H?1.8?(20?2?4)?0.45?4?0.8?3?14.3m
7.2解吸塔
7.2.1 计算依据
1.入塔胺液流量；
2.出塔酸气的组成和流量见前面物料衡算；
3.塔底贫液流量和组成与吸收塔的进料胺液相同； 4.操作压力180Kpa;
5.入塔富液的温度85℃，出塔贫液温度110℃；
6.由于浮阀塔的结构简单，制造方便，价格低；塔板开孔率大，生产能力大，操作弹性大，塔板效率较高等优点，故吸收塔采用浮阀塔。
7.2.2塔板数的确定
1.根据以有的经验数据选取4块理论塔板数；
2.板效率为25％～40％，设计中选用30％。则：实际有效塔板数为： 4÷0.3=13.3块 圆整为14块。
3.为了降低胺液的蒸发损失应该在进料上部有2～6层板。考虑MDEA的蒸发损失较小所以3块。所以解吸塔的实际塔板数为：14?3?17块
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7.2.3解吸塔的工艺条件及有关物性的计算
1.操作压力：180Kpa；
2.操作温度：塔顶85℃，塔底110℃；全塔由反应热全塔的平均温度按胺液计算得：97.5℃ 3.平均摩尔质量的计算 塔顶气体流量为： H2S 136.1kg6 n/mi/mi n CO2 15.28kg回流比??2
则水的流量为：?136.16?15.28??2?302.88kg/min
n M??i?1XiMi
表7-1解吸塔塔顶气体平均摩尔质量 组分
质量流量kg/min
Mi
H2S CO2
136.16 15.28 302.88 454.32
34.082 44.01 18
水 总计
塔顶气体平均摩尔质量：MVDM?21.46KgKmol 由于MDEA的沸点大，塔底气相组成大部分为水：
∴塔底气体平均摩尔质量为：MVWM?19KgKmol 全塔气体平均摩尔质量：MVM? 4.平均密度 塔中气相平均密度： ?VM?22.4?Mvm21.46?192?20.23KgKmol
273.15?t273.15?0.1013P
?20.23273?97.522.4??273.15?15.11Kgm0.10132.33
对于胺液的平均密度：
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?AM?1.0991?0.000223T?0.000001425T2?gcm3?
2?1.0991?0.000223??273.15?97.5??0.000001425??273.15?97.5?
?0.986?gcm3??986Kgm3 5.液体平均表面张力
由45％MDEA的表面张力计算公式：
??55.65 .?0.13?7t6??55.6?0.137?697 ?42.1d8yn?42.m18N m7.2.4解吸塔的塔体工艺尺寸计算
1.塔径的计算
吸收塔采用浮阀塔板式塔，吸收塔的最大空塔气速由公式：
????v?2?l ?max?0.076???v??0.5
0.5?986?15.1?1 得： ?max?0.076?2???15.11??0.61m08s
为了防止液泛和允许溶液起泡，气速应分别降低为75％～25％，和25％然后在由降低的气速计算塔径。
?max?0.?70.61?08 根据MEDA物性，取 ??0.70.m42s8
塔径：D?4VS?? （6-7）
此时Vs在操作条件下（97.5℃，0.18Kpa）时的气体体积，由状态方程： VS?V0?T1T0?P0P1
V0=22.46?22.4?3600?0.14m3s
VS?0.14?273.15?97.5273.15?0.10130.18?0.11m/s3
?0.572m
将Vs带入上式（6-7）D?按照标准塔径圆整为：D=1m
塔的横截面积为：AT??44VS???4?0.113.14?0.428D?2?4?1?0.785m22
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实际空塔气速为：??VsAT?0.110.785?0.14ms
2.解吸塔有效塔高的计算
取板间距为0.35m，在塔底，第9块板及塔顶分别开一入孔（3个入孔），取其间距为0.6m，
顶部塔板与捕雾器的间距取1m。 故解吸塔的高度为：Z?(17?3)?0.35?2?0.6?1?6.1m
8参数校核
8.1浮阀塔的流体力学校核
8.1.1溢流液泛的校核
因Fo?u0?V?4.585?15.403?17.99??5,6? 故不会发生漏液，不用校核。
8.1.2液泛校核
降液管到下塔板间距：
h0?0.04m
液体通过降液管底部的阻力：
?LS?0.04??hd?0.153???0.153?????0.0562m?1.65?0.04??Lw?h0?hp?hfg?l?0.082339.81?1.028?8.16?10m?322
液柱
Hd?hp?hl?hd?8.16?60?56.2?124.36mm为防止液泛现象发生应使：
?Hd?H?h?w?T?
???一般取??0.5，但由于发泡严重的物质一般取较小值，故在这里取??0.5。
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校核：450?54?504?124.360.5?248.72
所以符合要求，不会发生液泛现象。
8.1.3液沫夹带校核
un0.0057?由ev???l?HT?2.5hL??'?3.2
其中：
?：液相表面张力，前面也算。?=51.5232mN/m
un:气速un?UsAT?Af3
?3.55327.065?0.6924?0.5576m
HT=0.45 m/s
hL'：板上液层高度.hL'?hw?how?0.054?0.006?0.06m综上：
0.5576??ev????51.5232?0.45?2.5?0.06?5.7?10?33.2?8.04?10?4?0.1
故液沫夹带量ev在允许范围内。
8.2塔板负荷性能计算
8.2.1漏液线（气相负荷下限线）
以F0?6作为气相最小负荷的标准。则由F0?u0?v得u0?5615.4036?v2，故：
Vs,min?0.785d0N2?V?0.785?0.039?1298?2?2.369m/s
8.2.2 过量雾沫夹带线
以eV?0.1kg液/kg气为标准，根据前面雾沫夹带校核可知，对于大塔，取泛点率F = 0.8，求V与L的关系。
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即为40℃。查基础数据可得：甲烷比热容为1.545kJ/(m3?K)
净化气体带出的热量为： 1.545?343?10?0.9538124?603?(40?30)?3510.1kJ/min
由《天然气加工工程》公式CP?3.3536?0.00435T
在40℃时45%的MDEA溶液的比热容为CP?3.3536?0.00435?40?3.528kJ/(kg?K) 不考虑吸收塔热损失，则MDEA溶液经过吸收塔的温升为
183944.4?3510.12.4?1028?3.528?20.73K
富液温度远高于贫液温度，假设不正确，所以在吸收过程中应设置冷凝装置，保证贫富液温度相差不大。
假设富液温度为45℃，冷凝装置的热负荷为
183944?.420.733510.1?15.7?31369kJ14.2 /min吸收塔出口富液与再生塔贫液进行二次换热，使富液温度达到65℃，进入闪蒸罐，闪蒸出重烃组分。可由《天然气利用手册》假设经过贫富液第一级换热器使富液温度达到80℃，贫液温度将为90℃，富液进入再生塔进行溶剂再生。
设再生塔塔顶温度为105℃，塔底温度为110℃，再沸器温度118℃，回流比R=2:1。 ⑴再沸器热量恒算： ①贫液温升带走的热量：
Q1?2.4?1028?3.528?(110?85)?217607.04kJ/min
②塔顶酸气热负荷
Q2?(152.1?17.07)?1.403??100-85??3560.7kJ/min
③酸性组分解吸热
Q3?183944.4kJ/min
④回流热
Q4?(152.1?17.07)?4.2?2??85-45??56850.5kJ/min
所以再沸器的热负荷为
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4Q沸??Qi?1i
Q沸?217607.04?3560.7?183944.4?56850.5?461962.6kJ/min塔顶冷凝器热负荷
Q2?(152.1?17.07)?(4.2?2?1.403)??100-45??91189.4kJ/min
⑵一级换热器热量衡算
热量衡算公式Q?K?A??tm?qm1?cp1??T1?T2?
?tm=?T1?t1???T2?t2?
T?t?11?ln?T2?t2?贫液温度： T1=110℃，T2=90℃， 富液温度： t1=85℃, t2=65℃
?tm=?T1?t1?=?T2?t2?=25℃
采用管壳式换热器，热物流走管程冷物流走壳程，由45%MDEA溶液的粘度公式
lg???3.6587?1326T
贫液粘度：?1?0.9833mPa?s 富液粘度：?2?1.412mPa?s
由已知粘度范围查《化工单元设备设计手册》取传热系数K?175w/?m2?k?
qm1?cp1??T1?T2?K??tm2?A??0.7450m
留有一定欲度可取实际换热面积为A?0.9m
⑶二级换热器热量衡算（与一级换热器计算方法相同） 贫液温度： T1=90℃，T2=70℃， 富液温度： t1=65℃, t2=45℃
?A?1.3m
22表6-2热量衡算
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设备
吸收塔冷凝装置 再沸器
解吸塔顶冷凝器 一级换热器 二级换热器
热负荷kJ/min 136914.2 461962.6 91189.4
换热面积/㎡
0.9 1.3
7.天然气脱硫工艺主要设备的计算
天然气脱硫工艺主要设备的计算主要包括塔设备、分离器、换热器以及再沸器的计算。
7.1MDEA吸收塔的工艺设计
7.1.1选型
根据《气田天然气净化厂设计规范》可知，浮阀塔盘具有弹性大、效率高、处理能力比泡罩塔和筛板塔的特点，故吸收塔、再生塔宜优先采用浮阀塔。因此，在本次设计中优先采用浮阀塔。
在计算塔径时，考虑到胺液易发泡的特点，不宜采用过小的板间距，并考虑原料量处理的大小和塔径大小，板间距选为450mm，为检修方便有人孔处板间距为700mm。
7.1.2塔板数
如前所述，MDEA对H2S、CO2的吸收为化学吸收。吸收过程中放出的反应热是随塔板数变化而变化的。MDEA为叔胺，其与H2S及CO2的反应机理如下：
???(RNH)S2R3N?H2S???2
???2RNHHS(RNH)2S?H2S???3???(RNH)CO 2R3N?H2O?CO2???23???2RNHHCO (RNH)2CO3?H2O?CO2???33第- 33 -页
根据《天然气加工工程》知，对于胺溶液的吸收塔一般取4-5个理论板，塔板效率均为25%-40%。
取理论板数Ne=5；塔板效率?=25% 则实际塔板数为：Np=5/0.25=20
此塔板数可将净化气中H2S的含量降至20mg/m3以下。
7.1.3塔径
307?10m/d33的天然气在30℃，2200KPa下的流量为：
?3.5532m/s
3Vs?307?10324?3600液体循环量Ls为MDEA的循环量，由上部分计算得知Ls=0.04m3/s。 天然气相对分子质量为Mg??yiMic?16.836g/mol 天然气密度?g?PMgZRT0.5??2200+101.325??16.8360.998?8.314?303.150.5?15.403kg/m
3FLV?Ls???l?????????Vs???g???0.04??1028.0????????3.5532??15.403??0.09197
塔板间距为：HT?450mm
查阅《石油化学工程基础》液层高度hL介于0.05—0.1m，取hL?60mm
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由图可查得C20?0.078 ∵液相45%MDEA的表面张力
?L?55.65?0.1376T?55.65?0.1376?30?51.5232mN/m?20mN/m
∴查得结果C20按下式校正 ???C?C20?L??20?0.2?51.5232??0.078???20??0.2?0.09425
最大允许气速：
umax?C??l??g?g?0.09425?1028.0?15.40315.403?0.7642m/s
∵MDEA不易发泡，取泛点百分率为0.85 实际气速：
u?0.85umax?0.64957m/s
塔径：
D?4?Vs?4?3.55323.14?0.64957?2.64m
??u第- 35 -页
按《气田天然气净化厂设计规范》的标准，将塔径圆整为3m。
7.1.4堰及降液管
采用浮阀塔板，由《常用化工单元设备的设计》，因塔径为3m,在2.0m以上，所以采用双流型，选定：
直径D?3000mm?3m 塔截面积AT??D?7.065m22
板间距HT?450mm 管宽Wd?240mm Ad/AT?9.8% LW/D?0.589 降液管面积Af?0.098?7.065?0.6924m2 堰长Lw?0.5890D?1.767m 若为平堰，堰上清液层高度：
2h?0.00284E??Lh?3ow?L?
w?其中：L3h液流量，Lh?m/min?144m3/h
Lw?1.767m
E：液流收缩系数，取E=1.08
2h0.00284?1.08??144??3ow?1.767??0.05765m（平堰）
??因为how>6mm，所以不能采用平堰 故应缩短堰长或改用齿形堰 另取
LwD?0.55，Lw?0.55D?1.65m
由上图得E=1.09
h/3ow?2.84?1.09?(1441.65)2?0.06005m?6mm
验证正确。 综上堰高：
hw?hL?how?60?6?54mm
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47.1.5浮阀计算
（1）选用重33g的F1型浮阀，其孔径为d0?39mm，取阀孔动能因子F0?9 （2）由F0?u0?g 则可得气速u0?故每层塔板上的浮阀个数为：
N?Vs0.785?d0?u02F0?g?915.403?2.293m/s
?3.55320.785??0.039??2.2932?1297.8，取N=1298
（3）浮阀排列采用等边三角形叉排。 鼓泡区面积：
Aa?12tsin601220，取孔间距t=75mm，
20?32则：Aa??0.075sin60?2.44?10m12?
?4开孔总面积A0??4d0?212??4?0.039?5.97?102m2
所以，作等边三角形排列的阀孔中心距为： t?d00.907AaA0?0.039?0.907?2.44?105.97?10?4?3?75mm
符合标准孔间距（GB1118） 故：有效传质区的开孔率为 ??A0Aa?100%?5.97?102.4?10?4?3?23.73%
7.1.6 塔板压降
hf?hd?hl
其中：hf：气象通过塔板的压降
hdhl：干板压降 ：液层阻力
浮阀塔hd的计算公式
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阀孔全开前hd?19.9uo0.175?luo?v2g?l2
阀孔全开后hd?5.34
联立上两式求临界孔速uoc，即19.9?2g?uoc0.175?5.34?vuoc2 解得uoc?2.3777m/s 又阀孔速度uo?USAU?3.55325.97?10?4?1298?4.585m/s
故：uoc hl?0.5(hw?how)?0.5(0.054?0.06005)?0.05703 所以有：hf?hd?hl?0.0253?0.05703?0.08233m 液体在降液管内停留时间的核算 ①液体在降液管内实际停留时间?' ?'?Af?HdLS 又hd?hw?how?hf?hof??， 其中：hw=0.054m how=0.06005m hf=0.08233m ?为板上液面落差，对浮阀塔而言?很小，一般可忽略。 hof?LS??0.153??L?ho??w2 取降液管端部与塔板的间隙高度ho=0.04m 第- 38 -页 hof0.04???0.153??0.0562m ??1.65?0.04?2hd?0.054?0.06005?0.08233?0.0562?0.2526m 0.6924?0.450.04?7.7895s?(3~5)s②液体在降液管内的最大停留时间?? 综上计算符合，可行。 Ad?HTLS? 7.1.7塔附件设计 ①接管直径 a． 原料天然气进料口大小 已知气相流量为3.5532m3/s，取管内流速为30m/s D?4Vs?4?3.55323.14?30?0.3884m ?uv查标准系列选取DN400 b．湿净化天然气出口 查标准系列选取DN400 c.MEDA输送管线，取MEDA流速为0.5m/s ②除沫器 由工艺条件知需设置除沫器，以减少液体夹带损失，确保气体纯度，保证后续设备的正常操作。本设计采用丝网除沫器，其具有比表面积大、质量轻、空隙大及使用方便等优点。 设计气速选取：u?k'?l??g?g，其中系数k'?0.107 故u?0.107?1028.0?15.40315.4034Vs?0.8676m/s 除沫器直径D??u?4?3.55323.14?0.8676?2.284m 选取不绣钢除沫器，类型：标准型；规格40-100；材料：不绣钢丝网；丝网尺寸：圆丝?0.60。 第- 39 -页 ③封头 封头分为椭圆形封头、蝶形封头等几种，本设计采用椭圆形封头，由公称直径 DN?3000mm，查得总深度H?790mm，内表面积A?10.1329m2，容积V?3.170m3。 ④裙座 塔底常用裙座支撑，裙座的结构性能好，连接处产生的局部阻力小，所以它是塔设备的主要支座形式，为了制作方便，一般采用圆筒型。 由于裙座内径?800mm，故裙座壁厚取16mm。 基础环内径：Dbi??800?2?16???0.2~0.4??400?752mm 基础环外径：Dbo??800?2?16???0.2~0.4??400?912mm 圆整得：Dbi?800mm，Dbo?1000mm 对于基础环厚度，考虑到腐蚀余量取18mm 裙座高度取2m，地脚螺栓直径取M32 ⑤人孔 人孔是安装或检修人员进出塔的唯一通道，人孔的设置应便于进入任何一层塔板，由于设置人孔出塔间距离大，且人孔设备过多会使过多制造时塔体的弯曲度难以达到要求，由《气田天然气净化厂设计规范》知，对D?800mm的吸收塔为安装检修的需要，一般每隔4~6层塔设一人孔，人孔直径一般为400~500mm。 故本文拟定每7层设一人孔，选用Dg450的人孔，共4个。分别设在第1、8、15 层塔板上和20层塔板下。每个人孔直径为450mm。在设置人孔处，板间距为700mm，裙座上应开2个人孔，直径为450mm，人孔伸入塔径应与塔内壁修平，其边缘需倒棱和磨圆。人孔法兰的密封面形状及垫片用材，一般与塔德接管法兰相同，本设计也是如此。 7.1.8塔体总高度的设计 塔总高度（不含塔裙座）由下式决定： H?HD?(N?2?s)HT?S?HT'?HF?HBHD：塔顶高度，m. 取HD=1.8m 第- 40 -页