四川某酸性氣田凈化工藝設(shè)計(jì)

重慶科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 四川某酸性氣田凈化工藝設(shè)計(jì) 學(xué) 院 石油與天然氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 職稱 評(píng)閱教師 職稱 2015 年 6 月 18 日注 意 事 項(xiàng)1.設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300 字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁(yè)（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致謝9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)）2.論文字?jǐn)?shù)要求：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于 1 萬(wàn)字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于 1.2 萬(wàn)字。3.附件包括：任務(wù)書、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁(yè)以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設(shè)計(jì)（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂3）其它學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明本人以信譽(yù)聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的設(shè)計(jì)（研究）工作及取得的成果，設(shè)計(jì)（論文）中引用他（她）人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標(biāo)注出，論文中的結(jié)論和結(jié)果為本人獨(dú)立完成，不包含他人成果及為獲得重慶科技學(xué)院或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用其材料。與我一同工作的同志對(duì)本設(shè)計(jì)（研究）所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者（簽字）： 年 月 日重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘要摘 要本設(shè)計(jì)為四川某酸性氣田凈化工藝設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中簡(jiǎn)單介紹了天然氣脫硫脫碳以及脫水的必要性，對(duì)國(guó)內(nèi)外天然氣凈化的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了比較分析。首先根據(jù)天然氣中各個(gè)組分的含量、進(jìn)站壓力以及相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范要求，通過(guò)對(duì)天然氣各種凈化工藝的對(duì)比，選擇設(shè)計(jì)出了正確的凈化工藝。脫硫脫碳采用 MDEA 溶液對(duì)天然氣中的硫化氫及二氧化碳進(jìn)行選擇性脫除，脫硫脫碳過(guò)程產(chǎn)生的酸氣采用克勞斯工藝進(jìn)行處理；脫水過(guò)程采用三甘醇脫水工藝。在確定相關(guān)工藝后，根據(jù)所提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及相關(guān)公式對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行物料衡算、熱量衡算,確定了主要設(shè)備的工藝參數(shù)和工藝指標(biāo)，對(duì)主要設(shè)備進(jìn)行了選型。最后，利用 CAD 繪制了各個(gè)流程的工藝流程圖。關(guān)鍵詞：天然氣凈化 脫硫 脫碳 脫水重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) ABSTRACTABSTRACTThis design for Sichuan a acidic gas purification process design. Simple gas desulfurization decarburization are introduced in the design and the necessity of dehydration, compares the domestic and foreign development situation of natural gas purification were analyzed. First according to the content of each component in the gas, station pressure and the requirement of design specifications, through the comparison of all kinds of natural gas purification technology, choosing correct purification process are designed. Desulfurization decarburization by methyl diethanolamine solution to selective removal of hydrogen sulfide and carbon dioxide from natural gas, Klaus technology on decarburization process produces acid gas desulfurization process; Dehydration process adopts the teg dehydration process. In determining the related process, according to the provided basic data for each equipment and related formula of material balance, heat balance, determine the process parameters and process indicators of the main equipment, main equipment for the selection. Finally, the use of CAD drawing the process flow diagram for each process. Keywords: The purification of natural gas；desulfurization；decarbonization；dehydration重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 目錄目 錄摘 要 .IABSTRACT .II1 緒 論 .11.1 本課題的目的和意義 .11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .11.2.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 .11.2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀 .11.3 研究任務(wù)和重點(diǎn)內(nèi)容 .32 工程概況及相關(guān)規(guī)范 .42.1 原料氣 .42.2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范 .53 工藝流程選擇 .63.1 脫酸工藝 .63.1.1 醇胺法脫硫脫碳的基本原理 .63.1.2 工藝流程 .73.1.3 克勞斯裝置 .83.2 脫水工藝流程 .84 脫硫脫碳工藝計(jì)算 .104.1 物料衡算 .104.1.1 天然氣的處理量 .104.1.2MDEA 的循環(huán)量 .114.2 物料衡算 .114.3 熱量衡算 .124.4MDEA 吸收塔的工藝設(shè)計(jì) .144.4.1 選型 .144.4.2 塔板數(shù) .154.4.3 塔徑 .154.4.4 堰及降液管 .164.4.5 浮閥計(jì)算 .184.4.6 塔板壓降 .194.4.7 塔附件設(shè)計(jì) .204.4.8 塔體總高度的設(shè)計(jì) .22重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 目錄4.5 再生塔 .224.5.1 計(jì)算依據(jù) .224.5.2 塔板數(shù)的確定 .234.5.3 再生塔的工藝條件及有關(guān)物性的計(jì)算 .234.5.4 再生塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 .244.6 克勞斯裝置工藝計(jì)算 .254.6.1 燃燒反應(yīng)爐 .254.6.2 轉(zhuǎn)化器 .265 脫水工藝計(jì)算 .275.1 參數(shù)的確定 .275.2 物料衡算 .275.2.1 脫水量 .275.2.2 甘醇循環(huán)流量 .285.2.3 貧甘醇流量 .285.2.4 富甘醇流量 .285.3 吸收塔 .285.3.1 塔板數(shù) .285.3.2 直徑 .315.3.3 高度 .325.4 重沸器 .325.5 貧/富甘醇換熱器 .325.6 貧甘醇換熱器 .335.7 精餾柱 .335.8 甘醇泵 .335.9 閃蒸分離器 .346 結(jié)論 .35參考文獻(xiàn) .36致 謝 .37附錄 .38重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 緒論01 緒 論1.1 本課題的目的和意義天然氣作為化工原料，生產(chǎn)加工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換效率高、能耗低、投資少、易實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，同時(shí)其產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性能好。因此，目前在石油化工工業(yè)，天然氣的使用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了石油。天然氣無(wú)論是作為能源還是作為化工原料，其發(fā)展速度如此之快，主要是得益于它具有儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低、高環(huán)保、綜合經(jīng)濟(jì)效益好的特點(diǎn)。 從井場(chǎng)開(kāi)采出來(lái)的天然氣多數(shù)含有 H2S、CO 2 和水 ，為了達(dá)到管輸標(biāo)準(zhǔn)，必須對(duì)它們進(jìn)行處理。 用于天然氣脫除酸性組分的方法有很多，大體可分為干法和濕法兩大類。干法脫硫現(xiàn)在工業(yè)上已很少應(yīng)用，濕法脫硫以醇胺法應(yīng)用最廣。目前脫水廣泛使用的是三甘醇溶液。近年在四川地區(qū)發(fā)現(xiàn)了開(kāi)發(fā)前景巨大的天然氣氣藏，但該地區(qū)氣田高含硫化氫及二氧化碳。酸性天然氣的凈化問(wèn)題，國(guó)內(nèi)尚無(wú)成熟的技術(shù)可以借鑒。天然氣凈化工藝的好壞直接關(guān)系到凈化氣能不能達(dá)到凈化指標(biāo)。對(duì)于含有硫化氫和二氧化碳等酸性氣體的天然氣，由于水的存在，會(huì)造成設(shè)備、管道的腐蝕。因此，有必要脫除天然氣中的酸性成分。同時(shí)，由于商品氣體規(guī)范要求的酸性氣體含量很低，所以必須把大部分酸性成分脫除，這樣才能保證正常的生產(chǎn)與運(yùn)輸。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)天然氣凈化工藝的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段：起步(20 世紀(jì) 50 年代至 60年代)；鞏固與提高(20 世紀(jì) 70 年代)；在進(jìn)一步改進(jìn)工藝的基礎(chǔ)上大幅度增加處理量(20 世紀(jì) 80 年代開(kāi)始) 。經(jīng) 40 多年的發(fā)展，我國(guó)天然氣凈化工藝的現(xiàn)狀大致可歸納如下：(1)各種脫硫、脫水、硫磺回收和尾氣處理工藝已基本形成一個(gè)完整的體系。目前，不僅有一系列可以對(duì)付不同氣質(zhì)的工藝方法，也掌握了若干能適應(yīng)特殊需要的工藝方法。因而就有可能根據(jù)不同的資源條件合理地選擇工藝方法。(2)除了相當(dāng)完整的工藝方法體系外，分析測(cè)試、儀表自動(dòng)化、循環(huán)冷卻水處理以及三廢處理等配套技術(shù)也形成了較完善的體系，保證了凈化裝置的平穩(wěn)操作。(3)幾乎所有凈化工藝涉及的溶劑、催化劑和關(guān)鍵設(shè)備均能立足于國(guó)內(nèi)，并已具備了開(kāi)發(fā)新工藝和新產(chǎn)品的能力。(4)根據(jù)凈化工藝生產(chǎn)實(shí)踐的需要,已完成了必要的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)模型以及相應(yīng)的軟件，后者已廣泛應(yīng)用于工藝計(jì)算及預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)。(5)宏觀而言，我國(guó)天然氣凈化工藝的主要指標(biāo)已達(dá)到或接近國(guó)外先進(jìn)水平，但在機(jī)械設(shè)備、環(huán)境保護(hù)、消耗指標(biāo)和生產(chǎn)管理上還存在差距。1.2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 緒論1為滿足愈來(lái)愈嚴(yán)格的環(huán)保要求，天然氣凈化工藝技術(shù)正在向更高水平邁進(jìn)。天然氣凈化工藝的發(fā)展將是以達(dá)到商品氣質(zhì)要求為目標(biāo)，根據(jù)不同的原料氣條件，有針對(duì)性地尋求較為合理的解決途徑，并盡可能地降低能耗。近年來(lái)，天然氣凈化工藝技術(shù)發(fā)展的總體趨勢(shì)可歸納如下：工藝向系列化、深度化方向發(fā)展。隨著對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，對(duì)凈化天然氣中的 H2S 含量(以及總硫含量)、CO 2 含量和硫回收及尾氣處理裝置排放氣中 SO2 含量的要求越來(lái)越低，促使原有的工藝進(jìn)行改進(jìn)提高和新的先進(jìn)技術(shù)出現(xiàn)。物理化學(xué)吸收工藝獲得進(jìn)一步發(fā)展?；瘜W(xué)物理溶劑及物理溶劑工藝具有高選擇性、能耗低、可脫有機(jī)硫等優(yōu)勢(shì)，尤其是在需要大量脫除有機(jī)硫的場(chǎng)合，此類方法具有獨(dú)特的優(yōu)越性。以 Shell 公司 Sulfinol 工藝為代表的化學(xué)物理溶劑采用不同溶劑配比，可滿足不同脫硫脫碳需要；最近由 Elf Aquitaine 公司開(kāi)發(fā)成功的 Hybrisol 工藝將甲醇的物理溶解特性和仲胺及叔胺的化學(xué)活性及選擇性吸收結(jié)合為一體，脫除有機(jī)硫(RSH和 COS)能力顯著增加 22。氧化還原法及生物脫硫技術(shù)頗受關(guān)注。對(duì)于低含硫天然氣(硫含量介于 0.1t/d至 30 t/d，尤其是 0.1t/d 至 10t/d 之間)的處理，氧化還原法工藝擁有優(yōu)勢(shì)十分明顯，能在接近室溫條件下脫硫的同時(shí)轉(zhuǎn)化生成元素硫，選擇性和轉(zhuǎn)化率都很高，幾乎達(dá)到 100%，對(duì)原料氣組成及氣體流量變化具有很強(qiáng)的適用性，同時(shí)，把氧化還原法脫硫工藝應(yīng)用于處理 H2S 含量較低而碳硫比極高的醇胺法再生酸氣，目前已積累了較為豐富的工業(yè)經(jīng)驗(yàn)，并為從貧酸氣中有效地回收硫磺開(kāi)拓了新的途徑。生物脫硫技術(shù)與氧化還原法工藝一樣，在脫硫同時(shí)進(jìn)行硫回收，氣體脫硫效率及硫化物轉(zhuǎn)化率都較高，過(guò)程操作簡(jiǎn)單，而且能夠適應(yīng)氣體流量及 H2S 含量較大的變化。不同之處在于采用生物催化劑(微生物)，不會(huì)失活，不存在溶液降解及催化劑補(bǔ)充的問(wèn)題；可根據(jù)流量及 H2S 含量變化自行調(diào)節(jié)，具有較好的操作彈性及應(yīng)變能力；只對(duì)H2S 具有很高的選擇性，CO 2 的存在不產(chǎn)生任何負(fù)面影響；生產(chǎn)親水性硫磺產(chǎn)品，不出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，使工藝操作大為簡(jiǎn)化。為降低投資和操作費(fèi)用，工藝流程也在不斷改進(jìn)和優(yōu)化。脫硫工藝除了在溶劑配方上進(jìn)行改進(jìn)外，對(duì)傳統(tǒng)工藝流程的改進(jìn)，以提高改善脫硫脫碳性能的努力則一直未停止，比較典型的改進(jìn)主要有：增加一個(gè)原料預(yù)接觸器、吸收塔采取多點(diǎn)進(jìn)料、胺液分流、用變壓再生替代重沸器熱再生等。在流程方面的這些有益嘗試都獲得了經(jīng)濟(jì)上的利益。此外，對(duì)裝置中部分設(shè)備的改進(jìn)亦促進(jìn)了工藝技術(shù)的不斷向前發(fā)展。如美國(guó) Union Pacific Resources 公司的東德克薩斯天然氣凈化廠就在貧液回路采用水平多級(jí)離心泵代替?zhèn)鹘y(tǒng)的貧液循環(huán)泵，達(dá)到了降低成本的目的 18。傳統(tǒng)天然氣的脫水方法主要有溶劑吸收法、固體吸附法和低溫分離法等。近年來(lái)膜分離法和超音速脫水法等新型的脫水方法和技術(shù)也得到了大力發(fā)展，新型天然氣脫水方法將逐步成為天然氣天脫水領(lǐng)域的新趨勢(shì)。超音速脫水法的優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)簡(jiǎn)單體重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 緒論2積小、可靠性高、操作方便、運(yùn)行費(fèi)用低；無(wú)需添加化學(xué)試劑，安全環(huán)保；利用天然氣自身壓力工作，節(jié)約能源。目前，超音速脫水技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用，2003年 12 月，馬來(lái)西