化工畢業(yè)設(shè)計(jì)天然氣脫硫脫水工藝設(shè)計(jì)

1、 目錄1.緒論11.1概論11.2研究目的及意義11.3我國(guó)商品天然氣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)21.4設(shè)計(jì)依據(jù)21.5設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想31.6設(shè)計(jì)內(nèi)容31.6.1脫硫部分31.6.2脫水部分31.7主要考慮因素31.7.1外部工藝因素31.7.2脫硫和脫水方法的內(nèi)部因素31.7.3 經(jīng)濟(jì)因素42.化學(xué)工藝42.1天然氣脫硫脫水工藝研究現(xiàn)狀與進(jìn)展42.1.1脫硫現(xiàn)狀42.1.2脫水現(xiàn)狀62.2選用的工藝及其意義72.2.1脫硫工藝72.2.2脫水工藝82.3選定方案的主要研究?jī)?nèi)容82.4生產(chǎn)制度82.5主要原料及其規(guī)格82.6產(chǎn)品規(guī)格92.7生產(chǎn)方法及工藝流程92.7.1脫硫工藝流程概述92.7.2脫水工藝流程概述

2、123.技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析133.1技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析說(shuō)明133.1.1技術(shù)經(jīng)濟(jì)依據(jù)133.1.2生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品方案143.1.3實(shí)施進(jìn)度143.1.4總投資估算143.1.4.1投資143.1.4.2流動(dòng)資金估算143.1.4.3職工人數(shù)及工資總額143.2財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)143.2.1生產(chǎn)成本估算143.2.1.1原料成本143.2.1.2燒動(dòng)力費(fèi)143.2.1.3固定資產(chǎn)原值143.2.1.4銷(xiāo)售費(fèi)143.3贏利分析154.節(jié)能優(yōu)化164.1最優(yōu)化方法164.2優(yōu)化問(wèn)題求解方法165. 工藝計(jì)算175.1天然氣氣質(zhì)條件與要求175.2脫硫工藝計(jì)算175.2.1進(jìn)料量的計(jì)算175.2.2吸收塔物料衡算和熱量衡

3、算195.2.2 1計(jì)算依據(jù)195.2.2.2物料衡算195.2.2.3熱量衡算245.2.3閃蒸計(jì)算265.2.3.1計(jì)算依據(jù)265.2.3.2具體計(jì)算265.2.4換熱器的熱量衡算275.2.4.1計(jì)算依據(jù)275.2.4.2熱量衡算285.2.5解吸塔的物料衡算和熱量衡算285.2.5.1計(jì)算依據(jù)285.2.5.2物料衡算285.2.5.3熱量衡算295.2.6胺冷卻器的熱量衡算305.2.6.1計(jì)算依據(jù)305.2.6.2熱量衡算305.2.7酸性氣體冷卻的熱量衡算305.2.7.1計(jì)算依據(jù)305.2.7.2熱量衡算305.3脫水工藝計(jì)算315.3.1參數(shù)的確定315.3.2物料衡算325

4、.3.2.1脫水量325.3.2.2甘醇循環(huán)流量325.3.3熱量衡算335.3.3.1重沸器335.3.3.2貧/富甘醇換熱器335.3.3.3氣體/貧甘醇換熱器346.設(shè)備選型346.1脫硫段346.1.1塔的工藝條件及有關(guān)物性的計(jì)算346.1.2吸收塔的塔體工藝尺寸計(jì)算376.1.2.1塔板主要工藝尺寸計(jì)算386.1.2.2流體力學(xué)驗(yàn)算416.1.3解吸塔446.1.3.1 計(jì)算依據(jù)446.1.3.2塔板數(shù)的確定446.1.3.3解吸塔的工藝條件及有關(guān)物性的計(jì)算446.1.3.4 解吸塔的塔體工藝尺寸計(jì)算466.1.4貧富換熱器476.1.4.1計(jì)算依據(jù)476.1.4.2傳熱面積的計(jì)算4

5、76.1.4.3換熱器選型476.1.5胺冷卻器486.1.5.1計(jì)算依據(jù)486.1.5.2傳熱面積計(jì)算486.1.6酸氣冷卻器486.1.6.1計(jì)算依據(jù)486.1.6.2傳熱面積計(jì)算486.1.7閃蒸罐486.1.7.1計(jì)算依據(jù)486.1.7.2尺寸計(jì)算496.2脫水段496.2.1吸收塔496.2.1.1 直徑496.2.1.2泡罩塔板主要結(jié)構(gòu)參數(shù)及選用506.1.2.3板面布置526.2.1.4吸收塔直徑546.2.2精餾柱546.2.3貧/富甘醇換熱器546.2.4閃蒸分離器（閃蒸罐）556.2.5總結(jié)55致謝57參考文獻(xiàn)5857- -100×104m3/d天然氣脫硫脫水工藝

6、設(shè)計(jì)1 緒論1.1概論天然氣(natural gas)是地表下孔隙性地層中天然生成的以低分子飽和烴為主的烴類(lèi)氣體和少量非烴類(lèi)氣體組成的可燃性氣體混合物，它常常和原油伴生在一起。天然氣組分大多數(shù)以甲烷為主，包含乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等烴類(lèi)，以及少量的氮?dú)?、二氧化碳、硫化氫、氦、氧、氫等氣體。天然氣作為一種寶貴的資源在人民生活和工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。它作為一種高效、優(yōu)質(zhì)、清潔能源，不僅在工業(yè)與城市民用燃?xì)庵袕V泛應(yīng)用，而且在發(fā)電業(yè)中也越來(lái)越發(fā)揮重要作用。天然氣還是很好的化工原料，廣泛應(yīng)用于合成氨、甲醇、氮肥工業(yè)、合成纖維工業(yè)等；天然氣合成油(gtl)技術(shù)，也是天然氣大規(guī)模利用的途徑之一；從天然氣中分

7、離出來(lái)的硫磺還可作為硫酸工業(yè)原料。天然氣不僅在燃料、化工原料等方面有諸多優(yōu)點(diǎn)，對(duì)天然氣進(jìn)行處理回收其中的硫磺，提高天然氣資源綜合利用程度，獲得天然氣資源的更大價(jià)值，還能保證在儲(chǔ)藏、運(yùn)輸過(guò)程中的安全性，減少大氣污染，對(duì)提高天然氣的整體經(jīng)濟(jì)效益，都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2研究目的及意義天然氣作為一種新興能源，在我們的生活中占據(jù)著越來(lái)越重要的地位。據(jù)眾多國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)和專(zhuān)家預(yù)言：天然氣將逐漸取代石油在能源消耗結(jié)構(gòu)中的地位，到21世紀(jì)中期將進(jìn)入“天然氣世紀(jì)”。世界上天然氣的儲(chǔ)量十分豐富，現(xiàn)常規(guī)天然氣的最終可采儲(chǔ)量約為327.4×103m3,而非常規(guī)天然氣資源估計(jì)有1397×1012

8、4430×1012m3,這為天然氣成為一種優(yōu)質(zhì)清潔能源和重要的化工原料提供了資源保障。1自地下儲(chǔ)集層沖采出的天然氣中都含有一定的水分和h2s，有機(jī)硫等酸性組分，這些組分的存在往往會(huì)造成嚴(yán)重的后果：1.水分與天然氣在一定條件下形成氣體水合物而阻塞管路，影響平穩(wěn)供氣；而h2s和有機(jī)硫等酸性組分在水的存在下還會(huì)腐蝕管路和設(shè)備，同時(shí)也造成了不必要的動(dòng)力消耗。2. 硫組分中大部分有劇毒，而且還有可能使催化劑催化劑中毒；含硫天然氣燃燒后直接排入大氣，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的so2環(huán)境污染，產(chǎn)生酸雨等災(zāi)害，損害大面積農(nóng)作物。因此，無(wú)論是從金屬防腐、環(huán)境保護(hù)、人員安全角度考慮，都必須從天然氣中脫除水分和酸氣組分

9、。另外，從充分回收利用硫資源的角度考慮，天然氣中脫除下來(lái)的酸性組分可通過(guò)克勞斯硫磺回收工藝生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)硫磺。硫磺是一種重要的基礎(chǔ)化工原料，在國(guó)防、農(nóng)業(yè)、化工、輕工、冶金、建材、醫(yī)藥等眾多領(lǐng)域起著至關(guān)重要的作用，回收天然氣中的硫資源起到了變廢為寶的作用。隨著石油、天然氣勘探開(kāi)發(fā)逐步向復(fù)雜、高風(fēng)險(xiǎn)油氣藏等領(lǐng)域發(fā)展，一批含硫、高含硫氣田相繼投入開(kāi)發(fā)(如羅家寨、渡口河、普光等氣田)，一批新的天然氣凈化處理廠將應(yīng)運(yùn)而生。目前對(duì)天然氣脫硫裝置設(shè)計(jì)一般采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，該方法在給定工藝指標(biāo)的前提下，由個(gè)人經(jīng)驗(yàn)與手工查圖相結(jié)合的辦法，手算出脫硫裝置中各設(shè)備的參數(shù)。2該方法不僅設(shè)計(jì)技術(shù)手段落后;對(duì)設(shè)計(jì)者本身的素質(zhì)要

10、求較高;沒(méi)有考慮到技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，不符合成本最低的要求，不能完全貫徹“安全、效益并重”的現(xiàn)代企業(yè)管理思想;而且采用該方法設(shè)計(jì)出的天然氣脫硫裝置往往存在系統(tǒng)運(yùn)行不協(xié)調(diào)、不經(jīng)濟(jì)的問(wèn)題。因此天然氣脫硫裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)是當(dāng)前迫切需要解決的問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)外研究大都停留在對(duì)單個(gè)設(shè)備的模擬和優(yōu)化上，而對(duì)整個(gè)脫硫裝置系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究相對(duì)較少。因此，本文將模擬與優(yōu)化技術(shù)引入到天然氣脫硫裝置設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)提高脫硫裝置整體運(yùn)行效果、降低天然氣處理系統(tǒng)的運(yùn)行成本具有一定的指導(dǎo)作用。同時(shí)本文的研究對(duì)降低管道、設(shè)備、儀表的腐蝕:減少大氣污染;增強(qiáng)下游行業(yè)的天然氣深加工能力;保證人民的生命財(cái)產(chǎn)安全;提高天然氣相關(guān)行業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)

11、、節(jié)約能源、社會(huì)效益，都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.3我國(guó)商品天然氣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 表1.1 商品天然氣的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) （gb 17820-1999）項(xiàng) 目一 類(lèi)二 類(lèi)三 類(lèi)高位發(fā)熱量mj/m33.14總硫mg/ m3 100 200460h2s mg/ m3620460二氧化碳 %(v)3.0水露點(diǎn)在天然氣交接點(diǎn)的壓力和溫度條件下，天然氣的水露點(diǎn)應(yīng)比最低溫度低50。1.4設(shè)計(jì)依據(jù)該工藝是依據(jù)西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，按照化學(xué)工業(yè)部1988年6月發(fā)布的“化工工廠初步設(shè)計(jì)內(nèi)容深度的規(guī)定”進(jìn)行設(shè)計(jì)的。1.5設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想1.適應(yīng)化工生產(chǎn)的特點(diǎn)，搞好配套專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)，特別是要加強(qiáng)節(jié)能、環(huán)保、安全、消防及工

12、業(yè)衛(wèi)生和勞動(dòng)保護(hù)方面的配套設(shè)計(jì)。2.遵照市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的規(guī)律，參考有關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，精心設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，精打細(xì)算，在保證質(zhì)量的前提下，力爭(zhēng)用最少的資金，研究出最合理的優(yōu)秀設(shè)計(jì)。1.6設(shè)計(jì)內(nèi)容1.6.1脫硫部分 1.天然氣脫硫工藝方案的選擇2.天然氣脫硫工藝工藝參數(shù)的確定3.天然氣脫硫工藝物料、能量衡算4.主要工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)5.天然氣脫硫工藝流程圖的繪圖1.6.2脫水部分1.天然氣脫水工藝方案的選擇2.天然氣脫水工藝工藝參數(shù)的確定3.天然氣脫水工藝物料、能量衡算4.主要工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)5.天然氣脫水工藝流程圖的繪圖1.7主要考慮因素1.7.1外部工藝因素如原料氣的組成、壓力、溫度、凈化

13、氣要求的凈化度、壓力、溫度；以及由此而要求的技術(shù)條件（如再生蒸汽壓力、貧液入塔溫度等等）。這些因素基本上不取決于脫硫和脫水方法本身。1.7.2脫硫和脫水方法的內(nèi)部因素如消耗指標(biāo)、三廢產(chǎn)生情況、要求的設(shè)備型式等等，以及他們與上述外部工藝因素的關(guān)系。這些方法的內(nèi)部對(duì)工藝流程和設(shè)備有直接影響。1.7.3 經(jīng)濟(jì)因素主要是投資和操作成本，也包括原材料供應(yīng)情況：盡管脫硫方法甚多，但對(duì)較大型的裝置醇胺法經(jīng)常是優(yōu)先考慮的。這類(lèi)方法技術(shù)成熟，溶劑來(lái)源方使，對(duì)上述三個(gè)方面的影響因素有很大的適應(yīng)性是天然氣工業(yè)上最重要的類(lèi)方法：據(jù)有關(guān)資料介紹，今世界2000多套氣體脫硫裝置中，醇胺法裝置占55以上。而在脫水過(guò)程中，三

14、甘醇（teg）脫水的工藝性質(zhì)為連續(xù)性吸收再生，露點(diǎn)降為40到60，能耗中等，投資也中等，且沒(méi)有環(huán)境問(wèn)題，所以三甘醇是種很好的脫水方法。2 化學(xué)工藝2.1天然氣脫硫脫水工藝研究現(xiàn)狀與進(jìn)展2.1.1脫硫現(xiàn)狀氣體脫硫是一種古老的工藝，19世紀(jì)末英國(guó)已開(kāi)始用干式氧化法從氣流中脫除h2s。目前國(guó)內(nèi)外己經(jīng)開(kāi)發(fā)出許多天然氣脫硫處理工藝方法，這些方法主要分為可再生溶劑法、固定床吸附法、膜分離方法、等三大類(lèi)工藝流程方法。31.可再生溶劑脫硫工藝可再生溶劑吸收脫除h2s是目前最常用的方法。該方法通過(guò)將含有h2s的天然氣與溶劑逆流接觸而達(dá)到在吸收塔中將其脫除的目的。同時(shí)，吸收了h2s的富液通過(guò)熱再生將其去除，然后將

15、溶液冷卻，再重新使用，從而完成整個(gè)循環(huán)過(guò)程。再生出來(lái)的酸氣一般通過(guò)cluas硫磺回收工藝將h2s轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫，而將其回收利用。常用的可再生溶劑主要有化學(xué)溶劑(胺類(lèi)溶劑和熱碳酸鉀)、物理溶劑、混合溶劑等三大類(lèi)。4其中化學(xué)溶劑(主要是醇胺類(lèi))法是目前天然氣脫硫工藝中使用最頻繁的方法。在低操作壓力下，它們比物理溶劑或混合溶劑更為適用。因?yàn)榇藭r(shí)h2s等酸氣的脫除過(guò)程主要是受化學(xué)過(guò)程控制，而較少依賴(lài)于組分的分壓，而且化學(xué)溶劑對(duì)烴類(lèi)的溶解度很小，不會(huì)造成大的烴損失。清除小規(guī)模的低于15-20噸硫化氫，氧化還原法或胺溶解法已被證明是一個(gè)很合適的方法。在脫除過(guò)程中，必須把固體硫轉(zhuǎn)換成硫化氫，以硫在胺溶劑中改良

16、為克勞斯回收法，可用于如凈化廠中的所有克勞斯回收法回收的硫化氫。這個(gè)可以表明胺溶液相比氧化還原反應(yīng)是便宜的。對(duì)于高容量的情況，所需要的硫容量是高于20的tpd ，所以胺溶液法加克勞斯硫磺回收法仍舊是最符合經(jīng)濟(jì)效益的選擇。5目前工業(yè)中常用的溶劑脫硫方法對(duì)比情況如表2.16所示:表2.1溶劑脫硫方法對(duì)比脫硫方法mdeasulfinol-dsulfinol-dmeamea化學(xué)溶劑mdeadipamdeameamea物理溶劑環(huán)丁砜環(huán)丁砜氨液濃度%( m)20503050305015253040酸氣負(fù)荷mol/mol0.40.70.50.50.30.50.5脫有機(jī)硫效率，%差80958095差差選擇脫硫

17、能力有無(wú)有無(wú)無(wú)溶解烴量少較多較多少少再生易難程度易較易較易難較難腐蝕性弱較弱較弱強(qiáng)較強(qiáng)國(guó)外裝置數(shù)，套50140140幾百套65 2. sulfinol法工藝砜胺法凈化天然氣的工藝流程與醇胺法相同，差別僅僅是使用的吸收溶液不同。砜胺法采用的溶液包含有物理吸收溶劑和化學(xué)吸收溶劑，物理吸收溶劑是環(huán)丁砜?；瘜W(xué)吸收溶劑可以用任何一種醇胺化合物，但常用的是二異丙醇胺(dipa)和甲基二乙醇胺(mdea) 。砜胺法溶液的酸氣負(fù)荷幾乎正比于氣相中酸氣分壓。因此，處理高酸氣分壓的氣體時(shí)，砜胺法比化學(xué)吸收法有較高的酸氣負(fù)荷。因?yàn)轫堪啡芤褐泻写及奉?lèi)化合物，因此凈化氣中酸氣含量低，較易達(dá)到管輸要求的氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。由于砜

18、胺法兼有物理吸收法和化學(xué)吸收法二者的優(yōu)點(diǎn)，因而自1964年工業(yè)化以來(lái)發(fā)展很快，現(xiàn)在已成為天然氣脫硫的重要方法之一。但是該方法不能深度脫硫，常用于硫的粗脫，與其它方法配合使用。3.膜分離技術(shù)膜分離技術(shù)適合處理原料氣流量較低、含酸氣濃度較高的天然氣，對(duì)原料氣流量或酸氣濃度發(fā)生變化的情況也同樣適用，但不能作為獲取高純度氣體的處理方法。對(duì)原料氣流量大、酸氣含量低的天然氣不適合，而且過(guò)多水分與酸氣同時(shí)存在會(huì)對(duì)膜的性能產(chǎn)生不利影響。目前，國(guó)外膜分離技術(shù)處理天然氣主要是除去其中的co2，分離h2s的應(yīng)用相對(duì)較少，而且處理的h2s濃度一般也較低，多數(shù)應(yīng)用的處理流量不大，有些僅用于邊遠(yuǎn)地區(qū)的單口氣井。但膜分離技

19、術(shù)作為一種脫除大量酸氣的處理工藝，或者與傳統(tǒng)工藝混合使用，則為含高濃度酸氣的天然氣處理提供了一種可行的方法。國(guó)外在此方面已作了許多有益的嘗試。尤其是對(duì)一些高含量h2s天然氣的處理，獲得了滿(mǎn)意效果。2.1.2脫水現(xiàn)狀天然氣脫水在原理上講有四種方式：直接冷卻、壓縮以后冷卻、吸收和吸附，在工藝上主要有：液體脫水劑(甘醇)法、固體脫水劑(分子劑、鉛土、硅膠)及氯化鈣法。1. ifpex一1脫水工藝法國(guó)石油科學(xué)院開(kāi)發(fā)的ifpexol工藝是氣體加工領(lǐng)域的一項(xiàng)新工藝，其突出的優(yōu)點(diǎn)是其經(jīng)濟(jì)性及對(duì)環(huán)境的安全性。ifpexol的基礎(chǔ)是在低溫下使用單一的甲醇溶劑，其技術(shù)原理則是利用天然氣凝液回收中的氣體冷卻來(lái)同時(shí)完

20、成脫水和酸氣脫除中的溶劑處理。ifpiexol工藝分兩部分，其中ifpexl用于脫水，其工藝過(guò)程是：氣體進(jìn)料向上通過(guò)一座接觸塔，在塔內(nèi)與來(lái)自冷卻分離器并向下流動(dòng)的含水溶劑逆流接觸，上升的原料氣從水中完全提出。由于該工藝不蒸發(fā)氣體，因而可減少芳烴的排放。ifpex1工藝的操作費(fèi)用低。能量費(fèi)用占操作費(fèi)用的大部分。常用的三甘醇法需要一臺(tái)大的輸送高熱物料泵和再生裝置，耗能較多。而ifpiex1工藝不需要耗熱只要用一定的電量驅(qū)動(dòng)一臺(tái)小低壓泵。若以每千瓦小時(shí)的電費(fèi)為005美元及每百萬(wàn)大卡需要耗燃料費(fèi)12美元計(jì)算，與三甘醇法相比較，ifpiexl每年可節(jié)約10萬(wàn)美元的操作費(fèi)用。2.三甘醇工藝目前天然氣脫水中

21、應(yīng)用最多的是三甘醇工藝。在新概念的指導(dǎo)下，這項(xiàng)脫水工藝又有所發(fā)展。研究表明，結(jié)構(gòu)填料在壓力為689mpa或更大時(shí)進(jìn)行天然氣脫水表現(xiàn)出極佳的效果。arco油氣公司證實(shí)，在采用三甘醇脫水相同的工藝條件下，結(jié)構(gòu)填料能夠?qū)⑺囊?guī)模減小，容器重量減少，內(nèi)部零件減少，費(fèi)用降低。目前已進(jìn)行了兩種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)填料測(cè)試。結(jié)構(gòu)填料提供了更大的吸收率、更高的處理量及較低的壓降。甘醇脫水工藝的另一項(xiàng)改進(jìn)技術(shù)是使用異辛烷、甲苯等作為共沸劑的的drizo法，其三甘醇貧液濃度可達(dá)99998，干氣露點(diǎn)可達(dá)73，無(wú)氣體排放。美國(guó)proses公司擁有的這項(xiàng)proses技術(shù)，氣體處理越大，成本越低，世界上許多國(guó)家正在推廣這項(xiàng)技術(shù)。3

22、.分子篩分子篩能脫除天然氣中的水、硫化物和其他雜質(zhì)，也可用于酸性天然氣的干燥。目前許多天然氣田都使用分子篩干燥氣體。分子篩能將水脫除很低的水平。在分子篩干燥氣體時(shí)，同時(shí)吸附了硫化氫，但需注意，在有co2存在時(shí)，h2s可能被催化反應(yīng)為碳基硫。特殊的抗酸性分子篩的使用壽命長(zhǎng)，能保持其脫水能力。分子篩用于氣體干燥不需要甘醇脫水那樣的預(yù)冷卻。隨著天然氣價(jià)格的上漲，許多酸性氣田要投入開(kāi)發(fā)，已考慮選擇用抗酸性分子篩干燥天然氣。4.膜分離工藝20世紀(jì)90年代美國(guó)天然氣研究院提出的膜分離工藝，是根據(jù)含有水蒸汽、溶解氣的流動(dòng)氣體通過(guò)聚合物薄膜發(fā)生的擴(kuò)散或滲透，由于不同氣體有不同的溶解度和擴(kuò)散系數(shù)，氣體通過(guò)膜具有

23、不同的移動(dòng)速度，從而達(dá)到分離的目的。工業(yè)上早期使用的氣體分離膜，成本高、分離能力低，大規(guī)模使用受到限制，隨著膜分離系統(tǒng)分離能力的改進(jìn)和費(fèi)用的降低，1987年permea公司工業(yè)上首先使用膜裝置干燥器來(lái)干燥壓縮空氣，能使壓縮空氣的含水量低于lppm。美國(guó)天然氣研究院及一些大型石油公司已研究開(kāi)發(fā)出了用于天然氣干燥的氣體分離膜和膜系統(tǒng)。由于膜分離法天然氣脫水裝置體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，減少了海上采油平臺(tái)建設(shè)的投資費(fèi)用。美國(guó)grace公司利用卷式膜組件開(kāi)發(fā)了天然氣水分和酸性氣體脫除的工業(yè)試驗(yàn)裝置，并在加拿大等地現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了試驗(yàn)，取得了良好效果。近幾年來(lái)，挪威airproducts公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出適用于海

24、洋開(kāi)發(fā)平臺(tái)的天然氣脫水裝置。膜分離技術(shù)是目前世界上比較先進(jìn)的技術(shù)之一，它具有易于操作、使用壽命長(zhǎng)、適應(yīng)范圍廣、安全可靠、能耗低等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。國(guó)外的膜分離生產(chǎn)和研發(fā)技術(shù)已走在我國(guó)的前面，我國(guó)的天然氣行業(yè)雖然起步晚，但發(fā)展勢(shì)頭猛勁，更需要開(kāi)發(fā)和應(yīng)用先進(jìn)的工藝方法。2.2選用的工藝及其意義2.2.1脫硫工藝天然氣脫硫工藝的選擇需要考慮很多可變因素，概括起來(lái)有如下幾點(diǎn)：1.含硫天然氣的組成、所含雜質(zhì)的類(lèi)型和濃度；2.脫硫后氣體凈化深度要求；3.酸性氣體加工要求；4.脫硫后氣體的溫度和壓力要求；5.處理氣體的量；6.脫除酸性氣體的選擇性要求；7.含硫天然氣中h2s與co:的比率;8.建設(shè)提交和操作費(fèi)用。m

25、dea法是目前相對(duì)較好的脫硫工藝方法，它具有：1.對(duì)h2s和c02的反應(yīng)速率相差若干個(gè)數(shù)量級(jí)，具有很好的選擇吸收能力；2.對(duì)酸性氣體的吸收性好，兼有物理和化學(xué)吸收，溶劑負(fù)載量大，凈化度高；3.在各種醇胺液中，mdea溶液與酸性氣體的溶解熱最低，吸收與再生間溫差小，再生溫度低，故能耗低;4.穩(wěn)定性好，使用中很少發(fā)生降解，對(duì)碳鋼基本無(wú)腐蝕；5.mdea溶液蒸汽壓低，吸收酸性氣體溶劑損失小，工業(yè)裝置上溶解的年更換率為2%一3%。胺液脫除是所有的脫硫方法用完之后才被采用的，以15-20的tpd的選擇性胺液脫硫是很復(fù)雜的，且取決于當(dāng)?shù)氐膲毫?，溫度和硫化氫的腐蝕能力，而成本因素則是mdea成為最常用的吸收

26、溶劑的一個(gè)重要因素。mea ， mdea（甲基二乙醇胺）和許多其他化學(xué)溶劑也是特殊的胺化學(xué)溶劑，二氧化碳接觸胺溶液時(shí)，硫化氫和二氧化碳均被胺溶液吸收，并盡量減少能源的消耗。mdea溶劑能吸收更多的酸性氣體，在部分高壓力的吸收塔中能再生被吸收的氣體，簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)就是兩者均能減少的反應(yīng)過(guò)程中的能量消耗。mdea法和克勞斯法回收硫磺在經(jīng)濟(jì)方面是最好的選擇。7綜上所述，本文擬采用mdea法選擇性脫硫工藝作為本文的研究對(duì)象。2.2.2脫水工藝目前天然氣脫水中應(yīng)用最多的是三甘醇工藝。在新概念的指導(dǎo)下，這項(xiàng)脫水工藝又有所發(fā)展。研究表明，結(jié)構(gòu)填料在壓力為689mpa或更大時(shí)進(jìn)行天然氣脫水表現(xiàn)出極佳的效果。arc

27、o油氣公司證實(shí)，在采用三甘醇脫水相同的工藝條件下，結(jié)構(gòu)填料能夠?qū)⑺囊?guī)模減小，容器重量減少，內(nèi)部零件減少，費(fèi)用降低。目前已進(jìn)行了兩種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)填料測(cè)試。結(jié)構(gòu)填料提供了更大的吸收率、更高的處理量及較低的壓降。故本次擬設(shè)計(jì)采用三甘醇作為脫水劑。2.3選定方案的主要研究?jī)?nèi)容1.根據(jù)生產(chǎn)的方法來(lái)確定精制方案。2.對(duì)天然氣脫硫脫水車(chē)間進(jìn)行工藝計(jì)算，對(duì)主題設(shè)備進(jìn)行選型，設(shè)計(jì)最優(yōu)的工藝流程，使天然氣被充分凈化，且mdea溶液和teg溶液達(dá)到最高的回收率。3.對(duì)天然氣脫硫和脫水的吸收塔進(jìn)行設(shè)計(jì)并畫(huà)出其設(shè)備圖，然后畫(huà)出天然氣脫硫脫水車(chē)間的工藝流程圖。4.總結(jié)本文的研究結(jié)果，并提出建議并編輯說(shuō)明書(shū)。2.4生產(chǎn)制度

28、本車(chē)間為間歇操作、連續(xù)生產(chǎn)的車(chē)間，每年以300天、7200小時(shí)計(jì)，每日三班，每班8小時(shí)的連續(xù)生產(chǎn)。2.5主要原料及其規(guī)格表2.2 原料氣規(guī)格表組分摩爾百分?jǐn)?shù) %ch489.91c2h63.72c3h80.66i-c4h100.152n- c4h100.165i- c5h120.051n- c5h120.076c6+0.178co22.52he0.005h2s0.968n21.552.6產(chǎn)品規(guī)格 設(shè)計(jì)要求凈化氣氣質(zhì)條件：h2s20mg/m3，co2含量3% 。82.7生產(chǎn)方法及工藝流程2.7.1脫硫工藝流程概述1.工藝參數(shù)的估計(jì)凈化氣出吸收塔的溫度估計(jì)：一般比原料氣進(jìn)吸收塔溫度高8-17或比貧液

29、溫度高0-8。這里取比原料氣溫度高14.1即：35。吸收塔塔底富液溫度的估計(jì)：由于mdea吸收h2s的過(guò)程是放熱過(guò)程，該溫度比一般入口氣高10-25，這里取14.50，則富mdea溶液為34。離開(kāi)換熱器的富液溫度估計(jì)：為減輕腐蝕和富液酸氣的解吸，一般貧富液不需要大面積的換熱，設(shè)計(jì)時(shí)溫度一般取55-94。這里取60。2.過(guò)程描述溫度為25，壓力為5480kpa的原料氣先經(jīng)過(guò)入塔分離器，除去天然氣中夾帶的液體和固體顆粒；然后氣體進(jìn)入吸收塔底部，與41.82的mdea溶液逆流相接觸，脫除其中的硫化氫。從塔底出來(lái)的富mdea溶液先經(jīng)過(guò)閃蒸罐，使富液中夾帶的雜質(zhì)閃蒸出來(lái)，再經(jīng)過(guò)換熱器使富液的溫度升到60

30、后進(jìn)入再生塔，使之與逆流的蒸汽及氣提氣相接觸，從而解吸出富液中的h2s。8從再生塔底部出來(lái)的貧液經(jīng)過(guò)冷卻器冷卻至41.82后進(jìn)入吸收塔上端，進(jìn)行吸收再生的循環(huán)過(guò)程。從塔頂出來(lái)的達(dá)到凈化要求的35凈化氣完成此工藝。3.工藝流程簡(jiǎn)圖 2 1 453 67 98 1110 圖2.1 天然氣脫硫流程簡(jiǎn)圖1 入口分離器；2吸收塔；3閃蒸罐；4水冷器；5增壓泵；6貧富換熱器；7再生塔；8重沸器；9冷凝器；10回流泵；11回流罐； 4.主要設(shè)備工藝參數(shù)的選擇表2.3 操作參數(shù)表設(shè)備溫度壓力mpa入口分離器254.5mdea吸收塔塔頂：354.47塔底：255.5mdea換熱器貧液：118830.57富液：6

31、0930.57meda再生塔塔頂：930.16塔底：1170.18mdea閃蒸罐600.5 5. mdea法的一般操作問(wèn)題(1)腐蝕在醇胺法裝置的操作中，最嚴(yán)重的問(wèn)題是腐蝕，這一問(wèn)題已引起了廣泛的注意。醇胺系統(tǒng)主要的腐蝕劑是酸性氣體本身。特別在使用mdea溶液的裝置中，腐蝕隨著溶液中酸性氣體濃度的增加而增強(qiáng)。游離的或化合的co2能引起嚴(yán)重腐蝕，而在高溫以及有水存在時(shí)尤其嚴(yán)重。h2s像酸一樣地與碳鋼作用，隨后形成不溶的硫化亞鐵。硫化亞鐵在金屬表面上形成膜，但此膜粘附得并不緊密，所以對(duì)進(jìn)一步腐蝕起的保護(hù)作用不大。同時(shí)發(fā)現(xiàn)在主要處理co2的裝置中，有很少h2s存在時(shí)，的確可以減少腐蝕作用。第二個(gè)重要

32、的腐蝕劑是溶劑的分解產(chǎn)物。這種分解產(chǎn)物是溶劑和進(jìn)料氣體組分的不可逆造成的。在過(guò)程循環(huán)的某些部分，由于存在氧與溶液接觸，也會(huì)促使某種情況的嚴(yán)重腐蝕。溶液中的懸浮固體即硫化鐵的侵蝕，以及溶液在換熱器管子和管路中高速流動(dòng)，都會(huì)加快腐蝕。在此條件下，阻止了硫化鐵的形成，并且鐵由于和h2s反應(yīng)而被連續(xù)的脫落下來(lái)。為減輕腐蝕作用，通常采用以下幾種措施：1.再沸器中溶液的溫度與再沸器中所用蒸氣的溫度盡可能低。2.避免用高溫載熱體，以使金屬壁面的溫度維持最低。3.壓力再生而產(chǎn)生的高溫會(huì)引起再沸器的壓力應(yīng)維持得盡可能低些。4.為了防止氧氣進(jìn)入系統(tǒng)，使所有會(huì)暴露在大氣的溶液界面上有一層惰性氣體覆蓋，并使泵的入口處

33、維持適當(dāng)正壓。5.連續(xù)除去懸浮固體與分解產(chǎn)物往往有助于降低腐蝕作用。6.在某些情況下，在循環(huán)胺液中加入苛性鈉，可使腐蝕顯著減輕。7.使用腐蝕抑制劑，包括高分子胺和重金屬鹽。4(2)發(fā)泡在吸收塔中，常常會(huì)遇見(jiàn)醇胺溶液的發(fā)泡問(wèn)題，而且在解吸塔中也可能發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起沖塔。發(fā)泡通常是由于溶液中的雜質(zhì)引起的。溶液發(fā)泡會(huì)導(dǎo)致脫硫裝置處理能力嚴(yán)重下降，胺液再生不合格，脫硫效率達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，凈化氣中h2s含量超標(biāo)，溶液損失增加等。解決辦法通常有：1.必須對(duì)原料氣在吸收塔前進(jìn)行分離，以除去游離液體。2.保持貧胺液的溫度比進(jìn)口氣高510，可以防止進(jìn)口氣中的輕質(zhì)烴組分凝結(jié)下來(lái)。3.溶液中的固體顆?？梢越璺至鬟B

34、續(xù)過(guò)濾方式而除去。2.7.2脫水工藝流程概述 1.過(guò)程描述三甘醇脫水由高壓吸收系統(tǒng)及低壓再生系統(tǒng)兩部分組成。來(lái)自脫硫裝置的濕凈化天然氣經(jīng)原料分離器自吸收塔下部進(jìn)入吸收塔，由于進(jìn)入吸收塔的氣體不允許含有游離液體（水與液烴）、化學(xué)劑、壓縮機(jī)潤(rùn)滑油及泥沙等物，所以，濕天然氣進(jìn)入裝置后，先經(jīng)過(guò)進(jìn)口氣滌器除去游離液體和固體雜質(zhì)。如果天然氣中雜質(zhì)過(guò)多，還要采用過(guò)濾分離器。進(jìn)口氣滌器頂部設(shè)有捕霧氣（除沫器），用來(lái)脫除出口氣體中攜帶的液滴。由進(jìn)口氣滌器頂部分出的濕天然氣進(jìn)入吸收塔底部，向上通過(guò)各層塔板，與向下流過(guò)各層塔板的甘醇溶液逆向接觸時(shí)，使氣體中的水蒸氣被甘醇溶液所吸收。吸收塔頂部設(shè)有捕霧氣（除沫器），用

35、來(lái)脫除出口氣中攜帶的甘醇溶液液滴，減少甘醇損失。離開(kāi)吸收塔的干氣經(jīng)過(guò)氣體/貧甘醇換熱器（貧甘醇冷卻器），用來(lái)冷卻進(jìn)入吸收塔的甘醇貧液（貧甘醇）。然后，經(jīng)產(chǎn)品氣分離后，調(diào)壓、計(jì)量后進(jìn)入管道外輸。經(jīng)氣體/貧甘醇換熱器冷卻后的貧甘醇進(jìn)入吸收塔頂部，由頂層塔板依次經(jīng)各層踏板流至底層塔板。底層塔板的溢流管上裝有液封槽，用以對(duì)塔板進(jìn)行液封。吸收了天然氣中水蒸氣的甘醇溶液（富甘醇）從吸收塔底流出，先經(jīng)高壓過(guò)濾器除去由進(jìn)料氣帶入的固體雜質(zhì)，再與再生好的熱甘醇貧液（熱貧甘醇）換熱后進(jìn)入閃蒸分離器（閃蒸罐），經(jīng)過(guò)低壓閃蒸分離，分出被甘醇溶液吸收的烴類(lèi)氣體。從閃蒸分離器底部排出的富甘醇依次經(jīng)過(guò)纖維過(guò)濾器（固體過(guò)濾器

36、）和活性炭過(guò)濾器除去甘醇溶液在吸收塔中吸收與攜帶過(guò)來(lái)的少量固體、液烴化學(xué)劑及其它雜質(zhì)。這些雜質(zhì)可以引起甘醇溶液氣泡、堵塞再生系統(tǒng)的精餾柱（通常是填料柱），還可使重沸器的火管結(jié)垢。由纖維過(guò)濾器和活性炭過(guò)濾器來(lái)的富甘醇經(jīng)貧/富甘醇換熱器預(yù)熱后，進(jìn)入重沸器上部的精餾柱中。精餾柱一般充填陶瓷的英特洛克斯（intalox）填料。富甘醇在精餾柱內(nèi)向下流入重沸器時(shí)，與由重沸器中氣化上升的熱甘醇蒸汽和水蒸氣接觸，進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)。精餾柱頂部裝有回流冷凝器，以在精餾柱頂部產(chǎn)生部分回流?；亓骼淠骺梢圆捎每諝饫鋮s，也可以采用冷的富甘醇冷卻。從富甘醇中氣化的水蒸氣，最后從精餾柱頂部排至大氣中。從精餾柱流入重沸器的富甘

37、醇，在重沸器中被加熱到177204左右，以便充分脫除所吸收的水蒸氣，并使甘醇溶液中的甘醇濃度提濃到99%（w）以上。再生好的熱貧甘醇由重沸器流經(jīng)貧/富甘醇換熱器等冷換設(shè)備進(jìn)行冷卻。當(dāng)采用裝有換熱盤(pán)管的緩沖罐時(shí)，熱貧甘醇則由重沸器的溢流管流入緩沖罐中，與流經(jīng)緩沖罐內(nèi)換熱盤(pán)管的冷富甘醇換熱。緩沖罐也起甘醇泵的供液罐作用。離開(kāi)貧/富液換熱器（或緩沖罐）的貧甘醇經(jīng)甘醇泵加壓后去氣體/貧甘醇換熱器進(jìn)一步冷卻，然后再進(jìn)入吸收塔頂部循環(huán)使用。2.主要設(shè)備作用甘醇泵：輸送設(shè)備，輸送貧甘醇入吸收塔。再沸器：加熱富液，進(jìn)行蒸餾。緩沖罐：儲(chǔ)存液體過(guò)濾器：除去teg溶液中的固體粒子和溶解性雜質(zhì)。溶液中固體含量應(yīng)低于0

38、.01(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，以防止磨損泵、堵塞換熱設(shè)備、污染塔盤(pán)或填料、導(dǎo)致溶液發(fā)泡。貧液冷卻器：冷卻貧甘醇以達(dá)到需要的溫度貧/富液換熱器：控制進(jìn)閃蒸罐和過(guò)濾器的富液溫度，并回收貧液的熱量。一般讓富液升溫至148左右進(jìn)再生塔，以減輕重沸器的熱負(fù)荷。原料氣分離器：分離原料氣夾帶的固體或液滴。如砂子、管線腐蝕產(chǎn)物、液烴以及井下作業(yè)用的化學(xué)藥劑等。3.保持甘醇潔凈防止或減緩甘醇損失過(guò)大和設(shè)備腐蝕的關(guān)鍵是保持甘醇潔凈，實(shí)際上，甘醇在使用過(guò)程中將會(huì)受到各種污染，具體方法如下：1.氧氣串入系統(tǒng)：含有氧氣會(huì)使甘醇氧化變質(zhì)，生成腐蝕性有機(jī)酸，上部空間應(yīng)該采用微正壓的干氣或氮?dú)庖悍猓?.降解：富甘醇再生時(shí)，溫度過(guò)高會(huì)降

39、解變質(zhì)。重沸器的溫度低于；3.ph值降低：當(dāng)天然氣中有硫化氫或二氧化碳時(shí)，通常應(yīng)先脫硫，后脫水。如果酸性天然氣先脫水，用來(lái)脫水的甘醇就會(huì)呈現(xiàn)酸性并具有嚴(yán)重的腐蝕性；4.鹽污染：鹽分沉積在重沸器火管表面可以產(chǎn)生熱斑并使火管燒穿，還可以建廢甘醇復(fù)活設(shè)施或離子交換樹(shù)脂床層，生成的水應(yīng)經(jīng)過(guò)一個(gè)過(guò)濾器分出，以防止其進(jìn)入吸收塔內(nèi)；5.起泡：吸收塔內(nèi)氣體流速過(guò)高是甘醇起泡的物理原因，甘醇被固體雜質(zhì)、鹽分、緩蝕劑和液烴污染，則是其起泡的化學(xué)原因。3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 3.1技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析說(shuō)明3.1.1技術(shù)經(jīng)濟(jì)依據(jù)本技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析主要依據(jù)國(guó)家紀(jì)委頒發(fā)的計(jì)算19871359號(hào)關(guān)于印發(fā)建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法與參數(shù)的通知以及1

40、988年有國(guó)家經(jīng)委印發(fā)試行的工業(yè)企業(yè)技術(shù)改造項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法教程，同時(shí)參照了化工部有關(guān)文件的規(guī)定確定的。3.1.2生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品方案生產(chǎn)規(guī)模：日處理量100萬(wàn)方天然氣產(chǎn)品方案：全部用于供應(yīng)生活用氣3.1.3實(shí)施進(jìn)度本項(xiàng)目擬半年建成，生產(chǎn)期按20年計(jì)算，整個(gè)計(jì)算期為21.5年。3.1.4總投資估算3.1.4.1投資基本建設(shè)投資5000萬(wàn)元，資金全部由信托公司和財(cái)政貸款，利息13.5%。3.1.4.2流動(dòng)資金估算流動(dòng)資金按總成本的25%計(jì)，為1250萬(wàn)元，向財(cái)政貸款，利息13.5%。3.1.4.3職工人數(shù)及工資總額本項(xiàng)目職工定員為30人，根據(jù)勞動(dòng)局工資管理?xiàng)l例，工資額按每人每年40000元計(jì)算。

41、3.2財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)3.2.1生產(chǎn)成本估算3.2.1.1原料成本按生產(chǎn)費(fèi)用要素直接計(jì)算天然氣脫硫脫水的成本原料名稱(chēng)規(guī)格 單耗( m3/ m3)單價(jià)（元/ m3） 單位原料成本（元/m3）原料氣91.5% 1.17 1.30 1.80表3.1 原料成本估算表3.2.1.2燃燒動(dòng)力費(fèi)年燃燒動(dòng)力費(fèi)為100萬(wàn)元3.2.1.3固定資產(chǎn)原值固定資產(chǎn)形成率按90%計(jì)固定資產(chǎn)原值=基本建設(shè)投資×90%=50000×90%=45000萬(wàn)元3.2.1.4銷(xiāo)售費(fèi)根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查得，天然氣的價(jià)格為2.05元/m3故年銷(xiāo)售收入=2.05×3.48×107=7000萬(wàn)元銷(xiāo)售費(fèi)按銷(xiāo)售收入的1%

42、計(jì)，則銷(xiāo)售費(fèi)=7000×1%=70萬(wàn)元表3-2 總成本估算表單位：萬(wàn)元序號(hào)項(xiàng)目估算方法成本（1）原料費(fèi)單價(jià)×消耗定額×年產(chǎn)量613.7（2）包裝材料費(fèi)單價(jià)×消耗定額×年產(chǎn)量18.5（3）燃料動(dòng)力費(fèi)單價(jià)×消耗定額×年產(chǎn)量100（4）工人工資及附加費(fèi)年平均工資×定員人數(shù)×1.1188（5）車(chē)間固定資產(chǎn)基本折舊固定資產(chǎn)原值×折舊率58.5（6）大修理基金固定資產(chǎn)原值×（3%6%）112.5（7）車(chē)間經(jīng)費(fèi)（1+2+3+4+5+6）×2%19.8（8）車(chē)間成本（1+2+3+4+5+6+

43、7）1011（9）企業(yè)管理費(fèi)（8）×(6%9%)71（10）工廠成本（8）+（9）1082（11）銷(xiāo)售費(fèi)用銷(xiāo)售收入×1%70（12）固定成本（10）+（11）11523.3贏利分析社會(huì)折現(xiàn)率：該參數(shù)與銀行貸款利息有關(guān)，現(xiàn)在工業(yè)貸款利率為13.5%，故取社會(huì)折現(xiàn)率為13.5%。由前面知，此項(xiàng)目初始投資為5億元，年銷(xiāo)售收入為7000萬(wàn)元，年折舊費(fèi)為58.5萬(wàn)元，計(jì)算期為14年，年經(jīng)營(yíng)成本1152萬(wàn)元，綜合稅率為50%，計(jì)算內(nèi)部收益率(irr)為：(1)方案第t年(t=1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14)的凈現(xiàn)金流量cft為：cft=(7000-11

44、52-58.5)×(1-50%)+58.5=2953.25萬(wàn)元而方案第零年的凈現(xiàn)金流量cf0為：cf0=-5000萬(wàn)元(2)對(duì)應(yīng)于收益率i的方案凈現(xiàn)值計(jì)算公式為：=(3)取不同的收益率進(jìn)行試算i1=64%,npv1=3.975萬(wàn)元i2=65%,npv2=-2.678萬(wàn)元由計(jì)算結(jié)果知，令i1=64%,i2=65%,則有npv1=3.975萬(wàn)元，npv2=-2.678萬(wàn)元，i2-i1=1%，說(shuō)明滿(mǎn)足線性插值法條件。(4)用線性插值法求irrirr=64%+(64%-65%)×3.975/(3.975+2.678)=63.4%由于irr=63.4%>14.5%，說(shuō)明該項(xiàng)目在

45、經(jīng)濟(jì)上是合算的，方案可接受。4.節(jié)能優(yōu)化4.1最優(yōu)化方法在工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)技術(shù)、科學(xué)試驗(yàn)和計(jì)劃管理等許多方面，人們總想采取各種措施以最小的代價(jià)獲得最大的效益。對(duì)于這類(lèi)問(wèn)題，人們經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的數(shù)學(xué)歸納和提煉，形成了最優(yōu)化理論。優(yōu)化設(shè)計(jì)理論和方法用于工程設(shè)計(jì)是在60年代后期開(kāi)始的，國(guó)內(nèi)則從70年代中期才開(kāi)始有關(guān)研究。對(duì)于工程領(lǐng)域而言，最優(yōu)化就是以降低生產(chǎn)成本或增加利潤(rùn)為主要目標(biāo)，同時(shí)考慮自然環(huán)境保護(hù)、過(guò)程的安全性和可靠性等因素。10雖然最優(yōu)化方法發(fā)展歷史不長(zhǎng)，但進(jìn)步非?？?，優(yōu)化設(shè)計(jì)理論、方法在飛機(jī)、運(yùn)輸、石油、電力等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，取得了顯著的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益。該方法不僅可以降低工程投資費(fèi)用、縮短設(shè)計(jì)

46、周期，而且使設(shè)計(jì)者從大量繁瑣的計(jì)算中解脫出來(lái)，大大提高設(shè)計(jì)效率，降低設(shè)計(jì)成本。4.2優(yōu)化問(wèn)題求解方法上世紀(jì)50年代以前用于解決最優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)方法僅限于古典的微分法。近來(lái)，由于微型電子計(jì)算機(jī)發(fā)展和實(shí)際需要，最優(yōu)化理論和方法得到了飛速發(fā)展。根據(jù)目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)特點(diǎn)，優(yōu)化問(wèn)題可分為線性規(guī)劃和非線性規(guī)劃問(wèn)題。性規(guī)劃問(wèn)題的方法已相當(dāng)成熟，通常采用單純形法。求解非線性問(wèn)題的方法分為兩大類(lèi):1.間接優(yōu)化方法即按照目標(biāo)函數(shù)極值點(diǎn)的必要條件，用數(shù)學(xué)分析的方法求或者按照充分條件和問(wèn)題的實(shí)際物理意義間接地確定最優(yōu)解。2.直接尋優(yōu)方法它利用函數(shù)在某一局部區(qū)域的性質(zhì)或一些已知點(diǎn)的數(shù)值，定下一步計(jì)算的點(diǎn)，這樣一步步搜索、

47、逼近，最后達(dá)到最優(yōu)點(diǎn)。雖然優(yōu)化問(wèn)題的求解方法種類(lèi)很多，但它的一般求解步驟可以分為:(1) 對(duì)過(guò)程進(jìn)行分析，列出全部過(guò)程變量。(2) 確定優(yōu)化目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)與過(guò)程變量之間的關(guān)系。(3) 建立優(yōu)化過(guò)程的數(shù)學(xué)模型和外部約束，確定優(yōu)化決策變量。(4) 如果優(yōu)化問(wèn)題過(guò)于復(fù)雜，則需要將系統(tǒng)分成若干個(gè)子系統(tǒng)分別進(jìn)行優(yōu)化，或目標(biāo)函數(shù)和模型進(jìn)行簡(jiǎn)化。(5) 選用合適的計(jì)算方法進(jìn)行求解，并對(duì)得到的最優(yōu)解進(jìn)行檢驗(yàn)。5. 工藝計(jì)算5.1天然氣氣質(zhì)條件與要求1. 濕氣處理量：100×104 nm3/d 2. 濕氣溫度、壓力原料氣溫度：25；原料氣壓力：5480kpa5.2脫硫工藝計(jì)算5.2.1進(jìn)料量的計(jì)算

48、 由原料氣的組成和平均摩爾質(zhì)量計(jì)算公式5-1可計(jì)算出進(jìn)塔原料氣的平均摩爾質(zhì)量： (5.1) 式中：平均摩爾質(zhì)量， 組分的摩爾組成 組分的摩爾質(zhì)量，表5.1進(jìn)塔的平均摩爾質(zhì)量計(jì)算組分組分組分摩爾質(zhì)量0.96834.0820.3292.5244.0101.1091.5528.0130.4060.0520.0010.003289.9116.04314.423.7230.0701.1160.6644.0970.290.31758.1230.1840.12772.0230.0910.17880.0150.142總計(jì)10018.22故塔底原料氣平均摩爾質(zhì)量：則將處理量轉(zhuǎn)化為小時(shí)處理量為： 式中：?jiǎn)挝徊蛔魈?/p>

49、別說(shuō)明時(shí)表示，即在0，1atm 時(shí)的氣體體積，以后計(jì)算時(shí)都按照此標(biāo)準(zhǔn)。 在標(biāo)準(zhǔn)狀況下（ 0 1atm ）1氣體的體積為，則一般在壓力，溫度下的體積由一下公式得： (5.2) (5.3)式中：t溫度 0 p壓強(qiáng) n氣體的物質(zhì)的量 v氣體的體積 q氣體的體積流量 f氣體的摩爾流量 5.2.2吸收塔物料衡算和熱量衡算5.2.2.1計(jì)算依據(jù) 1塔氣的組成由設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)可得，由組成可求得各組分的流量。2來(lái)自預(yù)分離器的原料氣進(jìn)入吸收塔的溫度：25，壓力4.5。出塔凈化氣的溫度與進(jìn)塔貧胺液溫度差不多，假設(shè)35，則出塔壓力為4.47。3入塔胺液（mdea）的溫度：34，質(zhì)量分?jǐn)?shù)45。4出塔凈化氣中硫化氫的含量2

50、0mg/m3，二氧化碳3（v）注：（v）表示體積百分?jǐn)?shù)5.2.2.2物料衡算1.吸收塔進(jìn)口原料氣各組分的流量組分：組成總摩爾流量=各組分摩爾質(zhì)量各組分質(zhì)量表5.2原料氣各組分的摩爾質(zhì)量組分摩爾質(zhì)量組分摩爾質(zhì)量h2s34.082co244.010n228.013he2c116.043c230.070c344.097c458.123c572.023c680.015h2s：co2：n2： c1：c2：c3：c4：c5：c6： he：2.塔頂加入胺液量的計(jì)算當(dāng)h2s的分壓： ps=0.00968×4.5mpa=0.044mpa當(dāng)co2的分壓： ps=0.0252×4.5mpa=0.113mpa由于mdea對(duì)co2選擇性吸收，吸收因子為23.5，由經(jīng)驗(yàn)值取3。故故脫除的摩爾分?jǐn)?shù)為：0.33327×0.0252=0.00839脫除酸氣量： 1861.6×0.0839+1861.1×0.00968=18.02kmol/hmdea的酸氣負(fù)荷由天然氣處理與加工可查得在0.30.58之間，取n=0.42則mdea的循環(huán)量：總的胺液循環(huán)量：由經(jīng)驗(yàn)公式，45mdea的密度： （）t按照吸收塔的平均溫度38計(jì)算： 若考慮胺液的損失，胺液的循環(huán)量為 即：3.塔底富液的組成及流量天然氣惰性氣