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1、 目录1.绪论11.1概论11.2研究目的及意义11.3我国商品天然气技术标准21.4设计依据21.5设计指导思想31.6设计内容31.6.1脱硫部分31.6.2脱水部分31.7主要考虑因素31.7.1外部工艺因素31.7.2脱硫和脱水方法的内部因素31.7.3 经济因素42.化学工艺42.1天然气脱硫脱水工艺研究现状与进展42.1.1脱硫现状42.1.2脱水现状62.2选用的工艺及其意义72.2.1脱硫工艺72.2.2脱水工艺82.3选定方案的主要研究内容82.4生产制度82.5主要原料及其规格82.6产品规格92.7生产方法及工艺流程92.7.1脱硫工艺流程概述92.7.2脱水工艺流程概述
2、123.技术经济分析133.1技术经济分析说明133.1.1技术经济依据133.1.2生产规模及产品方案143.1.3实施进度143.1.4总投资估算143.1.4.1投资143.1.4.2流动资金估算143.1.4.3职工人数及工资总额143.2财务评价143.2.1生产成本估算143.2.1.1原料成本143.2.1.2烧动力费143.2.1.3固定资产原值143.2.1.4销售费143.3赢利分析154.节能优化164.1最优化方法164.2优化问题求解方法165. 工艺计算175.1天然气气质条件与要求175.2脱硫工艺计算175.2.1进料量的计算175.2.2吸收塔物料衡算和热量衡
3、算195.2.2 1计算依据195.2.2.2物料衡算195.2.2.3热量衡算245.2.3闪蒸计算265.2.3.1计算依据265.2.3.2具体计算265.2.4换热器的热量衡算275.2.4.1计算依据275.2.4.2热量衡算285.2.5解吸塔的物料衡算和热量衡算285.2.5.1计算依据285.2.5.2物料衡算285.2.5.3热量衡算295.2.6胺冷却器的热量衡算305.2.6.1计算依据305.2.6.2热量衡算305.2.7酸性气体冷却的热量衡算305.2.7.1计算依据305.2.7.2热量衡算305.3脱水工艺计算315.3.1参数的确定315.3.2物料衡算325
4、.3.2.1脱水量325.3.2.2甘醇循环流量325.3.3热量衡算335.3.3.1重沸器335.3.3.2贫/富甘醇换热器335.3.3.3气体/贫甘醇换热器346.设备选型346.1脱硫段346.1.1塔的工艺条件及有关物性的计算346.1.2吸收塔的塔体工艺尺寸计算376.1.2.1塔板主要工艺尺寸计算386.1.2.2流体力学验算416.1.3解吸塔446.1.3.1 计算依据446.1.3.2塔板数的确定446.1.3.3解吸塔的工艺条件及有关物性的计算446.1.3.4 解吸塔的塔体工艺尺寸计算466.1.4贫富换热器476.1.4.1计算依据476.1.4.2传热面积的计算4
5、76.1.4.3换热器选型476.1.5胺冷却器486.1.5.1计算依据486.1.5.2传热面积计算486.1.6酸气冷却器486.1.6.1计算依据486.1.6.2传热面积计算486.1.7闪蒸罐486.1.7.1计算依据486.1.7.2尺寸计算496.2脱水段496.2.1吸收塔496.2.1.1 直径496.2.1.2泡罩塔板主要结构参数及选用506.1.2.3板面布置526.2.1.4吸收塔直径546.2.2精馏柱546.2.3贫/富甘醇换热器546.2.4闪蒸分离器（闪蒸罐）556.2.5总结55致谢57参考文献58I- -100104m3/d天然气脱硫脱水工艺设计1 绪论1
6、.1概论天然气(Natural Gas)是地表下孔隙性地层中天然生成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，它常常和原油伴生在一起。天然气组分大多数以甲烷为主，包含乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等烃类，以及少量的氮气、二氧化碳、硫化氢、氦、氧、氢等气体。天然气作为一种宝贵的资源在人民生活和工业中有着广泛的应用。它作为一种高效、优质、清洁能源，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发挥重要作用。天然气还是很好的化工原料，广泛应用于合成氨、甲醇、氮肥工业、合成纤维工业等；天然气合成油(GTL)技术，也是天然气大规模利用的途径之一；从天然气中分离出来的硫磺还
7、可作为硫酸工业原料。天然气不仅在燃料、化工原料等方面有诸多优点，对天然气进行处理回收其中的硫磺，提高天然气资源综合利用程度，获得天然气资源的更大价值，还能保证在储藏、运输过程中的安全性，减少大气污染，对提高天然气的整体经济效益，都具有重要的现实意义。1.2研究目的及意义天然气作为一种新兴能源，在我们的生活中占据着越来越重要的地位。据众多国际权威机构和专家预言：天然气将逐渐取代石油在能源消耗结构中的地位，到21世纪中期将进入“天然气世纪”。世界上天然气的储量十分丰富，现常规天然气的最终可采储量约为327.4103m3,而非常规天然气资源估计有1397101244301012m3,这为天然气成为一
8、种优质清洁能源和重要的化工原料提供了资源保障。1自地下储集层冲采出的天然气中都含有一定的水分和H2S，有机硫等酸性组分，这些组分的存在往往会造成严重的后果：1.水分与天然气在一定条件下形成气体水合物而阻塞管路，影响平稳供气；而H2S和有机硫等酸性组分在水的存在下还会腐蚀管路和设备，同时也造成了不必要的动力消耗。2. 硫组分中大部分有剧毒，而且还有可能使催化剂催化剂中毒；含硫天然气燃烧后直接排入大气，会产生严重的SO2环境污染，产生酸雨等灾害，损害大面积农作物。因此，无论是从金属防腐、环境保护、人员安全角度考虑，都必须从天然气中脱除水分和酸气组分。另外，从充分回收利用硫资源的角度考虑，天然气中脱
9、除下来的酸性组分可通过克劳斯硫磺回收工艺生产优质硫磺。硫磺是一种重要的基础化工原料，在国防、农业、化工、轻工、冶金、建材、医药等众多领域起着至关重要的作用，回收天然气中的硫资源起到了变废为宝的作用。随着石油、天然气勘探开发逐步向复杂、高风险油气藏等领域发展，一批含硫、高含硫气田相继投入开发(如罗家寨、渡口河、普光等气田)，一批新的天然气净化处理厂将应运而生。目前对天然气脱硫装置设计一般采用经验设计方法，该方法在给定工艺指标的前提下，由个人经验与手工查图相结合的办法，手算出脱硫装置中各设备的参数。2该方法不仅设计技术手段落后;对设计者本身的素质要求较高;没有考虑到技术经济指标，不符合成本最低的要
10、求，不能完全贯彻“安全、效益并重”的现代企业管理思想;而且采用该方法设计出的天然气脱硫装置往往存在系统运行不协调、不经济的问题。因此天然气脱硫装置优化设计是当前迫切需要解决的问题。目前国内外研究大都停留在对单个设备的模拟和优化上，而对整个脱硫装置系统的优化设计研究相对较少。因此，本文将模拟与优化技术引入到天然气脱硫装置设计过程中，对提高脱硫装置整体运行效果、降低天然气处理系统的运行成本具有一定的指导作用。同时本文的研究对降低管道、设备、仪表的腐蚀:减少大气污染;增强下游行业的天然气深加工能力;保证人民的生命财产安全;提高天然气相关行业的整体经济、节约能源、社会效益，都具有重要的现实意义。1.3
11、我国商品天然气技术标准 表1.1 商品天然气的技术标准 （GB 17820-1999）项 目一 类二 类三 类高位发热量MJ/m33.14总硫mg/ m3 100 200460H2S mg/ m3620460二氧化碳 %(v)3.0水露点在天然气交接点的压力和温度条件下，天然气的水露点应比最低温度低50。1.4设计依据该工艺是依据西南石油大学化学化工学院毕业设计任务书，按照化学工业部1988年6月发布的“化工工厂初步设计内容深度的规定”进行设计的。1.5设计指导思想1.适应化工生产的特点，搞好配套专业设计，特别是要加强节能、环保、安全、消防及工业卫生和劳动保护方面的配套设计。2.遵照市场经济的
12、规律，参考有关法规和标准，精心设计、优化设计方案，精打细算，在保证质量的前提下，力争用最少的资金，研究出最合理的优秀设计。1.6设计内容1.6.1脱硫部分 1.天然气脱硫工艺方案的选择2.天然气脱硫工艺工艺参数的确定3.天然气脱硫工艺物料、能量衡算4.主要工艺设备结构尺寸的设计5.天然气脱硫工艺流程图的绘图1.6.2脱水部分1.天然气脱水工艺方案的选择2.天然气脱水工艺工艺参数的确定3.天然气脱水工艺物料、能量衡算4.主要工艺设备结构尺寸的设计5.天然气脱水工艺流程图的绘图1.7主要考虑因素1.7.1外部工艺因素如原料气的组成、压力、温度、净化气要求的净化度、压力、温度；以及由此而要求的技术条
13、件（如再生蒸汽压力、贫液入塔温度等等）。这些因素基本上不取决于脱硫和脱水方法本身。1.7.2脱硫和脱水方法的内部因素如消耗指标、三废产生情况、要求的设备型式等等，以及他们与上述外部工艺因素的关系。这些方法的内部对工艺流程和设备有直接影响。1.7.3 经济因素主要是投资和操作成本，也包括原材料供应情况：尽管脱硫方法甚多，但对较大型的装置醇胺法经常是优先考虑的。这类方法技术成熟，溶剂来源方使，对上述三个方面的影响因素有很大的适应性是天然气工业上最重要的类方法：据有关资料介绍，今世界2000多套气体脱硫装置中，醇胺法装置占55以上。而在脱水过程中，三甘醇（TEG）脱水的工艺性质为连续性吸收再生，露点
14、降为40到60，能耗中等，投资也中等，且没有环境问题，所以三甘醇是种很好的脱水方法。2 化学工艺2.1天然气脱硫脱水工艺研究现状与进展2.1.1脱硫现状气体脱硫是一种古老的工艺，19世纪末英国已开始用干式氧化法从气流中脱除H2S。目前国内外己经开发出许多天然气脱硫处理工艺方法，这些方法主要分为可再生溶剂法、固定床吸附法、膜分离方法、等三大类工艺流程方法。31.可再生溶剂脱硫工艺可再生溶剂吸收脱除H2S是目前最常用的方法。该方法通过将含有H2S的天然气与溶剂逆流接触而达到在吸收塔中将其脱除的目的。同时，吸收了H2S的富液通过热再生将其去除，然后将溶液冷却，再重新使用，从而完成整个循环过程。再生出来的酸气一般通过Cluas硫磺回收工艺将H2S转化为单质硫，而将其回收利用。常用的可再生溶剂主要有化学溶剂(胺类溶剂和热碳酸钾)、物理溶剂、混合溶剂等三大类。4其中化学溶剂(主要是醇胺类)法是目前天然气脱硫工艺中使用最频繁的方法。在低操作压力下，它们比物理溶剂或混合溶剂更为适用。因为此时H2S等酸气的脱除过程主要是受化学过程控制，而较少依赖于组分的分压，而且化学溶剂对烃类的溶解度很小，不会造成大的烃损失。清除小规模的低于15-20吨硫化氢，氧化还原法或胺溶解法已被证明是一个
