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1、脱硫装置工艺设计目 录1 概述11.1脱硫的目的和意义11.2 技术路线及方案比较11.3国内外发展现状及发展31.3.1 胺法脱硫31.3.2 脱硫新工艺31.4 脱硫方法考虑因素和选择原则31.4.1 考虑因素31.4.2选择原则41.5 设计内容及要求41.5.1设计内容41.5.2设计要求42 工艺方案52.1 脱硫溶剂的选择52.2 工艺流程的确定52.2.1 工艺流程图52.2.2 工艺流程说明52.2.3 工艺参数的确定63 工艺计算83.1基础数据83.1.1原料气物性数据83.1.2 脱硫剂物性数据83.2 物料衡算83.2.1 原料气83.2.2醇胺液的计算113.3能量衡
2、算123.3.1吸收塔内热量衡算123.3.2换热器内的热量衡算123.3.3再沸器能量衡算134 设备设计134.1 入口分离器的设计134.1.1 分离器筒体设计134.1.2分离器的壁厚计算154.2 吸收塔设计174.2.1 塔体设计174.3汽提塔设计294.3.1塔内物料计算294.3.2设计条件294.3.2热量及蒸汽流量计算294.3.3 塔体设计304.4 MDEA贫富液换热器设计334.4.1设计条件344.4.2贫液出口温度及的计算344.4.3换热器结构设计及计算354.5 汽提塔再沸器的设计365 存在的问题及处理方法375.1 腐蚀375.1.1 机理与部位375.
3、1.2 设备选材375.1.3 防腐措施375.2 溶液发泡385.2.1 胺溶液发泡的原因385.2.2 引起胺溶液发泡的因素395.2.3 预防及溶液发泡后的处理395.3 溶剂损失406 总结411 概述1.1脱硫的目的和意义天然气中通常含有H2S、CO2和有机硫化物等酸性组分存在，这些气相杂质在水存在的情况下会腐蚀金属，并污染环境。含硫组分有难闻的臭味、剧毒、使下游工厂的催化剂中毒等缺点。CO2含量过高会使天然气的热值达不到要求。就管输来说，主要根据安全平衡供气并兼顾到人身健康安全而确定各项具体指标，一般天然气中H2S含量应低于20mg/m3,CO2的含量最好不超过2%3%。 1.2
4、技术路线及方案比较天然气脱除酸性组分的方法有化学溶剂法，物理溶剂法,物理化学溶剂法，直接转化法，非再生性法和膜分离法。 化学溶剂吸收法主要包括一乙醇胺法（MEA法）、改良二乙醇胺法（SNPA-DEA法）、甘醇胺法（DGA法）、二异丙醇胺法（DIPA法）、甲基二乙醇胺法（MDEA法）、改良热钾碱法（Catacard法和Benfield法等）、氨基盐酸法（Alkacid法）等。该法特点净化度高，适应性宽，经验丰富，应用广。 物理溶剂吸收法主要包括多乙二醇二甲醚法（elexol法）、碳酸丙烯酯法（luorolvent法）、冷甲醇法（ectisol法）等。该法主要特点为再生能耗低，吸收重烃，高净化度需
5、有特殊再生措施，主要用于脱碳。 物理化学吸收法主要包括Sulfinol-D法和Sulfinol-M法。该法主要特点为脱除有机硫好再生能耗低，能够吸收重烃。 直接氧化法主要包括蒽醌法（Stretford法）、改良砷碱法、铁碱法和海绵铁法。其特点为集脱硫和硫回收于一体，溶液硫容低。 膜分离法主要包括Prism,Separex,Gasep,Delsep等。其特点为能耗低，适于处理高含二氧化碳的脱除。 非再生性法主要有Chemsweet,Slurrisweet法等。其特点为装置简易，废液需妥善理。 下面就各种脱硫溶剂的特点及脱硫情况做一些叙述: 1. MEA法:本法为化学吸收过程,操作压力影响小,在3
6、-7 低压操作仍可以达到管输要求，当酸气含量不超过3%（体）用此法比较经济；对于酸气含量超过3%也可以用此法，但由于溶液循环量大，再生耗热高，因而操作费比物理吸收法高，此法可以部分脱除有机硫化合物，为常用脱硫方法，应用广泛。2. SNPA-DEA法：适用于高压，高酸气浓度，高硫碳比的天然气净化，当硫化氢的分压达到4，此法比MEA法经济。 3. DGA法：用于高酸气含量的天然气净化，比其它醇胺溶剂腐蚀性小，再生耗热少，DGA水溶液冰点在-40以下，可极寒冷的地区使用。 4. DIPA法：脱硫情况与MEA法大致类似，可脱除部分有机硫化合物，在二氧化碳存在时对硫化氢吸收有一定的选择性，腐蚀性小，胺损
7、失量小，蒸汽消耗较MEA法小。 5. MDEA法：类似于MEA法，在高碳硫比下能选择脱除硫化氢，循环量小，操作费用低蒸汽压低，损失小应用极广。以活化MDEA溶液可脱除大量二氧化碳。 6改良热钾碱法：适用于含酸气8%以上，碳硫比高的天然气净化，压力对操作影响较大，吸收压力不宜低于20，合成氨厂大量用此法脱二氧化碳。 7氨基酸盐法：对硫化氢具有高度选择性，可用于常压或高压气体脱硫脱碳，净化气中硫化氢含量达不到6毫克每标方。 8多乙二醇二甲醚法：用于高二氧化碳，低硫化氢含量，高酸气分压的天然气选择性脱硫，可同时调整天然气的水、烃露点温度。 9碳酸丙烯酯法：主要用于从高酸气分压气体中脱除二氧化碳和硫化
8、氢，也可以脱除有机硫化合物，吸收在低温下进行，有时需用制冷设备冷却贫液，在相同条件下投资和操作费用均低于热钾减法。 10冷甲醇法：溶剂在高压低温下对二氧化碳和硫化氢有很高的溶解度，可同时脱除有机硫化合物，而且净化气有较低露点，过程能量和热量消耗均低，并可选择性脱除硫化氢。缺点是由于在低温下操作，流程比较复杂，溶剂损失比较大。本法较适宜净化酸气分压大于10的天然气。主要用于煤气和合成气脱硫，也可用于液化天然气净化。 11Sulfinol-D法：兼有物理吸收和化学吸收的作用，天然气中酸气分压达到7.7,硫碳比大于1时，此法比MEA法经济，它的缺点是吸收重烃，此法能脱除有机硫化合物，为重要的天然气脱
9、硫方法。 12Sulfinol-M法：兼有物理吸收和化学吸收的作用，对于高碳硫比天然气有极好的选择性。 13蒽醌法：吸收并将硫化氢转化为元素硫，硫容量小，用于净化低硫化氢浓度的天然气，可选择性脱除硫化氢，净化气含硫量低，多用于合成氨原料气及城市煤气脱硫。 14改良砷碱法：主要用于气体脱二氧化碳，也可用于日处理天然气含硫量不超过15吨每天，硫化氢浓度不超过1.5%的天然气净化，有砷污染问题，合成氨原料气脱二氧化碳的主要方法。 15铁碱法：当有二氧化碳存在时，可选择性脱除硫化氢，但硫容量低，较适合净化低硫化氢含量的天然气，为较早使用的脱硫方法。 16铁海绵法：可选择性脱硫，适合于硫化氢含量不超过2
10、4克每标方的低和中等含硫天然气，日产硫磺量应以不超过79吨为宜，净化度高，操作简便。1.3国内外发展现状及发展1.3.1 胺法脱硫目前国内外脱硫溶剂多采用以MEA、MDEA、配方MDEA为主，如美国联碳公司和道氏公司均推出以MDEA为基础组分加入不同添加剂得到系列配方MDEA脱硫溶剂来满足各种条件下的脱硫脱碳要求。1.3.2 脱硫新工艺结晶硫法 （Crystasulf）:该工艺适合于含中低潜硫量气的脱硫，其脱硫溶剂含有一种非水溶性的对硫磺具有高溶解性切沸点高的有机物作为溶硫剂、一种能促使硫化氢与二氧化碳或氧反应形成不易挥发的多硫化物的有机碱，还有一种能够避免多硫化物形成粘稠油层的有机稳定剂。该
11、工艺反应速度快、转化率高，能够经济地处理潜硫量为0.130t/d的含硫气。 电化学膜法：利用气体混合物在压差作用下通过薄膜（如醋酸纤维素膜）时各组分渗透速率的差异来实现的。比如水蒸气、硫化氢和二氧化碳等组分易于透过膜，从而透过气中水蒸气、硫化氢、二氧化碳得到富集。同时在膜两侧施加电场，将离子硫转化为元素硫。该法将脱硫和制硫集中在一个工序进行，省去了传统的克劳斯制硫和尾气处理，设备简单，工艺流程短，占地面积少，不存在溶液储存和腐蚀问题。 非水溶液Orystasulf法:采用对元素硫具有高溶解性的非水溶液，用常规孔板吸附器由酸气中排除硫化氢，然后硫化氢与溶解的二氧化硫反应产生溶解的元素硫。在吸附器
12、、闪蒸罐或溶液管线中没有固相存在，整个过程不会出现堵塞现象。1.4 脱硫方法考虑因素和选择原则1.4.1 考虑因素天然气脱硫方法的选择不仅对于脱硫过程本身而且对于下游工艺过程主要包括硫磺回收、脱水、天然气液回收及液烃处理等方法的选择都有很大的影响。选择脱硫方法的重要指标主要是动力和投资费用，但在许多情况下这种选择是困难的，因为它受到三方面因素的制约： (1)外部因素原料气的类型、组成、温度、压力、要求的净化度动力资源参数（蒸汽压力现有废热）利用二次动力的可能性等，即不取决于净化方法的设备工艺配置因素；(2)内部因素热量消耗、电力、溶剂、废渣设备的重量和型式，以及它们于原料气和净化度各参数的关系
13、，即对净化方法的设备工艺配置有影响的参数； (3) 经济因素动力资源、原料、废渣、设备的价格，以及某种形式的原料（溶剂等）和动力的稀缺程度。 1.4.2选择原则根据工业实践，在选择各种醇胺法和砜胺法时有下述几点原则： （1） 当酸气中硫化氢和二氧化碳含量不高，二氧化碳与硫化氢含量之比小于等于6，并且同时脱除硫化氢和二氧化碳时，应考虑采用MEA法或混合胺法； （2） 当酸气中二氧化碳与硫化氢含量之比大于等于5，且需选择性脱除硫化氢时，应采用MDEA法或其配方溶液法； （3） 酸气中酸性组分分压高有机硫化物含量高，并且同时脱除硫化氢和二氧化碳时，应采用Suilfinol-D法；如需选择性脱除硫化氢
14、时，应采用Sulfinol-M 法； （4） DGA法适宜在高寒及沙漠地区采用；（5） 酸气中重烃含量较高时，一般宜用醇氨法。1.5 设计内容及要求1.5.1设计内容1、装置规模：天然气处理量80104Nm3/d2、原料气组成（干基）： 组分 N2 CH4 C2H6 H2S CO2 摩尔分率% 2.35 95.24 0.20 2.07 0.14 原料气中夹带的污水量为3.75m3/h，污油量为1m3/h3、原料气进装置的压力、温度： 4.0MPa(A)、201.5.2设计要求 选择合适的脱硫溶液，设计合理的脱硫工艺流程； 根据选择的脱硫工艺流程，完成脱硫装置的物料和能量衡算； 根据物料衡算和能
15、量衡算结果，完成主要单体设备设计及相应图纸； 净化气中H2S含量10mg/Nm3。2 确定工艺方法2.1 脱硫溶剂的选择根据脱硫方法的考虑因素和选择原则,综合文献资料,结合实际设计基础条件,特别是高硫、低碳、硫碳比高且无有机硫的情况,决定选用45%甲基二乙醇胺 （MDEA）脱除酸性组分.其优点主要体现在以下几个方面: （1） MDEA对硫化氢的吸收能力强,净化度高.在脱除硫化氢的同时又脱除二氧化碳.这样不仅降低了装置的溶液循环量,而且使装置的水电气消耗大大降低。（2） MDEA溶液蒸汽压低,溶剂蒸发损失小,热稳定性高,热降解和化学降解少,并且解吸热低,这样可以降低装置的操作费用。（3） MDEA溶液腐蚀小,有利与长期安全运行。 2.2 工艺流程的确定2.2.1 工艺流程图 设计的脱硫工艺流程如图2-1所示。2.2.2 工艺流程说明根据原料气的组成和分离要求流程如下:
