仪陇净化厂天然气脱硫项目初步设计

仪陇净化厂天然气脱硫项目初步设计仪陇净化厂天然气脱硫项目西南分公司2010.1.1仪陇净化厂天然气脱硫项目1总论 (5)1.1项目名称、建设单位、企业性质 (5)1.2编制依据 (5)1.3项目背景和项目建设的必要性 (5)1.4设计范围 (7)1.5编制原则 (7)1.6遵循的主要标准、规范 (10)1.7 工艺路线 (10)1.8研究结论 (10)2 基础数据 (11)2.1原料气和产品 (11)2.2 建设规模 (11)2.3 工艺流程简介 (11)2.3.1醇胺法脱硫原则工艺流程： (11)2.3.2直流法硫磺回收工艺流程： (12)3 脱硫装置 (13)3.1 脱硫工艺方法选择 (13)3.1.1 脱硫的方法 (14)3.1.2 常用醇胺溶液性能比较 (15)3.2醇胺法脱硫的基本原理 (18)3.3主要工艺设备 (19)3.3.1主要设备作用 (19)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 (22)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 (23)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)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 (27)5.3污染控制 (27)6 物料衡算与热量衡算 (28)6.1天然气的处理量 (28)6.2 MDEA的循环量 (29)6.3 热量衡算 (30)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 (34)7.1.3塔径 (34)7.1.4堰及降液管 (35)7.1.5浮阀计算 (36)7.1.6 塔板压降 (37)7.1.7塔附件设计 (38)7.1.8塔体总高度的设计 (40)8参数校核 (40)8.1浮阀塔的流体力学校核 (40)8.1.1溢流液泛的校核 (40)8.1.2液泛校核 (41)8.1.3液沫夹带校核 (41)8.2塔板负荷性能计算 (42)8.2.1漏液线（气相负荷下限线） (42)8.2.2过量雾沫夹带线 (42)8.2.3液相负荷下限线 (42)8.2.4 液相负荷上限线 (43)8.2.5 液泛线 (43)9 附属设备及主要附件的选型和计算 (43)10 心得体会 (45)参考文献 (45)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通采用的净化、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）；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。

(2)含硫量。

主要是为了控制天然气的腐蚀性和出于对人类自身健康和安全的考虑，常以H2S含量或总硫（H2S及其他形态）含量来表示。

(3)烃露点。

烃露点即在一定压力条件下天然气中析出的第一滴液烃时的温度，它与天然气的压力和组成有关。

为了防止天然气在输配管线中有液烃凝结，目前许多国家都对商品天然气规定了脱油除尘的要求，规定在一定条件下天然气的最高允许烃露点。

(4)水露点与含水量。

在地层温度和压力条件下，水在天然气中通常以饱和水蒸汽的形式存在，水蒸气的存在往往给天然气的输集带来了一系列的危害。

因此，规定天然气的含水量是十分必要的。

天然气的含水量以单位体积天然气中所含的水汽量来表示的，有时也用天然气的水露点来表示。

天然气的水露点是指在一定的压力条件下，天然气与液态水平衡时（此时，天然气的含水量为最大含水量，即饱和含水量）的温度。

一般要求天然气水露点比输气管线可能达到的最低温度还低5-6℃。

此外，往往还要求输送温度不超过49℃，对输送压力无严格要求。

GB 17820-1999依据不同用户的要求并结合我国天然气资源的实际组成，将商品天然气分成三类。

一类和二类天然气主要用作民用燃料，为了防止输配系统的腐蚀和保证居民健康，分贝规定其硫含量不大于6mg/m3（CHN）和20mg/m3（CHN）：三类天然气主要作为工业原料和燃料。

GB17820-1999同时规定高位发热量大于31.46MJ/m3（CHN），二氧化碳体积分数不大于3%，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环境温度低5℃。

考虑个别用户对天然气质量有不同要求，GB 17820-1999的附录同时规定；在满足国家有关安全卫生等标准的前提下，对上述三个类别以外的天然气，允许供需双方合同或协议来确定其具体质量要求。

我国商品天然气气质技术标准如下表：表 1 商品天然气气质技术标准（GB17820-1999）项目一类二类三类高位发热量MJ/m3>3.14总硫mg/m3≤100 ≤200 ≤460H2S含量mg/m3≤6 ≤20 ≤460CO2（%（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5℃此外，按照用途不同，典型天然气气质指标见表2。

表2 典型天然气气质指标指标LNG 管道销售气NGLH2S（胺法处理）<3.5mg/m3<3.5mg/m3<10mg/m3H2S（碱法处理）铜片实验1A/1BCO2<50mg/m3优化<5-20mg/m3总硫 <20mg/m3<20mg/m3检硫实验为负燃料气中总硫<300mg/m3<300mg/m3<300mg/m3焚烧炉出口SO2释放量<250mg/m3<250mg/m3硫纯度 99.9%wt 99.9%wt硫回收率 95-99.9% 95~99.9%干燥器出口含量<0.5mg/m3<0.5mg/m3<0.5mg/m3LNG中汞含量<0.01mg/m3注：1.H2S+羟基硫+有机硫化合物2.取决于用途3.体积与净化气体优化热量之比1.6遵循的主要标准、规范GB 16297-1996 《大气污染物综合排放标准》GB 17820-1999 《商品天然气的技术标准》SY/T6538-2002 《配方型选择性脱硫溶剂标准》SY/T6537-2002 《天然气净化厂气体及溶液分析方法标准》1.7 工艺路线开采出来的天然气中含有硫化氢和二氧化碳等酸性气体，在使用过程中会造成许多危害，所以在使用前必须进行脱硫脱碳处理。