天然气脱硫 大学工程设计(7)

由于MDEA 对CO2选择性吸收，吸收因子为2-3.5，这里取为3 由 ???HS ?CO22得 ?CO2??HS0.9996??0.3332 ?32故脱除的H2S的摩尔分数为：0.02050?0.9996?0.020492 脱除CO2的摩尔分数为：0.00570?0.3332?0.001899

脱除酸气的量为：746.05?(0.020492?0.001899)?16.70kmol/h

MDEA的酸气负荷由《天然气利用手册》可查得在0.3-0.45之间，在这里取0.3kmol酸气/kmolMDEA。

所以,所需的45%MDEA溶液的循环量为：

胺的循环量=其中： Q—入口进气量 %Sq—酸气摩尔百分数 MM—胺的摩尔质量 MS—MDEA的酸气负荷 %MM—MDEA溶液质量分数

Q?%Sq?MM

MS?%MM???—胺的对比密度，水=1 胺的循环量=

Q?%Sq?MM

MS?%MM???620?(2.050?0.570)?10?2?119.17?0.0132m3/min?0.003415m3/s =29.38?10?0.3?45%?1.0287.天然气脱硫工艺主要设备的计算

天然气脱硫工艺主要设备的计算主要包括塔设备、分离器、换热器以及再沸器的计算。

7.1MDEA吸收塔的工艺设计

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7.1.1选型

根据《气田天然气净化厂设计规范》可知，浮阀塔盘具有弹性大、效率高、处理能力比泡罩塔和筛板塔的特点，故吸收塔、再生塔宜优先采用浮阀塔。因此，在本次设计中优先采用浮阀塔。

在计算塔径时，考虑到胺液易发泡的特点，不宜采用过小的板间距，并考虑原料量处理的大小和塔径大小，板间距选为350mm，为检修方便有人孔处板间距为700mm。

7.1.2塔板数

如前所述，MDEA对H2S、CO2的吸收为化学吸收。吸收过程中放出的反应热是随塔板数变化而变化的。MDEA为叔胺，其与H2S及CO2的反应机理如下：

???(RNH)2S 2R3N?H2S??????2R3NHHS (RNH)2S?H2S??????(RNH)2CO3 2R3N?H2O?CO2??????2R3NHHCO3 (RNH)2CO3?H2O?CO2???根据《气田天然气净化厂设计规范》知，对于胺溶液的吸收塔一般去4-6个理论板，塔板效率均为25%-40%。

取理论板数Ne=6；塔板效率?=30% 则塔板数为：Np=6/0.3=20

此塔板数可将净化气中H2S的含量降至20mg/m3以下。

7.1.3塔径

20?103m3/d的天然气在30℃，2200KPa下的流量为：

20?103Vs??0.2315m3/s

24?3600液体循环量Ls为MDEA的循环量，由上部分计算得知Ls=0.000220m3/s。 天然气相对分子质量为Mg??yiMic?16.835 天然气密度?g?PMg2200?16.835??15.072kg/m3 ZRT0.975?8.314?303.15第- 27 -页

?Ls???l?????Vs????g????0.5?0.000220??1028.0???????0.2315???15.072?0.5?0.007848

塔板间距为：HT?350mm

在设计中液层高度hL介于0.05—0.1m，取hL?70mm

由图可查得C20?0.06 则：

C?C20???20???L?0.2?51.522??0.06????20?0.2?0.0963

最大允许气速：

umax?l??g1028.0?15.072?C??0.0963??0.7895m/s

?g15.072取实际气速：

u?0.7umax?0.5526m/s 塔径：

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D?4?Vs4?0.2315??0.73m ??u3.14?0.5526按《气田天然气净化厂设计规范》的标准，将塔径圆整为0.8m。

7.1.4堰及降液管

由《石油化工石油手册》查浮阀塔板标准系列（1206—71） 采用直流型塔板，选定：

直径D?800mm 塔截面积AT??4D2?0.5024m2

板间距HT?350mm 管宽Wd?160mm Ad/AT?14.2% LW/D?0.734 降液管面

堰长Lw?0.734D?587.2m

取阀孔中心距为75mm，排间距t?80mm 得液体停留时间为：

??Ad?HT0.07134?0.45??145.9s??3~5?s Ls0.000220堰上液层高度：

?3600Ls?how?0.00284E??

?Lw?由经验取E=1.035 得到：

?3600?0.00220?how?0.00284?1????0.0161m

0.5872??2323堰高：

hw?hL?how?70?16.1?53.9mm

7.1.5浮阀计算

选用重33g的F1型浮阀，其孔径为d0?39mm，取阀孔动能因子F0?9

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由F0?u0?g 则可得气速u0?故每层塔板上的浮阀个数为：

F0?g?9?2.318m/s

15.072N?Vs0.2315??84 220.785?d0?u00.785??0.039??2.318浮阀排列采用等腰三角形叉排。取边缘区宽度Wc?0.05m，安定区宽度

Ws?Ws'?0.05m 鼓泡区面积：

?2?1x??Aa?2?xr2?x2?rsin?

180r??其中：

D??Wd?Ws??0.4??0.103?0.05??0.247m 2Dr??Wc?0.4?0.05?0.35m

2x?3.140.247??2则Aa?2??0.247?0.352?0.2472??0.352?sin?1??0.21m

1800.35??取同一横排的孔心距t?0.075m，则排间距：

t'?0.21?0.0333m

84?0.075按t?7.5mm，t'?3.3mm以等腰三角形叉排方式作图，排得阀空数为92个。 按N=92重新核算孔速及动能因子如下：

u0?Vs0.2315??2.107m/s 220.785?d0?N0.785??0.039??92F0?u0?g?2.107?15.072?8.18

阀孔动能因子变化不大，仍在适宜范围内。 空塔气速u?Vs0.2315??0.461m/s AT0.5024u0.461?100%??21.88% u02.107则塔板开孔率??第- 30 -页

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