MDEA天然气脱硫工艺流程

《仪陇天然气脱硫》项目书

目录

1总论 ........................................................................................................ 3

1.1项目名称、建设单位、企业性质 ................................................................................. 3 1.2编制依据 ......................................................................................................................... 3 1.3项目背景和项目建设的必要性 ..................................................................................... 3 1、4设计范围 ...................................................................................................................... 5 1、5编制原则 ...................................................................................................................... 5 1.6遵循的主要标准、规范 ................................................................................................. 8 1.7 工艺路线 ........................................................................................................................ 8

2 基础数据 ............................................................................................... 8

2.1原料气和产品 ................................................................................................................. 8 2.2 建设规模 ........................................................................................................................ 9 2.3 工艺流程简介 ................................................................................................................ 9

2.3.1醇胺法脱硫原则工艺流程： ............................................................................... 9 2.3.2直流法硫磺回收工艺流程： ..............................................................................10

3 脱硫装置 ..............................................................................................11

3.1 脱硫工艺方法选择 ...................................................................................................... 11

3.1.1 脱硫的方法 ...................................................................................................... 11 3.1.2醇胺法脱硫的基本原理 .....................................................................................12

3.2 常用醇胺溶液性能比较 .............................................................................................. 13

3.1.2.1几种方法性质比较 ..........................................................................................14

3.2醇胺法脱硫的基本原理 ............................................................................................... 17 3.3主要工艺设备 ............................................................................................................... 18

3.3.1主要设备作用 ...................................................................................................18 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 ............................................................................... 21 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 .......................................................................22

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

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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 ................................................................................................ 26 5.3、污染控制 .................................................................................................................... 26

6 物料衡算与热量衡算........................................................................... 28

6.1天然气的处理量 ........................................................................................................... 28

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 ..............................................................................................................33 7.1.3塔径 .................................................................................................................34 7.1.4堰及降液管 .......................................................................................................36 7.1.5浮阀计算 ..........................................................................................................37 7.1.6 塔板压降..........................................................................................................37 7.1.7塔附件设计 .......................................................................................................39 7.1.8塔体总高度的设计 ............................................................................................40

7.2解吸塔 ........................................................................................................................... 41

7.2.1 计算依据..........................................................................................................41 7.2.2塔板数的确定 ...................................................................................................41 7.2.3解吸塔的工艺条件及有关物性的计算 ................................................................42 7.2.4解吸塔的塔体工艺尺寸计算 ..............................................................................43

8参数校核 .............................................................................................. 44

8.1浮阀塔的流体力学校核 ............................................................................................... 44

8.1.1溢流液泛的校核 ................................................................................................44 8.1.2液泛校核 ..........................................................................................................44

8.1.3液沫夹带校核 ...................................................................................................45

8.2塔板负荷性能计算 ....................................................................................................... 45

8.2.1漏液线（气相负荷下限线） ..............................................................................45 8.2.2 过量雾沫夹带线 ...............................................................................................45

8.2.3 液相负荷下限...................................................................................................46 8.2.4 液相负荷上限...................................................................................................46 8.2.5 液泛线 .............................................................................................................46

9 附属设备及主要附件的选型和计算 .................................................... 47 10.心得体会 ............................................................................................ 49 11.参考文献............................................................................................. 50

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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

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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遍采用的净化、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）；

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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。

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(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/m（CHN）和20mg/m（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 高位发热量MJ/m 总硫mg/m3 ≤100 33

3

一类 二类 三类 >3.14 ≤200 ≤460 第- 6 -页

H2S含量mg/m3 CO2（%（V）） 水露点 ℃ ≤6 ≤20 ≤3.0 ≤460 — 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 H2S （胺法处理） H2S （碱法处理） CO2 总硫 燃料气中总硫 焚烧炉出口SO2释放量 硫纯度 硫回收率 干燥器出口含量 LNG中汞含量 3LNG <3.5mg/m3 管道销售气 <3.5mg/m3 NGL <10mg/m3 铜片实验 <50mg/m3 <20mg/m3 <300mg/m3 <250mg/m 99.9%wt 95-99.9% <0.5mg/m3 <0.01mg/m3 优化 <20mg/m3 <300mg/m3 <250mg/m3 99.9%wt 95~99.9% <0.5mg/m 31A/1B <5-20mg/m3 检硫实验为负 <300mg/m3 <0.5mg/m 3 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

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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。

一般的化学吸收法通过吸收剂溶液吸收天然气中的酸性组分，大部分酸性组分被吸收剂溶液所吸收，残余的酸性组分需进一步吸收分离，以达到商品气气质指标的要求。含有酸性组分的溶液需要输入再生装置中进行再生回收，以求得吸收剂的循环使用。一般的化学吸收法有吸收、闪蒸、换热和再生四部分组成。

2 基础数据

2.1原料气和产品

1) 原料气组成

组成 H2S CO2 H2O CH4 C2H6 %（mol） 2.050 0.570 0.069 95.381 0.020 组成 iC4H10 nC4H10 N2+He H2 O2+Ar %（mol） 0.001 0.001 1.770 0.008 0.130 第- 8 -页

注：1）原料气不含有机硫

2）原料气处理量 307?103m3/d 3) 原料气温度 30~36 ℃ 4）原料气压力 2.05-2.25MPa(g)

2.2 建设规模

仪陇龙岗净化厂建设规模为307?103m3/d。

2.3 工艺流程简介

2.3.1醇胺法脱硫原则工艺流程：

醇胺法工艺的基本流程主要有吸收、闪蒸、换热和再生四部分组成。

含酸性组分的天然气经入口分离器除去液固杂质后进入吸收塔底部，由下而上与醇胺溶液逆流接触，脱出其中的酸性组分。达到要求的净化器离开吸收塔顶部，井出口分离器除去携带的醇胺液滴后出装置。

吸收了酸气的醇胺溶液（通常称为富液）由吸收塔底部流出后降至一定压力进入

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闪蒸罐，是富液中溶解和夹带的烃类闪蒸出来，闪蒸汽可用作装置的燃料气。闪蒸后的富液经过滤器进入贫/富液换热器，与已完成再生的热醇胺（简称贫液）换热而被加热，然后进入在低压下操作的再生塔顶部。

在再生塔中富液首先在塔顶闪蒸处部分酸性组分，然后自上而下流动与在重沸器中加热气化的气体（主要为水蒸气）接粗，将溶液中其余的酸性组分进一步汽提出来。因此，出再生塔的溶液为贫液，只含有少量未汽提出的残余酸性气体。离开重沸器的热贫液经贫/富液换热器回收热量后，再经过溶液冷却器的进一步冷却至冷却至适当温度，然后由溶液循环泵送至吸收塔顶部，完成溶液循环。

离开再生塔顶部的酸性组分和水蒸气进入冷却器，以冷凝分出大部分水蒸气，冷凝液作为回流返回再生塔顶部，以回收被酸性气流带出的醇胺蒸汽，酸气送至硫磺回收装置或其他气体处理设施进一步处理。

2.3.2直流法硫磺回收工艺流程：

在直流法中，全部酸气进入反应炉，要求严格配给空气量，以使酸气中的全部烃完全燃烧，而H2S仅有l/3氧化成SO2，使剽余2/3的H2S与氧化成的SO2在理想的配比下进行催化转化，以获取更高的转化率。反应炉温度高达1100一1600℃，此时酸气中H2S约有60％一70％转化成硫，含硫蒸气的高温气体经余热钢炉回收热量后进入一级冷凝器，再次回收热量并分离出液态硫，出一级冷凝器的气相进入一级再热器，使其在进一级转化器前达到所需要的反应温度，然后进人一级转化器，在已活化的催

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化剂上反应，由于反应放热，出口气温度明显升高，经二级冷凝器回收热量并分离出液态硫之后的气相，经二级再热器再热达到需要的温度，进入二级转化器，催化转化后温度升高，经三级冷凝器回收热量并分离出液态硫，分出液态疏后的气相进入第三级再热器，再热后进入三级转化器，使H2S和SO2最大限度地转化为硫，从三级转化器出来的气相经四级冷凝器冷却以除去最后生成的硫。分离出液态疏后的尾气通过捕集器，进一步捕集液态硫后进入尾气处理装置进一步处理后排放。各级冷凝器及捕集器中分离出来的液态硫流人硫储罐，经成型后即为硫磺产品。

3 脱硫装置

3.1 脱硫工艺方法选择

3.1.1 脱硫的方法

目前，国内外已见的天然气脱硫方法名目繁多，不下数十种。如果以脱硫剂的状态来分，则天然气脱硫法可分为干法和湿法两大类。

干法---采用固体型的脱硫吸附剂，这类固体物质包括天然泡沸石、分子筛和海绵状氧化铁等。

湿法---采用各类液体溶液脱硫剂。此法多用于高压天然气中酸性气体组分含量较多的情况湿法本身又可按条件分为：化学吸收法、物理吸收法、复合法和直接氧化法。

化学吸收法基于可逆化学反应。吸收剂在吸收塔内与H2S和CO2进行反应，在解吸塔内用提高温度或降低压力的办法使向相反方向进行。各种胺溶液是应用品广泛的脱硫吸收剂。除了各种醇胺法以外，碱性盐溶液和氨基酸盐法亦属于化学吸收脱硫法。

物理吸收法是基于吸收剂的选择性吸收来分离抽取天然气中酸性组分，其操作类似于天然气工厂中油吸收法。在物理吸收过程中，可采用N-甲基吡咯烷酮、碳酸丙烯酯、丙酮、甲醇等作为吸收剂。由于吸收剂的吸收能力实际上与气相中酸性组分的分压成正比，故而本法对处理高含酸性组分的天然气特备有效。

复合法同时使用混合的化学和物理吸收剂。本法中最得以广泛应用的是Sulfinol法，其中使用环丁砜和任一化学吸收剂相组合的溶液作为脱硫剂。Sulfinol

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溶液通常是有环丁砜、二异丙醇胺和水组成。在确定Sulfinol砜胺溶液配比时，应考虑依据使用条件不同而异。

醇胺法是目前最常用的天然气脱硫脱碳方法。据统计，20世纪90年代美国采用化学溶剂法的脱硫脱碳装置处理量约占总处理量的72%，其中有绝大多数是采用醇胺法。

20世纪30年代最先采用的醇胺法是三乙醇胺（TEA），因其反应能力和稳定性差已不再采用。目前，主要采用的是一乙醇胺（MEA）、常规的二乙醇胺（DEA）、二异丙醇胺（ADIP）、二甘醇胺（DGA）和甲基二乙醇胺（MDEA）等溶剂。

醇胺法适用于天然气中酸性组分含量低的场合。由于醇胺法使用的是醇胺水溶液，溶液中含水可使被吸收的重烃降低至最少程度，故非常适用于重烃含量高的天然气脱硫脱碳。MDEA等醇胺溶液还具有在CO2存在下选择性脱出H2S的能力

醇胺法的缺点是有些醇胺与COS和CS2的反应时不可逆的，会造成那个溶剂的化学降解损失，故不宜用于COS和CS2含量高的天然气脱硫脱碳。醇胺还具有腐蚀性，与天然气中的H2S和CO2等会因其设备腐蚀。此外，醇胺作为脱硫脱碳溶剂，其富液（即吸收了天然气中酸性组分后的溶液）在再生时需要加热，不仅能耗较高，而且在高温下再生时也会发生热降解，所以损耗较大。

由于醇胺法的吸收能力较强，且本设计中，在脱除H2S的同时需脱除相当量的CO2，即要求选择性脱硫，而原料气中有不含有机硫，故选择醇胺法来进行脱硫脱碳处理。

3.1.2醇胺法脱硫的基本原理

乙醇胺是无色的液体，常压下沸点为170℃，比重为1.019 g/cm。它是一种有机碱溶液，它的碱性与氨相似，是氨的衍生物。

乙醇胺结构始终至少有一个氨基，这个氨基提供了在水中的碱度，促使对于酸性气体H2S、CO2有很高的吸收能力。乙醇胺的结构式中还有一个烃基，这个烃基的作用可以降低化合物的蒸汽压，减少气相中乙醇胺的损失，并且增加了在水中的溶解度，使乙醇氨可按任意比与水互溶。乙醇胺吸收H2S、CO2时，生成硫化物、酸式硫化物、碳酸盐、酸式碳酸盐，其反应式如下：

???(RNH)S2RNH2?H2S???323

?RNH3?2S???2RNHHS?H2S???3第- 12 -页

???(RNH)CO 2RNH2?H2O?CO2???323???2RNHHCO (RNH3)2CO3?H2O?CO2???33???RNHCOONHR2RNH2?CO2???2

反应方程式中R?CH3CH2OH?

乙醇胺吸收反应是放热反应，从化学平衡观点来看，温度愈低，愈有利于吸收反应。所以温度一般控制在25-40℃为宜。

吸收了H2S、CO2的乙醇胺溶液，当温度升高至105℃以上，则生成物就要分解，生成反应物，这就是乙醇胺的再生。再生温度的提高对溶液再生是有好处的，因为温度提高后，溶液表面上酸性气体的分压迅速增加。

提高压力有利于吸收，同时也提高了H2S的分压，增大了吸收的推动，提高了溶液的吸收能力。

富液再生的压力一般为常压，因为乙醇胺溶液再生是在该压力下塔底溶液沸腾温度下再生的，压力提高后，相对应的溶液沸腾温度亦高，但由于压力高而相对应的H2S、CO2的分压亦高了。此时，H2S、CO2的分压增加而使硫化物、碳酸盐离解降低的作用比升高温度而使离解增加的作用更为显著，因此再生的压力一般为常压。

3.2 常用醇胺溶液性能比较

醇胺法特别适用于酸气分压低和要求净化气中酸气含量低的场合。由于采用的是水溶液可减少重烃的吸收量，故此法更适合重烃的气体脱硫脱碳。

通常，MEA法、DEA法、DGA法有成为常规醇胺法，基本上可同时脱除气体中的H2S、CO2；MDEA法和DIPA法又称为选择性醇胺法，其中MDEA法是典型的选择性脱H2S法，DIPA法在常压也可选择性的脱除H2S。此外，配方溶液目前种类繁多，性能各不相同，分别用于选择性脱H2S，在深度或不深度脱除H2S的情况下脱除一部分或大部分CO2，深度脱除CO2，以及脱除COS等。

醇胺分子结构至少有一个羟基和一个胺基。羟基：可降低化合物的蒸汽压，增加醇胺在水中的溶解度，可配制成水溶液。胺基：水溶液提供碱度，促进对酸性组分的吸收。醇胺与H2S、CO2的主要反应如下：

伯胺：

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???RNH??HS? RNH2?H2S???3 (瞬间反应)

???RNH??RNHCOO? 2RNH2?CO2???3（中速反应）

???RNH??HCO? （慢反应） RNH2?CO2?H2O???33

仲胺：

???RNH??HS?R2NH?H2S???22

(瞬间反应)

?? ??? 2RNH2?CO2??（中速反应） RNH?RNCOO?222

???RNH??HCO?R2NH?CO2?H2O???223 （慢反应）

叔胺：

'???RR'NHR2RN?H2S???2??HS?

(瞬间反应)

R2R'N?CO2 （不反应）

???RR'NH??HCO? （慢反应） R2R'N?CO2?H2O???23醇胺与H2S、CO2的主要反映均为可逆反应。当酸性组分P高或T低时，反应向右进行，贫液从原料气中吸收酸性组分（正反应），并且放热。当酸性组分P低或T高时，反映向左进行，富液将酸性组分释放出来使溶液再生（逆反应），并且吸热。

3.1.2.1几种方法性质比较

主要天然气脱硫溶剂的性质

性质

分子式 相对分子质量

20相对密度d20

MEA

HOC2H4NH2 61.08 1.0179 10.2 170.4 93.3 1.4539 28

DEA DIPA MDEA (HOC2H4)2NH (HOC3H6)2NH (HOC2H4)2NCH3 105.14 1.0919 28 268.4 137.8 1.4776 ＜1.33

133.19 0.989 42 248.7 123.9 1.4542(45) ＜1.33

119.17 1.418 -14.6 230.6 126.7 1.469 ＜1.33

环丁砜 C4H8SO2 120.14 1.2614 28.8 285 176.7 1.4820（30）

0.6

凝点/℃ 沸点/℃

闪点（开杯）/℃ 折射率

蒸汽压（20/℃）/Pa 黏度mPa.s

24.1（20/℃） 380（20/℃） 198（45/℃） 101（45/℃） 10.286（30/℃）

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比热容 [kJ/(kg.℃)] 2.54（20/℃） 2.51（20/℃） 2.89（30/℃） 2.24（15.6/℃） 1.34（25/℃） 热导率 [W/(m.K)] 0.256 0.22 - 0.275（20/℃） -

1.92

汽化热 (kJ/kg) 1.56 (9.73KPa) 1 (9.73KPa) 1.21 (101.3KPa) -

(101.3KPa)

水中溶解度

完全互溶 0.964 0.87 完全互溶 完全互溶

（20/℃）

①一乙醇胺（MEA）

MEA可用于低吸收压力和净化气质质量指标要求严格的场合。MEA可从气体中同时脱除H2S和CO2因此没有选择性。净化气中H2S的浓度可低达5.7mg/m3。在中低压情况下CO2浓度可低达100×10-6（体积分数）。MEA也可脱除COS、CS2，但是需要采用复活釜，否则反应是不可逆的。即就是有复活釜，反应也不能完全可逆，故会导致溶液损失和在溶液中出现降解产物的积累。MEA的酸气负荷上限通常为0.3-0.5mol酸气/mol MEA，溶液质量浓度一般应限定在10%-20%。如果采用缓蚀剂，则可使溶液浓度和酸气负荷显著提高。由于MEA蒸汽压在醇胺类中最高，故在吸收塔、再生塔中蒸发损失量最大，但可采用水洗的方法降低损失。

②二乙醇胺（DEA）

DEA不能像MEA那样在低压下使气体处理后达到输管要求，而且也没有选择性。如果酸气分压高而且总压高，则可采用具有专利权的SNPA-DEA法。此法可用于高压且具有较高H2S/CO2比的酸气含量高的气体。专利上所表示的酸气负荷为0.9-1.3mol酸气/molDEA。

与MEA相比，DEA的特点为：DEA的碱性和腐蚀性较MEA弱，故其溶液浓度和酸气负荷较高，溶液循环量、投资和操作费用都较低；由于DEA生成不可再生的降解产物数量较少，故不需要复活釜；DEA与H2S和CO2的反应热较小，故溶液再生所需的热量较少；DEA与COS、CS2反应生成可再生的化合物，故可在溶液损失很小的情况下部分脱除COS、CS2；蒸发损失较少。

③三甘醇胺

DGA是伯醇胺，不仅可脱除气体和液体中的H2S和CO2，而且可以脱除COS和RSH，故广泛用于天然气和炼厂气脱硫脱碳。DGA可在压力低于0.86MPa下将气体中的H2S脱除至5.7 mg/m3。DGA溶液浓度在50%时的凝点为—34℃，故可适用于高寒地区。由于降解反应速率达，所以DGA系统需要采用复活釜。此外，它与CO2、

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处理能力“瓶颈”问题是一个可行的选择。

5 环境保护

5.1建设地区的环境现状

仪陇县介于北纬30°11＇—31°39＇，东经106°14＇—106°52＇之间，位于四川盆地北部低山与川中丘陵过渡地带。全县总土地面积169170公顷，其中耕地43275公顷，人均耕地0.048公顷。境内山峦起伏，沟壑纵横，地势复杂。地貌以低山梁丘为主，山体切割较深，海拨高差309-793米。

动植物资源：仪陇县位于四川盆地东北部低山与川中丘陵过渡地带，幅员面积1,691km2，境内土地肥沃，气候适宜，雨量充沛，动植物资源非常丰富。粮食作物主要有：水稻、小麦、玉米、薯类、豆类；经济作物主要有：棉花、油菜、花生、药材、黄红麻等；森林资源主要有：柏树、马尾松、香樟、桉树、千丈、桤木、杨槐、马桑、黄荆等乔、灌木；经济林木主要有：柑桔、苹果、梨、核桃、板栗、桃、李、杏、黄连、杜仲等；国家珍贵树种红豆树在仪陇也有少量生长。1998年全县森林覆盖率达到30.1%。

水力及水产品资源：广阔的水域，丰富的水产品资源。县境内有嘉陵江、仪陇河、绿水河、消水河等“一江三河”,加上思德水库、百胜水库等星罗棋布的大小水利设施，全县水域面积达10,000公顷以上，给淡水养鱼提供了有利条件，鲤、鲫、草、鲢四大家族均宜生长；二道河的龙虾肉质细嫩，营养丰富，远近闻名。全县水能装机总容量43,730千瓦，除嘉陵江林家壕电站未开发外，已开发3,730千瓦。

5.2、主要污染源和污染物

SO2废气、COD废水、废催化剂、清管废渣、噪声等。

5.3、污染控制

近年来,为了提高硫磺收率以保护环境、为解决从贫酸气及组成复杂的原料气中

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回收硫磺等棘手问题,克劳斯硫磺回收及尾气处理工艺出现了许多新进展。目前主要的技术发展动向大致包括以下四个方面:

(1) 从促进克劳斯反应平衡的角度出发,提高反应转化率; (2) 充分利用各种工艺类型优势,对各种工艺类型进行组合; (3) 采用新型催化剂,达到提高转化率或节能降耗的目的;

(4) 采用新型设备,通过改变操作参数,达到提高装置效能或节能降耗的目的。 为使仪陇天然气处理厂废气、含COD废水、废催化剂、清管废渣、噪声等能够满足国家相关法律法规要求，本工程拟采取以下环保措施：

气田开发拟采取的措施为：①钻井废水和气田采出水全部采用回注地层的方式处理，不外排；②测试、放喷的天然气经点燃后排放，将H2S转化为SO2，降低了毒害性；③钻井废渣采用固化后无害化填埋；④尽量选用低噪声设备，采用相应的隔声、减噪和减振措施。

净化厂拟采取的措施为：①采用SCOT尾气处理装置，尾气焚烧炉排出的尾气由120m高烟囱排放；②污水拟采用SBR处理后进行达标排放；③废催化剂送有处理资质的单位处理或送催化剂生产厂家回收利用；④尽量选用低噪声设备，采取相应的隔声、减振和降噪措施。

集输工程拟采取的措施为：①施工期生态补偿和迹地恢复措施；②项目营运过程中清管作业、场站检修或事故性放空时，放空的天然气通过放空火炬燃烧后排放，为了保证及时点火燃烧，放空火炬配备了灵敏的自动点火装置；③废水为站场值班人员生活污水，生活污水清污分流，粪便采用旱厕收集后用作农业灌溉，洗涤污水用于站内绿化灌溉；④输气管道采用埋地敷设，在正常生产过程中不会产生噪声污染；站场尽量选用低噪声设备，采取相应的隔声、减振和降噪措施；⑤固体废弃物主要为清管作业的废渣、检修时的废渣、值班人员的生活垃圾。清管废渣、检修废渣选择合适的地点无害化填埋；生活垃圾定点收集，定点处理。

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6 物料衡算与热量衡算

本设计采用45%的MDEA水溶液作吸收剂。

6.1天然气的处理量

原料气处理量为：3.43×105m3/d。温度为30℃。压力位2.2Mpa（表压）。 查得天然气及其组分有关性质如表：

组分 Mol% Tc,K Tc=∑yi*Tc Pc,Mpa Pc=∑yi*Pc 相对分子量 8.930.183188 36 4 7.370.042049 47 4 21.80.015063 13 8 4.6 4.387526 16 4.880.000977 34 0 3.790.00003799 59 8 3.640.00003647 57 8 3.390.060074 34 2 1.28 0.000102 2 5.046 0.00656 4.695613 32 H2S CO2 H2O CH4 C2H6 iC4H10 nC4H10 N2+He H2 O2+Ar 2.05 0.57 0.069 95.381 0.02 0.001 0.001 1.77 0.008 0.13 373.2 304.2 647.1 190.6 305.4 408.1 425.2 126.2 33.2 154.6 7.6506 1.73394 0.446499 181.7962 0.06108 0.004081 0.004252 2.23374 0.002656 0.20098 194.134 Tc=?yiTic?194.134K Pc=?yiPic?4.696MPa

则

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194.132.2Pr???0.468

Pr4.696Tr?TTcP?303.15?1.56

查《天然气利用手册》图4-5得压缩因子Z?0.998 每小时天然气的处理量为：

n?PVZRTt??2200?101.325??3430000.998?8.314?303.15?24?1.308?10kmol/h?3.631kmol/S

4气体吸收过程中非酸性组分假设不被吸收，则其摩尔流量为

G?n?(1?yH2S?yCO2)?3.631?0.9738?3.535kmol/s

6.2 MDEA的循环量

由于MDEA 对CO2选择性吸收，吸收因子为2-3.5，这里取为3.2 由 ???H2S?CO2S

0.99933.22得 ?CO?2?H???0.3123

故脱除的H2S的摩尔分数为：0.02050?0.9993?0.020486 脱除CO2的摩尔分数为：0.00570?0.3123?0.00178

脱除酸气的量为：3.535?(0.020486?0.00178)?0.08086kmol/s=291.0 kmol/h

MDEA的酸气负荷由《天然气利用手册》和《天然气加工工程》可查得在0.5以上，在这里取0.5kmol酸气/kmolMDEA，同时由《天然气利用手册》查得再生后的MDEA溶液的酸负载为 0.003mol/mol。45%MDEA溶液的摩尔浓度为

CM?3.882kmol/m，那么解吸后的再生溶液酸含量x2?0.01165kmol/m。

33单位时间内H2S的处理量为G?y1??s?3.535?0.02107?0.9993?0.07441kmol/s 胺的循环量

V?G?y1??sq?CM?3.355?0.02107?0.99930.5?3.882?0.03832m/s?2.299m/min

33为了保证运行安全和达到处理要求，胺的循环量需留有一定的安全欲度，这里取2.400m/min

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其中：

G—原料气惰性组分流量，kmol/s Ma—醇胺化合物相对分子质量 q—MDEA的酸气负荷, mol/mol 物料恒算

原料气含量y1?0.020500.9731?0.02107

y2?20mg/m3?1.42?10?5 由吸收物料守恒：G(y1?y2)?L(x1?x2) 可得：x1?1.677kmol/m3

表6-1物料衡算

G—原料气惰性组分流量,kmol/s

L—胺循环量，m3/s

y1 y2 x1 x2

3.535 0.04 0.02107 1.42*10^-5 1.677 0.01165 0.9993 0.3123

?H2S

?CO

2热量恒算

脱除的CO2和H2S量分别为：

3.631?0.0205?0.9993?60?34.076?152.1kg/min3.631?0.0057?0.3123?60?44.01?17.07kg/min

根据文献数据，取CO2与MDEA的反应热为-1420kJ/kg，H2S与MDEA的反应热为-1050kJ/kg。因而酸性气体与醇胺反应放出的总热量为：

17.07?1420+152.1?1050=183944.4kJ/min

近似认为净化气为甲烷（相对分子质量为16），离开吸收塔净化器温度与贫液进塔温度相同，

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/71v6.html