MDEA天然气脱硫工艺流程

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2?５
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 ................................................................................................ 2６5.2、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3?３
7．1.1选型33?
7.１.２塔板数3?３
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4?０
7.２解吸塔 (40)
7．2.１计算依据40?
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 (41)
7.2.４解吸塔的塔体⼯艺尺⼨计算 (42)
8参数校核43?
8．1浮阀塔的流体⼒学校核 .......................................................................................... 4３
8.1．1溢流液泛的校核?４3
8.1．2液泛校核4?３
８.1.3液沫夹带校核 (44)
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 (45)
8.2．４液相负荷上限......................................................................................................... 4５
８.2.5液泛线?４6
9 附属设备及主要附件的选型和计算....................................................... 4７１０.⼼得体会............................................................................................ ４９11.参考⽂献.................................................................................................. 5０
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CO
2
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CO
２
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H
2
Ｓ，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;Ｈ
2Ｓ可对⼈造成伤害;CＯ
2
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H
2S、CO
２
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Ｈ
2
S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H
2
S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：Ｈ
2
S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
Ｈ
2
Ｓ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CO
２
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
CO
2
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H
2Ｓ、ＣＯ
2
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，CO
2
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Ｎ
2和ＣO
2
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H
2S含量或总硫(Ｈ
2
S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)
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
注:１.H
S+羟基硫＋有机硫化合物
2
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》
ＧＢ１7820-1９99 《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
H 2O 0.０６9 N
2
＋He 1.770
CＨ
4９５.381 H
2
0．008
Ｃ
2H
6
0．０20 Ｏ
注:1)原料⽓不含有机硫
2)原料⽓处理量33
30710/
m 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33
30710/
m 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H
２Ｓ仅有ｌ/3氧化成SO
2
,使剽余2/3的H
2
S与氧化成的ＳO
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H
2
S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H
2S和SO
２
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H
2Ｓ和CO
２
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ＣO
２存在下选择性脱出H
2
Ｓ的能⼒
醇胺法的缺点是有些醇胺与CＯS和CS
２
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ＣS
2
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H
2S和CO
2
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H
２
S的同时需脱除相当量的Ｃ
O
2
，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／cｍ３。

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H
2S、ＣＯ
2
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。