天然气脱硫开题报告

天然气脱硫工艺设计开题答辩

1. 设计选题意义

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。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,专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。烃类主要是烷烃,其中甲烷占绝大多数,另有少量的乙烷,丙烷和丁烷等,非烃一般有硫化氢,二氧化碳,氮,水汽以及微量的惰性气体,如氦和氩等。

天然气分为洁气和酸性天然气,酸性天然气主要是含有硫化物,大部分是硫化氢,此外可能还有一些有机硫化物,如硫醇,硫醚,二硫化碳等,酸性天然气有很大的危害:腐蚀金属;污染环境;含硫组分臭味且有剧毒,硫还是下游催化剂毒物;H2S 还对人体有危害。 作为一种宝贵的资源,天然气在人民生活和工业中有着广泛的应用。它作为一种高效、 优质、清洁能源,不仅在工业与城市民用燃气中广泛应用,而且在发电业中发挥的作用也越来越重要。天然气还是很好的化工原料,广泛应用于合成氨、甲醇、氮肥工业、合成纤维等工业;天然气合成油(GTL)技术,也是天然气大规模利用的途径之一;从天然气中分离出来的硫磺还可作为硫酸工业原料。天然气不仅在燃料、化工原料等方面有诸多优点,对天然气进行处理回收其中的硫磺,提高天然气资源综合利用程度,获得天然气资源的更大价值,还能保证在储藏、运输过程中的安全性,减少大气污染,对提高天然气的整体经济效益,都具有重要的现实意义。

2 国内外研究的现状及发展趋势

通过多年的自身努力和引进吸收国内外先进技术,国内脱硫,硫磺回收和尾气处理等各种工艺已基本配套,能满足国内绝大多数气田的建设。对于原料气含 H2S <100g/m3的国内天然气脱硫技术已经达到或接近国际先进水平,但在脱硫溶剂,关键设备,催化剂方面还存在一定的差距。一是在特高含硫酸性气田净化和高含 CO2 的天然气净化方面还存在一定差距;二是国内脱硫脱碳特种溶剂种

类还很少,虽然国外已有这类产品,单价格非常昂贵;三是MDEA 工艺是目前天然气净化的主要工艺技术,其主要技术特点已经被掌握,但对于 MDEA 溶剂在运转时会出现的污染,发泡,降解和腐蚀等操作问题尚缺乏准确灵敏的分析检测手段;四是现有的有机脱硫工艺不能满足处理不同类型资源的需要 。在硫磺回收和尾气处理方面,一是用于扩大处理规模改造工程非常有效的富氧 CLAUS 工艺是国外公司的专有技术,在国内还未使用;二是虽然国内已具有自行设计建设 CLAUS 法硫磺回收装置的能力,但在部分单元和装置布局方面还存在不足,科技创新能力不强除MCRC 技术外,其他尾气处理技术基本依赖引进。 在硫磺回收装置高效能运行, 管理的精细度和规范化方面还有待进一步提高; 三是尾气处理工艺基本上是国外的专有技术或专利技术,国内已基本掌握了该类工艺,但须向国外公司购买专利包或基础设计。

为满足越来越严格的环保要求,天然气脱硫工艺技术正在向更高水平发展。 脱硫工艺的发展是以生产达到商品气质标准的天然气为目标,根据不同的原料气条件,不断寻求较为合理的解决途径,并尽可能地降低能量消耗;硫磺回收则是以满足有关的环保标准为目标,始终以提高硫收率为重点,保证装置长期稳定运行。减少尾气中污染物的排放,同时降低装置投资和操作费用,配方性选择性脱硫溶剂的开发成功和推广应用,是近年来醇胺法工艺发展的一项重大进展。天然气脱硫的发展趋势,主要是醇胺法工艺,尤其以 MDEA 为主剂的各种配方性溶剂工艺,化学物理溶剂及物理溶剂工艺获得进一步发展,化学物理溶剂及物理溶剂工艺具有高选择性,能耗低,可脱有机硫等优势,尤其是在需要大量脱除有机硫的情况下,此类方法具有独特的优越性。

氧化还原法及生物脱硫技术颇受关注,对于低含硫天然气的处理,氧化还原法工艺拥有的优势十分明显。该方法能再接近室温条件下脱硫,并同时将硫转化生成元素硫,选择性和转化率都很高。生物脱硫技术与氧化还原法工艺一样,在脱硫同时进行硫回收。该技术的气体脱硫效率及硫化物转化率都较高,过程操作简单,而且能够适应气体流量及 H2S 含量较大的变化。氧化还原法工艺多用于低压气体处理,如采用螯合铁溶液的 LO-CAT 工艺。为了使净化气能够直接进入高压输气管网,开发高压脱硫工艺一直成为人们所关注的对象和攻克的目标。 目前氧化还原法用于高压气体处理取得了进展。硫回收与尾气处理的组合工艺有了较快发展。 对于中等规模的酸气硫含量,采用单独尾气处理工艺,虽能获得很高的硫磺回收率,但相应的投资及操作费用也相当高,显得不经济。采用将

CLAUS 工艺与尾气处理结合的工艺,不仅可以简化流程,还可以降低投资及操作费用。富氧 CLAUS 工艺受到重视。用富氧空气或纯氧替代空气,可提高装置的处理能力,降低 CLAUS 装置和尾气处理设备的占地和投资费用,还能较强的适应酸气流量或 H2S 含量发生变化,可以提高硫的收率。硫回收催化剂的研发在向系列化、高水平方向发展。专用催化剂的开发促进了 PROCLUAS 工艺以及 DOXOSUFREEN 工艺的成功。为降低投资和操作费用,脱硫工艺流程也在不断改进和优化。

脱硫工艺除了在溶剂配方上进行改进外,以提高改善脱硫脱碳性能为目标,对传统工艺流程的改进一直未停止。比较典型的改进主要有:增加一个原料欲接触器,吸收塔采取多点进料,胺液分流,用变压再生替代重沸器热再生等。

以后脱硫的发展主要有一下五个方面:

1. 膜分离技术;

2. 微生物脱硫技术;

3. PDS 脱硫技术;

4. 脱硫溶剂复合化;

5. 电子束射法及微波法脱硫。

设计的主要内容

一.酸性天然气的净化方法

1. 化学吸收法

这类方法又称化学溶剂法。它以碱性溶液为吸收溶剂(化学溶剂) ,与天然气中的酸性组分(主要是H2S 和CO2) 反应生成某种化合物。醇胺法,主要包括:一乙醇胺(MEA)法、二乙醇法(DEA)法、 二甘醇胺(DGA)法、 二异丙醇法 (DIPA) 法、 甲基二乙醇胺(MDEA) 法等。醇胺法是最常用的天然气脱硫方法。此法适用于从天然气中大量脱硫和二氧化碳。碱性盐溶液法,主要包括:改良热减法、氨基酸盐法;它们虽然能脱除硫化氢,但主要用于脱除二氧化碳,在天然气工业中应用不多。

2 物理吸收法

这类方法又称为物理溶剂法。 它们采用有机化合物为吸收溶剂(物理溶剂) ,对天然气中的酸性组分进行物理吸收而将它们从气体中脱除。主要包括多缩乙二醇法和砜胺办法等。物理吸收法的溶剂通常靠多级闪蒸进行再生,不需蒸汽和其

它热源,还可同时使气体脱水。海上采出的天然气需要大量脱除二氧化碳时常常选用这类方法。

3 联合吸收法

联合吸收法兼有化学吸收和物理吸收两类方法的特点, 使用的溶剂是醇胺、物理溶剂和水的混合物,故又称为混合溶液法或化学—物理吸收法。

4. 直接转化法

这类方法以氧化一还原反应为基础,故又称为氧化还原法。 此法包括借助于溶液中氧载体的催化作用,把被碱性溶液吸收的 H2S 氧化为硫,然后鼓人空气,使吸收剂再中,从而使使硫与硫回收合为一体。直接转化法目前多用于在焦炉气、水煤气、合成气等气体脱硫。

5. 膜分离法

是一门新的分离技术,它借助于膜在分离过程的选择性滲透作用脱除天然气中的酸性组分。多用于从CO2含量很高的天然气中分离CO2。

二.脱酸性气的方法选择

天然气脱酸性组分方法的选择,不仅对于过程本身,就是对于下游工艺过程包括硫磺回收、脱水、天然汽油回收以及液烃产品处理等方法的选择都有很大影响。在选择脱酸性气方法时 需要考虑的主要因素是:

1. 天然气中酸性组分的类型和含量

大多数天然气中的酸性组分是 H2S 和 CO2,但有的还可能有 COS、CS2、RSH 等。只要气体中含有这些组分中的任何一种, 都会排除选择某些方法的可能性。

2. 天然气中的烃类组成

通常,大多数硫磺回收装置采用克劳斯法。克劳斯法生产的硫磺质量对存在于气(从酸性天然气中获得的酸性组分) 中的烃类 特别是重烃十敏感。因此,当有些脱硫方法采用的吸收溶剂会大量溶解烃类时,就可能要对获得的酸气进一处理。

3. 对脱除酸气后的净化气及对所获得的酸气要求

作为硫磺回收装置的原料气(酸气) ,其组成是必须考虑的一个因素。如酸性气中的CO2浓度大于80%时,为了提高原料气中H2S 的浓度。就应考虑采用选择性脱硫方法的可能性,包括采用多级气体脱硫过程。

4. 对需要脱除的酸性组分的选择性要求

在各种脱硫方法中,对脱硫剂最重要的一个要求是其选择性,有些方法的脱硫剂对天然气中某一酸性组分的选择性可能很高,而另外一些方法的脱硫剂则无选择件。还有一些脱硫方法,其脱硫剂的选择性受操作条件的影响很大。

5. 原料气的处理量

有些脱硫方法适用于处理量大的原料气脱硫, 有些方法只适用于处理量小的原料气脱硫。

6. 原料气的温度、压力及净化气所要求的温度、压力

有些脱硫方法不宜在低压下脱硫, 而另外—些方法在脱硫温度高于环境温度时会受到不利因素的影响。

7. 其它

如对气体脱硫、尾气处里有关的环保安求和规范,以及脱硫装置的投资和操作费用等。尽管需要考虑的因素很多,但按原料气处理量计的硫潜含量(kg/d)是一个关键因素。与间歇法相比,当原料气的硫潜量大于45 kg/d 时,应优先考虑醇胺法脱硫。虽然目前还没有—种醇胺法能满足所有要求,但由于这类方法技术成熟,脱硫溶剂来源方便,对上述因素有很大的适应性、因而是最重要的一类脱硫方法。据统计,全世界 2000 多套气体脱硫装置中,有半数以上采用醇胺法脱硫。

一, 工艺方案评选及工艺流程图设计

(一)原料数据及产品要求

(1) 原料气处理量:80×104 Nm 3/d

(2)原料气温度、压力

原料气温度:25℃;原料气压力:5000Kpa

(3)原料天然气组成

(4)设计要求净化气气质条件:H 2S ≤20mg/m3 (二)方案评选

各种胺法是天然气净化的最主要的方法,常规胺法用于同时脱除 H2S 和 CO2。选择性胺法则用于在 H2S.CO2 同时存在时选择 性脱除 H2S。根据原料气的数据不需要选择性脱除H2S ,故采用常规胺法。脱硫剂选用高酸气负荷DEA 法。

只脱出H2S 方法选择

(三)工艺流程简图

醇胺法脱硫原则工艺流程:

直流法硫磺回收工艺流程:

五,设计(论文)的工作进度安排


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