天然氣凈化裝置工藝中的脫硫塔工藝計算目錄TOC\o"1-3"\h\u10096天然氣凈化裝置工藝中的脫硫塔工藝計算 1153691.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 192131.2脫硫塔工藝計算 193671.2.1脫硫塔的物料衡算 1154521.2.2脫硫塔的熱量衡算 61.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)⑴進(jìn)入塔內(nèi)的天然氣的組成可在設(shè)計任務(wù)書中找到，可以得到每個組分的流量；⑵進(jìn)入脫硫塔的預(yù)分離器的天然氣溫度：20℃，壓力4.2MPa；⑶由于進(jìn)入塔的MDEA溶液的溫度不應(yīng)高于50℃且低于30℃，因此在塔中取貧液的溫度：30℃，質(zhì)量分?jǐn)?shù)：50%。1.2脫硫塔工藝計算1.2.1脫硫塔的物料衡算脫硫塔物料衡算如下圖3-1所示： 圖3-1脫硫塔的物料衡算示意圖1）脫硫塔進(jìn)口原料氣各組分的流量由公式得：則各組分的摩爾流量及質(zhì)量流量如下（以CH4的數(shù)據(jù)為例）：摩爾流量：質(zhì)量流量：=5158.3411×16.043=82755.2663kg/h同理可得，脫硫塔進(jìn)口原料氣各個組分流量見表4-1：表3-1脫硫塔塔底進(jìn)口天然氣各個組分組成組分摩爾流量(kmol/h)質(zhì)量流量(kg/h)摩爾分率(%)質(zhì)量分率(%)CH45158.341182755.266390.27579.4013C2H6214.56186451.87331.7566.1903C3H860.18072651.78831.0532.5462C4H1018.80291092.89980.3291.0486C5H124.6293334.00860.0810.3205C6+0.11439.83120.0020.0094He1.31451.96450.0230.0038N215.4310355.11360.2700.3407H2S2.457581.74180.0430.0803CO2238.208310481.54734.16810.0599總計5715.1701104224.0347100.0000100.00002）脫硫塔出塔MDEA富液中的各組分及流量由該設(shè)計要求可得：CO2的吸收量為：4.168﹣3=1.168%由公式Vm（i）—組分i在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的摩爾體積，L/mol；—組分的質(zhì)量濃度，mg/m3；—組分的摩爾質(zhì)量，g/mol。二類標(biāo)準(zhǔn)氣體中H2S的體積分?jǐn)?shù)：故H2S的吸收量為：0.043－0.0013=0.0417%則兩者的吸收率為：吸收因子：故需要脫除CO2的量為：0.2802×238.2083=66.7459kmol/h，需要脫除的H2S量為：0.9698×2.4575=2.3833kmol/h又MDEA的酸氣負(fù)荷在0.20-0.55[1]之間，該設(shè)計中取q=0.4kmol酸氣/kmolMDEA，則：需MDEA溶液的摩爾流量為：kmol/h由于原料氣體的含量很小，它被認(rèn)為MDEA溶液能充分吸收，并且每個組分在富液MDEA在塔的底部的組合物見表4-2：表3-2脫硫塔MDEA富液中各組分組成組分摩爾流量(kmol/h)質(zhì)量流量(kg/h)摩爾分率(%)質(zhì)量分率(%)CH40.00000.00000.00000.0000C2H60.00000.00000.00000.0000C3H80.00000.00000.00000.0000C4H100.00000.00000.00000.0000C5H120.00000.00000.00000.0000He0.00000.00000.00000.0000N20.00000.00000.00000.0000H2S2.383381.21330.98500.5466CO266.74592937.487127.586419.7716MDEA溶液172.823011838.375571.428679.6818總計241.952214857.0759100.0000100.00003）脫硫塔出塔氣的組成和流量出塔組成為除上述脫除的則為出塔氣的流量，即：H2S：2.4575－2.3833=0.0742kmol/hCO2：238.2083－66.7459=171.4624kmol/h故脫硫塔出塔氣組成見表3-3：表3-3脫硫塔出塔氣組成組分摩爾流量(kmol/h)質(zhì)量流量(kg/h)摩爾分率(%)質(zhì)量分率(%)CH45158.341182755.266391.382181.7790C2H6214.56186451.87331.80116.3758C3H860.18072651.78830.10652.6225C4H1018.80291092.89980.03321.0800C5H124.6293334.00860.08200.3301He1.31451.96450.02320.0039N215.4310355.11360.27330.3509H2S0.07422.52280.00130.0025CO2171.46247544.34561.07537.4553總計5644.7979101191.78281001004）脫硫塔進(jìn)塔MDEA貧液組成由公式：（溶液循環(huán)量，m3溶液/h）=K×[原料氣體積流量，106m3（19.6℃）/d]×（原料氣中被脫除的酸性組分體積分?jǐn)?shù)，%）式中K—醇胺溶液循環(huán)量計算系數(shù)，（m3溶液/h）/[106m3(19.6℃)原料氣/d]（原料氣中被脫除的酸性組分體積分?jǐn)?shù)，%）該設(shè)計中取K=10.02[1]，則MDEA溶液的循環(huán)量即脫硫塔進(jìn)塔MDEA貧液的流量為：m3/h=0.0094m3/s5）脫硫塔進(jìn)出口各個組分的含量匯總脫硫塔進(jìn)出口各個組分的含量見表3-4。表3-4脫硫塔進(jìn)出口各個組分的含量匯總組分進(jìn)脫硫塔組分出脫硫塔組分摩爾流量(kmol/h)質(zhì)量流量(kg/h)摩爾流量(kmol/h)質(zhì)量流量(kg/h)CH45158.341182755.26635158.341182755.2663C2H6214.56186451.8733214.56186451.8733C3H860.18072651.788360.18072651.7883C4H1018.80291092.899818.80291092.8998C5H124.6293334.00864.6293334.0086C6+He1.31451.96451.31451.9645N215.4310355.113615.4310355.1136H2S2.457581.74180.07422.5228CO2238.208310481.54731.07537.4553MDEA172.823011838.3755241.952211838.3755總計5886.7501116052.5795718.3630116052.5791.2.2脫硫塔的熱量衡算在脫硫過程中酸性氣體與鏈烷醇胺溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，放出大量熱，導(dǎo)致氣液柱溫度上升，因為塔內(nèi)的氣體和液體可以十分徹底地混合，因此它們的出口溫度是相同的[7]，如圖3-2所示。1）MDEA溶液的比熱容忽略H2S、CO2對MDEA溶液的影響，取MDEA溶液進(jìn)出口溫度的平均值作為定性溫度，即：由公式得：式中Cp—50%MDEA溶液的定壓比熱容，J/(g·K)。50%MDEA溶液的定壓比熱容為：2）出塔氣的定壓比熱容由表4-3，3-1可得0℃,101.325kPa下塔頂氣各個組分的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，見表4-5：表3-5塔頂氣中各組分的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)項目CH4C2H6C3H8C4H10C5H12組分摩爾分?jǐn)?shù)yi(%)91.38211.80110.10650.03320.0820臨界溫度Tc(K)190.58305.42369.82425.1846.965臨界壓強Pc(MPa)4.5444.8164.1941.7471.325比熱容cp(kJ·m-3·K-1)1.5452.2442.961.71-摩爾質(zhì)量Mi（kg/kmol）16.04330.0744.09758.12472.151偏心因子ω0.01040.09860.15240.2010.2539項目C6+HeN2H2SCO2組分摩爾分?jǐn)?shù)yi(%)00.02320.27330.00131.0753臨界溫度Tc(K)507.951.35125.97371.55304.25臨界壓強Pc(MPa)1.090.1181.3498.897.29比熱容cp(kJ·m-3·K-1)2.278-1.3021.5571.62摩爾質(zhì)量Mi（kg/kmol）86.0121.01621.01334.07644.01偏心因子ω0.296-0.040.1-出塔氣常壓下的定壓比熱容：1.5549kJ/（m3·K）出塔氣的摩爾質(zhì)量：17.3457kg/kmol偏心因子0.0138假設(shè)出塔氣的溫度為52℃，壓力4.48MPa，此時：臨界溫度：臨界壓力：對比溫度：對比壓力：由、及查圖3-2、3-3計算可得塔頂氣的壓縮因子（，=0.06）則塔頂氣的密度：查圖3-5可知：1.1cal/(mol·K)=1.1×4.1868=4.605kJ/(kmol·K)=0.2056kJ/(m3·K)=0.2056＋1.5549=1.7605kJ·m-3·K-13）反應(yīng)熱MDEA與H2S，CO2反應(yīng)熱[8]分別為：1230kJ/kg；1425kJ/kg，因此脫硫過程中的總反應(yīng)熱為：1230×2.3833×34.076＋1425×235.1330×44.01=14