国内某含硫天然气站场脱硫工艺吸收塔的计算

2022-09-10

引言

天然气是一种优质、清洁的能源和化工原料, 而且使用方便, 拥有较高的综合经济效益, 我国拥有丰富的天然气资源, 但是约30%左右的天然气中含有大量硫元素, 其中硫化氢含量大于1%的天然气储量占到总储量的1/4, 有机硫化合物含量高的天然气, 不仅会造成设备和管道的腐蚀, 而且还会危害人体健康, 其燃烧产物也会污染环境, 在诸多设计规范及环保标准中都对硫化物的排放做了明确规定。因此在设计前期做好计算非常重要, 本文根据国内某一气田的案例, 详细阐述计算的过程。

一、基础数据

1.原料气和产品

原料气组成如下表:

2.建站规模及其它参数

此天然气站场原料气不含有机硫, 原料气处理量305x 103m3/d;原料气温度为30~36℃;原料气压力2.05-2.25MPa (g) 。

3.脱硫装置的主要工艺设备及计算

天然气脱硫装置主要的工艺设备包括吸收塔、气液分离器、贫液和富液换热器以及重沸器。下面就脱硫装置的吸收塔进行选型和计算。

(1) 设备选型

查看《气田天然气净化厂设计规范》我们可知, 浮阀塔的处理能力比泡罩塔和筛板塔高, 而且浮阀塔具有弹性大、效率高等特点, 故脱硫装置中吸收塔和再生塔优先宜采用浮阀塔。在本次设计中, 我们也采用浮阀塔作为吸收塔和再生塔。

在计算吸收塔直径的时候, 考虑到吸收液易发泡的特点, 因此板间距不宜选择过小, 综合考虑本站原料气的处理量和吸收塔的大小, 板间距我们选为450毫米, 为检修方便人的进出, 有人孔处的板间距选择为700毫米。

(2) 浮阀塔塔板数的计算

醇胺溶液吸收硫化氢和二氧化碳的过程为化学反应过程。在反应过程中要释放热量, 热量值随着吸收塔的塔板数而变化。查看资料《天然气加工工程》一书, 我们可以知道, 醇胺溶液脱硫, 吸收塔的塔板数一般取4-5个理论塔板数, 塔板效率为百分之二十五到百分之四十之间。

吸收塔塔板数取理论值Ne=5;塔板间效率取最低值25%

则吸收塔的实际塔板数Np应为5÷0.25=20个

计算得到的塔板数可以将原料气中的硫化氢含量减少到20mg/m3以下。

(3) 浮阀塔塔径计算

处理量为每天305万方的天然气在温度30℃, 压力2200KPa条件下的流量为:

液体循环量为醇胺溶液的循环量, 根据醇胺溶液的循环量计算得知液体循环量Ls为0.04m3/s。

次气田原料气相对分子质量为

原料气密度

塔板间距为:

查阅《石油化学工程基础》可知, 液层高度介于0.05米到0.1米之间, 取

∵液相45%醇胺溶液的表面张力

∴查得结果C20按下式校正

最大允许气速:

∵醇胺溶液不易发泡, 取泛点百分率为0.85

实际气速:

塔径:

根据《气田天然气净化厂设计规范》的规定, 将塔径2.64米取整为3米。

(4) 浮阀塔堰及降液的计算

采用浮阀塔板, 由《常用化工单元设备的设计》, 因塔径为3米, 在2米以上, 所以采用双流型, 选定:

若为平堰, 堰上清液层高度:

E:液流收缩系数, 取E=1.08

因为, 所以不能采用平堰

故应缩短堰长或改用齿形堰

查图得E=1.09

验证正确。

综上堰高:

(5) 浮阀塔塔板压降的计算

根据浮阀塔的计算公式, 我们可得出以下结论:

混合液在降液管内停留时间是否满足条件, 还得需要继续核算

①液体在降液管内实际停留时间

△为板上液面落差, 对浮阀塔而言△很小, 一般可忽略。

取降液管端部与塔板的间隙高度=0.04米

②混合液在降液管内的最大停留时间

根据上述计算符合, 可行。

结束语

目前醇胺溶液脱除气体中硫化氢工艺已经非常成熟且应用广泛, 从设备的本质安全考虑, 前期设计计算显得尤其重要, 通过本文对吸收塔的选型和计算, 我对天然气脱硫装置有以下几点心得体会:

1.在装置前期设计上, 计算结果的复核很重要。主要根据不同商品天然气指标, 进行每一项的逐一复核, 确认所有项都符合商品天然气的指标要求。

2.复核工作不仅要在数据上, 还要对设计图标进行复核, 这样可以有效减少设计中的遗漏和错误, 避免因为一些小的误差而影响整个工程。

3.做设计计算要全面、认真、细致、科学、严谨, 不能评自己的经验, 直接确认, 要确保每一个数值都有依据。

4.计算时, 得出的结果要注意与实际运行相结合, 计算的结果是理论值, 要满足实际运行的需要。

摘要：天然气中含有硫化氢、二氧化硫和二氧化碳等酸性杂质时, 在油气开采、管道运输过程中会腐蚀设备和管道, 并且当天然气作为燃料气时, 燃烧后的组份不仅危害人的健康还污染环境;因此当天然气中硫化氢、二氧化硫和二氧化碳等组分含量较高时, 不符合天然气管输标准时, 必须采用合适的方法去掉这些杂质, 使天然气符合要求。本文根据某一气田的原料气组份和产量等条件, 通过计算, 选取合适的设备和参数, 为以后的工艺设计提供参考。

关键词：天然气脱硫,工艺计算,参数分析