高含硫天然气净化厂闪蒸过程模拟及闪蒸气回收技术研究

【摘要】：从普光天然气净化厂所面临的问题发现,由于前期设计阶段闪蒸气量的设计值远小于现场联合装置所产生的闪蒸气量,大量的闪蒸气直接作为废气经尾气焚烧炉焚烧,导致尾气焚烧炉超负荷运行,甚至出现停机,因此大部分闪蒸气只能通过低压火炬放空,这不仅影响生产,而且造成资源浪费和环境污染。本课题以普光为例,针对高含硫天然气净化厂闪蒸气未得到合理处理的问题,采用Aspen HYSYS软件建立脱酸气和脱水模型,利用软件的“Databook”函数功能分析主要参数对净化效果、闪蒸效果和再生效果的影响,其中脱酸气单元:吸收塔入口原料气温度增大,吸收效果降低,贫胺液温度的增大,促进CO2的吸收而抑制H2S的吸收,贫胺液用量增大,吸收效果增大,级间半富胺液的冷却温度增大也促进吸收;对于闪蒸塔入口,富液温度的增大促进闪蒸效果,贫胺液温度增大促进闪蒸效果,而压力增大则抑制闪蒸效果;再生回流比增大将促进H_2S的脱附而抑制CO_2的脱附,但变化较小,再生塔入口富胺液温度增大将促CO_2的脱附而抑制H_2S的脱附,其压力促进H_2S脱附,但对CO_2无影响。脱水单元:脱水塔入口贫甘醇溶液用量增大将促进脱水效果,湿气温度增大将降低脱水效果,而压力增大将促进脱水效果,贫甘醇温度和压力不影响脱水效果;闪蒸塔入口贫TEG用量增加将促进闪蒸效果;再生塔入口富甘醇温度增大将降低再生效果,再生塔回流比增大将促进再生效果,但变化较小;汽提塔燃料气用量增大将促进再生效果,当增大到一定值时不再影响再生效果。根据这些影响规律,优选工艺参数,并将得到的模型与实际运行参数进行对比,经验证,通过优选净化、闪蒸和再生三个过程的工艺参数的方法所确定的模型,能够很好的反应实际运行装置的过程参数(见表3-3),模拟出的闪蒸气量与实际值误差2%,这说明闪蒸气模拟方法是准确可行的。在此基础上分析影响闪蒸气(主要有三个方面:气量、CH_4含量和酸气/水含量)的因素:闪蒸塔入口贫液浓度变化对闪蒸量、CH_4含量及酸气含量的影响较小,但对闪蒸气中水含量影响较大,浓度增大水含量降低;闪蒸塔压力增加,闪蒸气量和酸气(或水)含量均减少,而闪蒸气中CH_4含量增加;入口富液的温度对闪蒸气的影响较大,当入口富液温度增大时,闪蒸气量和酸气(和水)含量均增大,而闪蒸气中CH4含量减小。由此,为保证联合装置闪蒸效果及闪蒸气的稳定性,应通过严格控制闪蒸罐压力,同时应控制闪蒸塔入口富液的温度变化。从能耗和工程投资两方面分析研究,选择出最优的低压净化回收工艺将闪蒸气回收至燃料气系统,根据净化厂实际情况和闪蒸气的特点,选择合适的设备和“一步净化”工艺。经分析,净化采用分子筛吸附的两塔流程,吸附周期和再生周期均为8小时,分子筛选用吸附性能更好的13X型球形分子筛。经计算,每个吸附周期所需13X分子筛的用量为26254 kg,在此基础上对分子筛吸附塔的塔径和床层高度进行设计,得到塔径为2.0m,床层高度为15.5m。低压净化回收工艺新增装置总投资费用为2206.2万元,其中工程费用1840.2万元,其他费用202.7万元,预备费163.4万元。投产1年可回收闪蒸气2761.6×10~4m~3,可实现收益4429.6万元,投产不到6个月可收回投资。可见闪蒸气回收具有一定的经济效益。 【关键词】：闪蒸气回收 天然气净化厂 高含硫 HYSYS模拟 分子筛吸附
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TE64
【目录】：

• 摘要4-6
• abstract6-11
• 第一章 绪论11-27
• 1.1 课题背景11
• 1.2 国内外高含硫天然气脱酸气工艺现状11-22
• 1.2.1 胺洗法12-17
• 1.2.2 碱法17-18
• 1.2.3 物理法18-20
• 1.2.4 化学法20-21
• 1.2.5 其他脱酸气方法21-22
• 1.3 国内外高含硫天然气脱水工艺现状22-27
• 1.3.1 低温分离法22-23
• 1.3.2 吸附法23-24
• 1.3.3 吸收法24
• 1.3.4 新型脱水技术24-27
• 第二章 普光高含硫天然气净化厂工艺现状27-35
• 2.1 原料气及产品规格27-29
• 2.1.1 原料气27
• 2.1.2 产品规格27-28
• 2.1.3 技术现状28-29
• 2.2 净化单元工艺流程29-33
• 2.2.1 脱酸气单元工艺流程29-32
• 2.2.2 脱水单元工艺流程32-33
• 2.3 现场工艺所面临的问题33-35
• 第三章 脱酸气及脱水模型的建立与参数优选35-56
• 3.1 ASPEN HYS YS物性包的选择和流体包的建立35-37
• 3.2 脱酸气模型的建立与工艺参数优选37-47
• 3.2.1 吸收过程38-41
• 3.2.2 MDEA闪蒸过程41-43
• 3.2.3 MDEA再生过程43-47
• 3.3 脱水模型的建立与工艺参数优选47-53
• 3.3.1 脱水过程47-50
• 3.3.2 TEG闪蒸过程50
• 3.3.3 TEG再生过程50-53
• 3.4 脱酸气和脱水模型的验证53-54
• 3.5 小结54-56
• 第四章 闪蒸气回收工艺优选56-69
• 4.1 闪蒸气量的确定56-58
• 4.2 闪蒸气的影响因素58-63
• 4.2.1 脱酸气单元58-61
• 4.2.2 脱水单元61-63
• 4.3 闪蒸气回收工艺路线63-68
• 4.3.1 方案 1：低压净化回收工艺64-65
• 4.3.2 方案 2：高压回收工艺65-66
• 4.3.3 方案比选66-68
• 4.4 小结68-69
• 第五章 闪蒸气回收工艺设备集成技术69-82
• 5.1 气柜69-70
• 5.1.1 气柜选型69-70
• 5.1.2 气柜容积比选70
• 5.2 压缩机70-72
• 5.2.1 压缩机选型70-71
• 5.2.2 压缩机参数71-72
• 5.3 净化系统橇装化72-77
• 5.3.1 气质工况及处理规模72
• 5.3.2 净化流程简述72-73
• 5.3.3 吸附单元设计73-77
• 5.3.4 主要设备操作参数77
• 5.4 安全措施77-78
• 5.5 新增装置效益评价78-81
• 5.5.1 总投资估算依据78
• 5.5.2 总投资费用估算78-80
• 5.5.3 效益评估80-81
• 5.6 小结81-82
• 结论及建议82-84
• 参考文献84-89
• 致谢89

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