天然气净化系统工艺过程与装置配气优化研究

发布时间：2020-06-29 15:33

【摘要】：随着天然气净化系统服役年限的延长,原料天然气气质、装置处理能力和操作工艺条件等均较原始设计值有了显著变化,导致净化的产品气气质超过了国家二类天然气标准。针对这一生产迫切需要解决的关键难题,特别是要将CO2含量控制在3%(V/V)的范围内,本论文基于现有装置的运行条件,对净化工艺过程与各装置配气方案进行了优化,取得了以下研究成果:(1)在自主设计并搭建的模拟现场天然气脱硫脱碳工艺装置上,优选出配方胺液类型为MDEA+DEA;采用Design Expert软件对胺液配比和吸收工艺条件进行优化,以CO2脱除率为响应值,结果表明:最优胺液质量浓度配比MDEA:DEA:H2O=42.17%:5.00%:52.83%,最佳吸收温度34.66℃,操作压力4.78MPa,吸收时间12.96min。配方胺液的解吸率在90%~93%范围内。(2)基于双膜理论建立了配方胺液吸收CO2的传质模型。实验结果表明:配方胺液吸收CO2的传质过程属于一级反应,反应速率方程为-dc_(CO_2)/dt=1.0010c_(CO_2)~1.0063吸收过程中的增强因子E为45.57,传质速率方程为NA=144.12c1;配方胺液吸收CO2的交互作用系数β为0.1635,说明配方胺液增强了对CO2的吸收效果。(3)采用Aspen HYSYS对天然气脱硫脱碳和脱水工艺进行模拟,结果表明:最优的配方胺液和最佳的吸收工艺条件可使外输产品气气质合格,且气量增加了6.4%。通过Aspen Energy Analyzer对流程的能量和换热网络分析与优化,结果表明:以总成本指数为目标值的最优夹点温差为5℃,冷、热流夹点温度分别为122.9℃和127.9℃;以换热器个数最少且经济效益最高为原则的冷、热公用工程分别为2.437×106k J/h和6.077×106 k J/h,总年度成本指数为7.431×10-3,相较于模拟值分别降低了30.59%、15.03%和4.47%,同时夹点下的热公用工程被消除,能量得到了合理分配与利用。(4)在不改变胺液配方的前提下建立了净化装置的配气模型,基于遗传算法编写了优化配气方案的程序代码。结果表明:在保证产品气气质合格的前提下,产量可达1045.4587×104 m3/d,较优化前增加了4.87%,同时得到了不同产品气量的配气方案。
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE644
【图文】：

分布情况,醇胺法,处理装置,分布情况

图 1.1 美国醇胺法处理装置分布情况Fig.1.1 The distribution of alcohol-amine devices in USA上可知，整个 20 世纪是醇胺法工艺发展的成熟期，随着天然气净化工艺配方胺液逐渐成为目前醇胺工艺发展的趋势，各国也都开始普遍采用。目方胺液产品有 Dow Chemical 公司 Gas/Spec 系列的 SS、CS-3、CS-1 等，

装置图,装置图,胺液,高压反应釜

西北大学硕士学位论文系统、胺液吸收系统、温度压力控制系统、数据采集和在线分析系统所组成。高压反应釜内置鼓泡吸收管和磁力搅拌器，有效体积为 300mL，采用温度控制系统调节，控温范围为 5~90℃；采用前、后背压阀控制反应釜压力，控压范围为 0~10MPa；数据采集系统实时收集反应釜内的温度和压力。整套装置的温度变送器、压力变送器、气体流量计和 CO2在线分析仪都与微型计算机相连，对采集的数据进行直接监测与调整[52]。采用混合气 CH4和 CO2模拟现场原料天然气，根据净化厂现场装置的操作工况，选择温度为 30℃，压力为 4.8MPa，然后以鼓泡的方式缓慢将天然气通入高压反应釜内与配方胺液进行吸收，反应釜中搅拌器转速为 120r/min。通过取样口实时在线采集、分析吸收前后气体中的 CO2含量，待吸收时间大于 20min 后，当吸收前后的 CO2含量维持稳定不变时，即可停止实验。

【参考文献】