【摘要】：隨著天然氣凈化系統(tǒng)服役年限的延長(zhǎng),原料天然氣氣質(zhì)、裝置處理能力和操作工藝條件等均較原始設(shè)計(jì)值有了顯著變化,導(dǎo)致凈化的產(chǎn)品氣氣質(zhì)超過了國(guó)家二類天然氣標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)這一生產(chǎn)迫切需要解決的關(guān)鍵難題,特別是要將CO2含量控制在3%(V/V)的范圍內(nèi),本論文基于現(xiàn)有裝置的運(yùn)行條件,對(duì)凈化工藝過程與各裝置配氣方案進(jìn)行了優(yōu)化,取得了以下研究成果:(1)在自主設(shè)計(jì)并搭建的模擬現(xiàn)場(chǎng)天然氣脫硫脫碳工藝裝置上,優(yōu)選出配方胺液類型為MDEA+DEA;采用Design Expert軟件對(duì)胺液配比和吸收工藝條件進(jìn)行優(yōu)化,以CO2脫除率為響應(yīng)值,結(jié)果表明:最優(yōu)胺液質(zhì)量濃度配比MDEA:DEA:H2O=42.17%:5.00%:52.83%,最佳吸收溫度34.66℃,操作壓力4.78MPa,吸收時(shí)間12.96min。配方胺液的解吸率在90%~93%范圍內(nèi)。(2)基于雙膜理論建立了配方胺液吸收CO2的傳質(zhì)模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:配方胺液吸收CO2的傳質(zhì)過程屬于一級(jí)反應(yīng),反應(yīng)速率方程為-dc_(CO_2)/dt=1.0010c_(CO_2)~1.0063吸收過程中的增強(qiáng)因子E為45.57,傳質(zhì)速率方程為NA=144.12c1;配方胺液吸收CO2的交互作用系數(shù)β為0.1635,說明配方胺液增強(qiáng)了對(duì)CO2的吸收效果。(3)采用Aspen HYSYS對(duì)天然氣脫硫脫碳和脫水工藝進(jìn)行模擬,結(jié)果表明:最優(yōu)的配方胺液和最佳的吸收工藝條件可使外輸產(chǎn)品氣氣質(zhì)合格,且氣量增加了6.4%。通過Aspen Energy Analyzer對(duì)流程的能量和換熱網(wǎng)絡(luò)分析與優(yōu)化,結(jié)果表明:以總成本指數(shù)為目標(biāo)值的最優(yōu)夾點(diǎn)溫差為5℃,冷、熱流夾點(diǎn)溫度分別為122.9℃和127.9℃;以換熱器個(gè)數(shù)最少且經(jīng)濟(jì)效益最高為原則的冷、熱公用工程分別為2.437×106k J/h和6.077×106 k J/h,總年度成本指數(shù)為7.431×10-3,相較于模擬值分別降低了30.59%、15.03%和4.47%,同時(shí)夾點(diǎn)下的熱公用工程被消除,能量得到了合理分配與利用。(4)在不改變胺液配方的前提下建立了凈化裝置的配氣模型,基于遺傳算法編寫了優(yōu)化配氣方案的程序代碼。結(jié)果表明:在保證產(chǎn)品氣氣質(zhì)合格的前提下,產(chǎn)量可達(dá)1045.4587×104 m3/d,較優(yōu)化前增加了4.87%,同時(shí)得到了不同產(chǎn)品氣量的配氣方案。
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE644
【圖文】：

圖 1.1 美國(guó)醇胺法處理裝置分布情況Fig.1.1 The distribution of alcohol-amine devices in USA上可知，整個(gè) 20 世紀(jì)是醇胺法工藝發(fā)展的成熟期，隨著天然氣凈化工藝配方胺液逐漸成為目前醇胺工藝發(fā)展的趨勢(shì)，各國(guó)也都開始普遍采用。目方胺液產(chǎn)品有 Dow Chemical 公司 Gas/Spec 系列的 SS、CS-3、CS-1 等，

西北大學(xué)碩士學(xué)位論文系統(tǒng)、胺液吸收系統(tǒng)、溫度壓力控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和在線分析系統(tǒng)所組成。高壓反應(yīng)釜內(nèi)置鼓泡吸收管和磁力攪拌器，有效體積為 300mL，采用溫度控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，控溫范圍為 5~90℃；采用前、后背壓閥控制反應(yīng)釜壓力，控壓范圍為 0~10MPa；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)收集反應(yīng)釜內(nèi)的溫度和壓力。整套裝置的溫度變送器、壓力變送器、氣體流量計(jì)和 CO2在線分析儀都與微型計(jì)算機(jī)相連，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行直接監(jiān)測(cè)與調(diào)整[52]。采用混合氣 CH4和 CO2模擬現(xiàn)場(chǎng)原料天然氣，根據(jù)凈化廠現(xiàn)場(chǎng)裝置的操作工況，選擇溫度為 30℃，壓力為 4.8MPa，然后以鼓泡的方式緩慢將天然氣通入高壓反應(yīng)釜內(nèi)與配方胺液進(jìn)行吸收，反應(yīng)釜中攪拌器轉(zhuǎn)速為 120r/min。通過取樣口實(shí)時(shí)在線采集、分析吸收前后氣體中的 CO2含量，待吸收時(shí)間大于 20min 后，當(dāng)吸收前后的 CO2含量維持穩(wěn)定不變時(shí)，即可停止實(shí)驗(yàn)。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2734035