天然气净化系统工艺过程与装置配气优化研究

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1、分类号：TE644学校代码：10697密级：公开学号：201520722硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION天然气净化系统工艺过程与装置配气优化研究学科名称：化学工艺作者：张旭指导老师:李冬教授西北大学学位评定委员会二○一八年六月StudyontheOptimizationofTechnologyProcessandGasDistributioninNaturalGasPurificationSystemAthesissubmittedtoNorthwestUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementsforthed

2、egreeofMasterinChemicalTechnologyByZHANGXuSupervisor:LIDongProfessorJune2018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

3、DesignExpert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dcCO21.0010c1.0063，吸收过程液吸收CO2的传质过程属于一级反应，反应速率方程为CO2dt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

4、.1635，说明配方胺液增强了对CO2的吸收效果。（3）采用AspenHYSYS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AspenEnergyAnalyzer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2.437×106kJ/h和6.077×106kJ/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

5、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1045.4587×104m3/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。关键词：天然气，配方胺液，吸收动力学，流程模拟，配气方案iABSTRACTWiththeextensionoftheservicelifeofpurificationsystem,thenaturalgastemperamentoftherawmaterial,thehand

6、lingcapacityofthedevicesandtheoperatingconditionshavechangedsignificantlycomparedwiththeoriginaldesignvalue.Thisleadstothepurificationoftheproductgasexceedingthenationalstandardofsecondgrade.Aimingatthekeyproblemthatneedtobesolvedurgently,particularlycontroltheCO2contentin3%(V/V),theoptimizat

7、ionoftechnologyprocessandgasdistributionschemesweresystematicallystudiedbasedontheoperatingconditionsoftheexistingdevices.Theresultsareasfollows:(1)Asetofdesulfurizationanddecarbonizationdevicewasselfdesignedandbuilttosimulateonthespotandobta