本科毕业设计（论文）开题报告

 2011年   3月   17日

1.设计的选题意义

天然气可分为酸性天然气和洁气。酸性天然气是指含有显著量的硫化物和CO2等酸性气体，必须经过处理后法能达到关输标准或商品气气质指标的天然气，洁气是指硫化物和CO2含量甚微或根本不含，不需要净化就可以外输和利用地的天然气。天然气中存在的硫化物主要是H2S，此外还可能还有一些有机硫化物，如硫醇，硫醚，COS及二硫化碳等；除硫化物外，二氧化碳也是需要限制的指标。酸性天然气的威海有：酸性天然气在谁存在的条件下会腐蚀金属;污染环境；含硫组分有难闻的臭味，剧毒；刘可能是下游工厂的催化剂中毒；H2S可能堆人造成伤害；CO2含量过高会使天然气热值达到不到要求。

天然气是一次能源中最为清洁，高效，方便的能源，不仅在工业与城市民用燃气中广泛应用，而且在发电业中也起到越来越重要的作用，近20年来在我国呈现出快速发展的态势，从西气东输和川气东送为标志的天然气管道工程建设到20##年1月份气荒，都促进了天然气市场的发展。

煤炭在我过一次能源消费中的比例将近70％，以煤为主的能源消费结构二氧化碳排放过多，对环境压力较大。合理利用天然气，充分净化天然气，可以优化能源消费结构，改善大气环境，提高人民生活质量，对实现节能减排，建设环境友好型社会具有重要意义。

天然气是指自然界中天然存在的一切气体，包括大气圈，水圈，生物圈和岩石圈中各种自然过程形成的气体。而人们长期以来通用的“天然气”是从能量角度出发的狭义定义，是指气态的石油，转指在岩石圈中生成并蕴藏于其中的以低分子饱和烃为主的烃类气体和少量非烃类气体组成的可燃性气体混合物。它主要存在于油田气，气田气，煤层气，泥火山气和生物生成气中。天然气是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷，丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢，二氧化碳，氮和水汽，一级微量的惰性气体，如氦和氩等。在标准状况下甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。

从矿藏中开采出来的天然气是组分非常复杂的烃类混合物，且含有少量的非烃类杂质。其中非烃类杂质常常含有H2S,CO2和有机硫化物。由于有水的存在，这些气体组分将生成酸或酸溶液，造成输气管道和设备的严重腐蚀。天然气中的硫化物及其燃烧物会破坏周围的环境，损害人类的健康。因此天然气中的H2S量受到严格限制，开采出的天然气往往需经脱硫预处理以满足传输及使用要求。而像H2S和硫醇这样的硫化物，我们可以通过技术手段将其从天然气中分离，并使之转化为可供工业应用的元素硫，这样便构成一条天然气工业中普遍采用的净化回收硫磺的基本技术路线。此外，当硫磺回收装置的尾气不符合打起排放标准时，还应建立尾气处理装置。故而一个完整的天然气脱硫厂应包括脱硫装置，硫磺回收装置和尾气处理装置。

　

2国内外研究现状及发展趋势

   通过多年的自身努力和引进消化吸收国内外先进技术，国内脱硫脱水硫磺回收和尾气处理等各种工艺已基本配套，能在一定范围内较合理点资源条件选择净化法案，能满足国内绝大多数气田的建设。对于原料气含H2S＜100g/m³的国内天然气净化技术已经达到或接近国外先进水平，但在脱硫溶剂，关键设备，催化剂方面还存在一定的差距。

在脱硫脱碳技术方面一是在特高含硫酸性气田净化和高含CO2的天然气净化方面还存在一定差距；二是国内脱硫脱碳特种溶剂种类还很少，虽然国外已有这类产品，单价格非常昂贵；三十MDEA工艺师目前天然气净化的主要工艺技术。其主要技术特点已经被掌握，但对于MDEA溶剂在运转时会出现的污染，发泡，降解和腐蚀等操作问题尚缺乏准确灵敏的分析检测手段；四是现有的有机脱硫工艺不能满足处理不同类型资源的需要

 在硫磺回收和尾气处理方面一是用于扩大处理规模改造工程非常有效的富氧CLAUS工艺是国外公司的专有技术，在国内还未使用；二是虽然国内已具有自行设计建设  CLAUS法硫磺回收装置的能力，但在部分单元和装置布局方面还存在不足，科技创新能力不强除MCRC技术外，其他尾气处理技术基本依赖引进。在硫磺回收装置高效能运行，管理的精细度和规范化方面还有待进一步提高；三是尾气处理工艺基本上是国外的专有技术或专利技术，国内已基本撞我了该类工艺，但须向国外公司购买专利包或基础设计

   为满足越来越严格的环保要求，天然气净化工艺技术正在向更高水平发展。脱硫以及脱碳工艺的发展是以生产达到商品气质标准的天然气为目标，根据不同的原料气条件，不断寻求较为合理的解决途径，并尽可能地降低能量消耗；硫磺回收即为其处理的技术进步则是以满足有关的环保标准为目标，始终以提高硫收率为重点，保证装置长期稳定运行。减少尾气中污染物的排放，同时降低装置投资和操作费用

 配方性选择性脱硫溶剂的开发成功和推广应用，是近年来醇胺法工艺发展的一项重大进展。天然气脱硫的发展趋势，主要是醇胺法工艺，尤其以MDEA为主剂的各种配方性溶剂工艺

   化学物理溶剂及物理溶剂工艺获得进一步发展化学物理溶剂及物理溶剂工艺具有高选择性，能耗低，可脱有机硫等优势，尤其实在需要大量脱除有肌瘤的情况下，此类方法具有独特的优越性。

 氧化还原法及生物脱硫技术颇受关注，对于低含硫天然气的处理，氧化还原法工艺拥有的优势十分明显。该方法能再接近室温条件下脱硫，并同时将硫转化生成元素硫，选择性和转化率都很高。生物脱硫技术与氧化还原法工艺一样，在脱硫同时进行硫回收。该技术的气体脱硫效率及硫化物转化率都较高，过程操作简单，而且能够适应气体流量及H2S含量较大的变化。

 氧化还原法工艺多用于低压气体处理，如采用螯合铁溶液的LO-CAT工艺。为了使净化气能够直接进入高压输气管网，开发高压脱硫工艺一直成为人们所关注的对象和攻克的目标。目前氧化还原法用于高压气体处理取得了进展。

  硫回收与尾气处理的组合工艺有了较快发展。对于中等规模的酸气硫含量，采用单独尾气处理工艺，虽能获得很高的硫磺回收率，但相应的投资及操作费用也相当高，显得不经济。采用将CLAUS工艺与尾气处理结合的工艺，不仅可以简化流程，还可以降低投资及操作费用。

   富氧CLAUS工艺受到重视。用富氧空气或纯氧替代空气，可提高装置的处理能力，降低CLAUS装置和尾气处理设备的占地和投资费用，还能较强第适应酸气流量或H2S含量发生变化，可以提高硫的收率。

  硫回收催化剂的研发在向系列化、高水平方向发展。专用催化剂的开发促进了PROCLUAS工艺以及DOXOSUFREEN工艺的成功。

   为降低投资和操作费用，脱硫工艺流程也在不断改进和优化。脱硫工艺除了在溶剂配方上进行改进外，以提高改善脱硫脱碳性能为目标，对传统工艺流程的改进一直未停止。比较典型的改进主要有：增加一个原料欲接触器，吸收塔采取多点进料，胺液分流，用变压再生替代重沸器热再生等。

3．主要研究内容

一．酸性天然气的净化方法

1.化学吸收法

这类方法又称化学溶剂法。它以碱性溶液为吸收溶剂(化学溶剂)，与天然气中的酸性组分（主要是H₂S和CO₂)反应生成某种化合物。

醇胺法，主要包括：一乙醇胺(MEA)法、二乙醇法(DEA)法、二甘醇胺(DGA)法、二异丙醇法（DIPA)法、甲基二乙醇胺(MDEA)法等。醇胺法是最常用的天然气脱硫方法。此法适用于从天然气中大量脱硫和二氧化碳。

碱性盐溶液法，主要包括：改良热减法、氨基酸盐法；它们虽然能脱除硫化氢，但主要用于脱除二氧化碳，在天然气工业中应用不多。

2物理吸收法

这类方法又称为物理溶剂法。它们采用有机化合物为吸收溶剂(物理溶剂)，对天然气中的酸性组分进行物理吸收而将它们从气体中脱除。主要包括多缩乙二醇法和砜胺办法等。物理吸收法的溶剂通常靠多级闪蒸进行再生，不需蒸汽和其它热源，还可同时使气体脱水。海上采出的天然气需要大量脱除二氧化碳时常常选用这类方法。

3 联合吸收法

联合吸收法兼有化学吸收和物理吸收两类方法的特点，使用的溶剂是醇胺、物理溶剂和水的混合物，故又称为混合溶液法或化学—物理吸收法。

5.直接转化法

 这类方法以氧化一还原反应为基础，故又称为氧化还原法。此法包括借助于溶液中氧载体的催化作用，把被碱性溶液吸收的H2S氧化为硫，然后鼓人空气，使吸收剂再中，从而使使硫与硫回收合为一体。直接转化法目前多用于在焦炉气、水煤气、合成气等气体脱硫。

6.膜分离法

 是一门新的分离技术，它借助于膜在分离过程的选择性滲透作用脱除天然气中的酸性组分。多用于从CO2含量很高的天然气中分离CO2。

二．脱酸性气的方法选择

    天然气脱酸性组分方法的选择，不仅对于过程本身，就是对于下游工艺过程包括硫磺回收、脱水、天然汽油回收以及液烃产品处理等方法的选择都有很大影响。在选择脱酸性气方法时需要考虑的主要因素是：

1.天然气中酸性组分的类型和含量 

大多数天然气中的酸性组分是H₂S和CO₂，但有的还可能有COS、CS₂、RSH等。只要气体中含有这些组分中的任何一种，都会排除选择某些方法的可能性。

 2. 天然气中的烃类组成 

通常，大多数硫磺回收装置采用克劳斯法。克劳斯法生产的硫磺质量对存在于气(从酸性天然气中获得的酸性组分)中的烃类特别是重烃十敏感。因此，当有些脱硫方法采用的吸收溶剂会大量溶解烃类时，就可能要对获得的酸气进一处理。

3.对脱除酸气后的净化气及对所获得的酸气要求 

作为硫磺回收装置的原料气(酸气)，其组成是必须考虑的一个团素。如酸性气中的CO₂浓度大于80％时，为了提高原料气中H₂S的浓度。就应考虑采用选择性脱硫方法的可能性，包括采用多级气体脱硫过程。

4.对需要脱除的酸性组分的选择性要求  

在各种脱硫方法中，对脱硫剂最重要的一个要求是其选择性，有些方法的脱硫剂对天然气中某一酸性组分的选择性可能很高，而另外一些方法的脱硫剂则无选择件。还有一些脱硫方法，其脱硫剂的选择性受操作条件的影响很大。

5.原料气的处理量 

有些脱硫方法适用于处理量大的原料气脱硫，有些方法只适用于处理量小的原料气脱硫。

6.原料气的温度、压力及净化气所要求的温度、压力 

有些脱硫方法不宜在低压下脱硫，而另外—些方法在脱硫温度高于环境温度时会受到不利因素的影响。

7.其它 

如对气体脱硫、尾气处里有关的环保安求和规范，以及脱硫装置的投资和操作费用等。

        尽管需要考虑的因素很多，但按原料气处理量计的硫潜含量(kg/d)是一个关键因素。与间歇法相比．当原料气的硫潜量大于45 kg/d时，应优先考虑醇胺法脱硫。虽然目前还没有—种醇胺法能满足所有要求，但由于这类方法技术成熟，脱硫溶剂来源方便，对上述因素有很大的适应性、因而是最重要的一类脱硫方法。据统计，全世界2000多套气体脱硫装置中，有半数以上采用醇胺法脱硫。

4.工艺方案评选及工艺流程的设计

一．原料数据及产品要求

1、装置规模：原料天然气处理量50万标方/天。

2、原料气组成：

         组分        CH₄     C₂H­₆    H₂S   CO₂    H₂O（含饱和水）合计

       摩尔分率%    94.69    3.00     1.74   0.50    0.07            100

3、原料气进装置的压力、温度： 3920kPa(G)，20℃

4、要求净化气中H₂S含量≤10mg/m³，水露点-5℃。

二方案评选

各种胺法是天然气净化的最主要的方法，常规胺法用于同时脱除H2S和CO2。选择性胺法则用于在H2S.CO2同时存在时选择性脱除   H2S。根据原料气的数据不需要选择性脱除H2S，故采用常规胺法。脱硫剂选用MDEA,、MDEA是优良的吸收熔剂其耗能、腐蚀及降解情况在几种醇胺中是最好的。

三工艺流程简图

四脱硫工艺流程图

5．设计（论文）的工作进度安排

第二篇：供热设计开题报告2

毕业设计/论文

开   题   报   告

课 题 名 称                             

                                            

类        别                            

系　      别                             

专   业   班                  　　      

姓　      名　                           

评        分                             

指 导 教 师                              

20  年  月  日

山东农业大学

供热设计开题报告

（此表由学生填写，指导教师、教研室、系签署意见）