天然气MDEA选择性脱硫工艺的建模

【摘要】：随着社会的发展，天然气作为一种清洁，节能并且储存量大的新型能源即将取代石油在工业发展和日常生活中的能源地位，成为人类的主要消耗能源。大多数天然气体中会混合有H_2S，CO_2等酸性气体，这些气体都对人们的生活，工业生产以及周围环境有着极大的危害，特别是H_2S气体。但是H_2S又能够工业合成硫单质，硫是一种重要的化工原料。所以工业上选择性脱除含有硫化氢以及二氧化碳的天然气中的硫化氢逐渐成为热门研究对象。 经过与其他脱硫方法的比较，本文拟采用化学溶剂MDEA脱硫方法脱除天然气中的硫化氢气体。MDEA作为一种醇胺，广泛应用的当前脱除天然气中硫化氢的工艺。由于MDEA与硫化氢的反应是质子转移反应，其反应是瞬间反应。相反的，MDEA与二氧化碳的反应要复杂，并且缓慢。化学反应速率上的差距成为MDEA能够选择性脱除硫化氢的主要因素。 在这些反应的动力学以及热力学研究的基础上，本文建立了描述MDEA水溶液同时吸收硫化氢以及二氧化碳的机理反应模型。不同于以往所建立的基于传质速率的机理模型，本文通过热动力学建立起一种非常简单的气液相平衡模型。这个模型不仅可以在初期预测MDEA水溶液同时吸收两种气体的气液相平衡过程，而且还可以预测出几种不同因素对于吸收反应的影响。 根据MDEA水溶液选择性脱除硫化氢的基本反应原理，建立起天然气脱硫吸收塔的稳态模型，并通过逐板计算法以及流率加和法两种方法求解此稳态模型。分析具体实例，证明所建立稳态模型能够正确预测天然气脱硫吸收塔的稳态脱吸过程。对于流率加和法中涉及的大型矩阵方程，本文用托马斯方程求解。建立正确的稳态模型为今后对天然气脱硫过程的优化设计打下坚实基础。 最后为了进一步考察天然气脱硫过程的动态行为，本文建立了天然气脱硫过程的动态模型。动态模型体现出了吸收塔自开工到稳定状态的变化过程，对于我们分析天然气脱硫工艺的过程以及今后对天然气脱硫工艺的控制提供理论基础。 本文研究不仅能够精确地模拟天然气脱硫工艺，得到正确合理的工艺参数，而且能够为今后天然气脱硫工艺过程的优化设计以及先进控制打下良好的理论基础。 【关键词】：天然气脱硫 MDEA 稳态建模 动态建模
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TE644
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 课题的来源以及研究背景与目的13-14
• 1.2 天然气脱硫工艺的发展14-16
• 1.2.1 湿法脱硫工艺-用可再生溶剂脱硫14-15
• 1.2.2 干法脱硫工艺15
• 1.2.3 膜分离法15
• 1.2.4 生物法15-16
• 1.3 天然气脱硫方法的选择16-17
• 1.4 MDEA 的简介17-20
• 1.4.1 MDEA 的性质17-18
• 1.4.2 MDEA 在国际中的发展状况18-19
• 1.4.3 MDEA 脱硫原理19-20
• 1.5 MDEA 吸收塔20-21
• 1.6 本论文的主要研究内容21
• 1.7 本论文的研究成果和创新点21-22
• 1.8 本论文各部分内容22-23
• 第二章 选择性脱硫反应原理和气液物性计算模型23-35
• 2.1 MDEA-H_2O-H_2S-CO_2体系反应原理23-24
• 2.2 MDEA-H_2O-H_2S-CO_2体系溶解度模型以及求解24-30
• 2.2.1 硫化氢与二氧化碳气液相平衡过程建模与求解24-30
• 2.2.2 水的气液相平衡过程建模与求解30
• 2.3 MDEA-H_2O-H_2S-CO_2体系的吸收热30-31
• 2.4 MDEA-H_2O-H_2S-CO_2体系气液相的物理性质31-34
• 2.4.1 物料的热容与焓值32
• 2.4.2 物料的密度32-33
• 2.4.3 物料的容积33
• 2.4.4 物料的温度33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 稳态建模35-55
• 3.1 对天然气 MDEA 脱除硫化氢工艺流程的简介35
• 3.2 稳态模型的建立35-37
• 3.3 模型求解37-53
• 3.3.1 逐板计算方法求解稳态模型38-40
• 3.3.2 流率加和法求解稳态模型40-45
• 3.3.3 流率加和法求解举例45-50
• 3.3.4 几种主要参数对于 MDEA 脱硫的影响50-53
• 3.4 本章小结53-55
• 第四章 动态建模55-61
• 4.1 离开第 j 层塔板的气体的量与组成的计算55-57
• 4.2 离开第 j 层塔板的液体的量与组成的计算57
• 4.3 第j 层塔板上的液体的量与组成的计算57-59
• 4.4 动态建模实例59-60
• 4.5 本章小节60-61
• 第五章 总结与展望61-63
• 5.1 工作总结61
• 5.2 工作展望61-63
• 参考文献63-66
• 致谢66-67
• 研究成果及发表的学术论文67-68
• 作者和导师简介68-69
• 附件69-70

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