天然氣管道氮氣置換后甲烷提純工藝設(shè)計

【摘要】：城市中壓天然氣管網(wǎng)在運行過程中常常會涉及到的腐蝕管段更換、管道聯(lián)網(wǎng)等檢修作業(yè)，檢修作業(yè)通常涉及到電焊、電熔焊等焊接作業(yè)；為了作業(yè)人員的安全，一般選用惰性氣體如氮氣來置換掉燃氣管道中的殘余天然氣。當檢修完成后，在恢復(fù)市政管道供氣之前需使用天然氣置換掉作業(yè)管段中殘余的氮氣，使天然氣的體積濃度值符合城鎮(zhèn)燃氣供氣要求。此外，隨著城鎮(zhèn)化的推進，城市燃氣管道的覆蓋面不斷增大。以南方某沿海城市為例，統(tǒng)計數(shù)字顯示，該城市燃氣管道總長度年均增長率達12%。這些新建管道在竣工驗收時，內(nèi)部充滿了壓縮空氣；在投產(chǎn)前需要先將壓縮空氣排放完全，然后通入惰性氣體（一般是氮氣）將剩余的空氣置換掉，最后開啟天然氣氣源閥門、通入天然氣，將管道中的殘余氮氣置換出來。 上述兩種置換過程往往伴隨著天然氣的大量放散，以此來保證市政燃氣管網(wǎng)中天然氣的濃度符合供氣要求。這一過程不僅增加了大氣中的溫室氣體含量，而且在一定程度上造成能源浪費，因此對置換作業(yè)過程中放散的天然氣、氮氣混合氣體進行提純，回收其中的甲烷，既具有經(jīng)濟效益，也有利于大氣環(huán)境，具有良好的社會效益。 變壓吸附，作為一種新型氣體分離技術(shù)，具有產(chǎn)品純度高、可在室溫和不高的壓力下工作、床層再生時不用加熱（節(jié)能）、設(shè)備簡單、操作維護簡便、能連續(xù)循環(huán)操作，可實現(xiàn)自動化等優(yōu)點。變壓吸附技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)越來越成熟，從最初的單塔到后來的雙塔、三塔、四塔、多塔，裝置的復(fù)雜程度越來越高，在化工、環(huán)保、煤炭等行業(yè)得到了快速的推廣和應(yīng)用。 本文擬針對管道天然氣置換作業(yè)的特點，研究利用活性炭為吸附劑，通過雙塔變壓吸附技術(shù)，設(shè)計開發(fā)一套用于氮氣置換作業(yè)后的管道天然氣中甲烷、氮氣分離工藝，通過該工藝設(shè)計制造的裝置將具備小型化、撬裝、可移動、具有一定的自動化程度、操作維護簡單等特點。該工藝設(shè)計將為國內(nèi)各管道天然氣經(jīng)營企業(yè)有效解決天然氣置換氮氣過程中存在的天然氣大量耗散這一問題提供一種全新的解決思路。 【關(guān)鍵詞】：天然氣 氮氣置換 變壓吸附 分離工藝流程
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TU996
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目錄8-10
• 第一章 文獻綜述10-21
• 1.1 研究背景10-16
• 1.1.1 甲烷的溫室效應(yīng)10
• 1.1.2 氮氣置換10-13
• 1.1.3 甲烷、氮氣分離方法13-16
• 1.2 變壓吸附分離甲烷-氮氣混合氣國內(nèi)外研究綜述16-19
• 1.2.1 國內(nèi)外研究概況16-17
• 1.2.2 國內(nèi)外研究發(fā)展趨勢17-19
• 1.3 研究意義、目的、內(nèi)容19-21
• 1.3.1 研究意義19-20
• 1.3.2 研究目的20
• 1.3.3 研究內(nèi)容20-21
• 第二章 變壓吸附分離技術(shù)21-32
• 2.1 變壓吸附21
• 2.2 吸附過程的特性21-23
• 2.3 吸附過程中的物質(zhì)傳遞23-24
• 2.3.1 吸附質(zhì)的傳遞過程23
• 2.3.2 穿透曲線影響23-24
• 2.4 吸附劑選擇24-30
• 2.4.1 氣體混合物分離用吸附劑24-28
• 2.4.2 吸附劑的基本參數(shù)28-29
• 2.4.3 吸附劑性能參數(shù)29
• 2.4.4 吸附劑的再生方法29-30
• 2.5 典型變壓吸附基本循環(huán)30-31
• 2.5.1 Skarstrom 循環(huán)30
• 2.5.2 Guerin-Domine 吸附循環(huán)30-31
• 2.6 本章小結(jié)31-32
• 第三章 變壓吸附提純系統(tǒng)設(shè)計32-55
• 3.1 設(shè)計概況32-37
• 3.1.1 設(shè)計目標32
• 3.1.2 吸附劑材料選擇32-34
• 3.1.3 影響吸附過程主要因素分析34-35
• 3.1.4 基本參數(shù)35-36
• 3.1.5 變壓吸附步驟及周期36-37
• 3.2 吸附塔初步設(shè)計37-39
• 3.2.1 變壓吸附循環(huán)確定37-39
• 3.2.2 吸附劑再生39
• 3.3 吸附劑數(shù)量及吸附塔尺寸確定39-42
• 3.3.1 吸附甲烷所需活性炭量39-40
• 3.3.2 吸附床尺寸計算40
• 3.3.3 吸附塔本體壁厚40-41
• 3.3.4 設(shè)備連接管管徑41-42
• 3.4 系統(tǒng)設(shè)計42-45
• 3.4.1 吸附塔規(guī)格42
• 3.4.2 雙塔變壓吸附工藝系統(tǒng)組成42-45
• 3.5 設(shè)備選型45-51
• 3.5.1 標準依據(jù)45
• 3.5.2 主要設(shè)備選型45-48
• 3.5.3 儀器儀表和控制系統(tǒng)48-51
• 3.6 投資估算51-54
• 3.6.1 主要設(shè)備及附件價格51-52
• 3.6.2 成本核算52-53
• 3.6.3 環(huán)保價值53-54
• 3.7 本章小結(jié)54-55
• 第四章 結(jié)論55-56
• 4.1 結(jié)論55
• 4.2 改進建議55-56
• 參考文獻56-59
• 攻讀碩士學位期間取得的研究成果59-60
• 致謝60-61
• 附件61

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