天然氣MDEA選擇性脫硫工藝的建模

【摘要】：隨著社會的發(fā)展，天然氣作為一種清潔，節(jié)能并且儲存量大的新型能源即將取代石油在工業(yè)發(fā)展和日常生活中的能源地位，成為人類的主要消耗能源。大多數(shù)天然氣體中會混合有H_2S，CO_2等酸性氣體，這些氣體都對人們的生活，工業(yè)生產(chǎn)以及周圍環(huán)境有著極大的危害，特別是H_2S氣體。但是H_2S又能夠工業(yè)合成硫單質(zhì)，硫是一種重要的化工原料。所以工業(yè)上選擇性脫除含有硫化氫以及二氧化碳的天然氣中的硫化氫逐漸成為熱門研究對象。 經(jīng)過與其他脫硫方法的比較，本文擬采用化學(xué)溶劑MDEA脫硫方法脫除天然氣中的硫化氫氣體。MDEA作為一種醇胺，廣泛應(yīng)用的當(dāng)前脫除天然氣中硫化氫的工藝。由于MDEA與硫化氫的反應(yīng)是質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，其反應(yīng)是瞬間反應(yīng)。相反的，MDEA與二氧化碳的反應(yīng)要復(fù)雜，并且緩慢?；瘜W(xué)反應(yīng)速率上的差距成為MDEA能夠選擇性脫除硫化氫的主要因素。 在這些反應(yīng)的動力學(xué)以及熱力學(xué)研究的基礎(chǔ)上，本文建立了描述MDEA水溶液同時吸收硫化氫以及二氧化碳的機理反應(yīng)模型。不同于以往所建立的基于傳質(zhì)速率的機理模型，本文通過熱動力學(xué)建立起一種非常簡單的氣液相平衡模型。這個模型不僅可以在初期預(yù)測MDEA水溶液同時吸收兩種氣體的氣液相平衡過程，而且還可以預(yù)測出幾種不同因素對于吸收反應(yīng)的影響。 根據(jù)MDEA水溶液選擇性脫除硫化氫的基本反應(yīng)原理，建立起天然氣脫硫吸收塔的穩(wěn)態(tài)模型，并通過逐板計算法以及流率加和法兩種方法求解此穩(wěn)態(tài)模型。分析具體實例，證明所建立穩(wěn)態(tài)模型能夠正確預(yù)測天然氣脫硫吸收塔的穩(wěn)態(tài)脫吸過程。對于流率加和法中涉及的大型矩陣方程，本文用托馬斯方程求解。建立正確的穩(wěn)態(tài)模型為今后對天然氣脫硫過程的優(yōu)化設(shè)計打下堅實基礎(chǔ)。 最后為了進一步考察天然氣脫硫過程的動態(tài)行為，本文建立了天然氣脫硫過程的動態(tài)模型。動態(tài)模型體現(xiàn)出了吸收塔自開工到穩(wěn)定狀態(tài)的變化過程，對于我們分析天然氣脫硫工藝的過程以及今后對天然氣脫硫工藝的控制提供理論基礎(chǔ)。 本文研究不僅能夠精確地模擬天然氣脫硫工藝，得到正確合理的工藝參數(shù)，而且能夠為今后天然氣脫硫工藝過程的優(yōu)化設(shè)計以及先進控制打下良好的理論基礎(chǔ)。 【關(guān)鍵詞】：天然氣脫硫 MDEA 穩(wěn)態(tài)建模 動態(tài)建模
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TE644
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 緒論13-23
• 1.1 課題的來源以及研究背景與目的13-14
• 1.2 天然氣脫硫工藝的發(fā)展14-16
• 1.2.1 濕法脫硫工藝-用可再生溶劑脫硫14-15
• 1.2.2 干法脫硫工藝15
• 1.2.3 膜分離法15
• 1.2.4 生物法15-16
• 1.3 天然氣脫硫方法的選擇16-17
• 1.4 MDEA 的簡介17-20
• 1.4.1 MDEA 的性質(zhì)17-18
• 1.4.2 MDEA 在國際中的發(fā)展?fàn)顩r18-19
• 1.4.3 MDEA 脫硫原理19-20
• 1.5 MDEA 吸收塔20-21
• 1.6 本論文的主要研究內(nèi)容21
• 1.7 本論文的研究成果和創(chuàng)新點21-22
• 1.8 本論文各部分內(nèi)容22-23
• 第二章 選擇性脫硫反應(yīng)原理和氣液物性計算模型23-35
• 2.1 MDEA-H_2O-H_2S-CO_2體系反應(yīng)原理23-24
• 2.2 MDEA-H_2O-H_2S-CO_2體系溶解度模型以及求解24-30
• 2.2.1 硫化氫與二氧化碳氣液相平衡過程建模與求解24-30
• 2.2.2 水的氣液相平衡過程建模與求解30
• 2.3 MDEA-H_2O-H_2S-CO_2體系的吸收熱30-31
• 2.4 MDEA-H_2O-H_2S-CO_2體系氣液相的物理性質(zhì)31-34
• 2.4.1 物料的熱容與焓值32
• 2.4.2 物料的密度32-33
• 2.4.3 物料的容積33
• 2.4.4 物料的溫度33-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 第三章 穩(wěn)態(tài)建模35-55
• 3.1 對天然氣 MDEA 脫除硫化氫工藝流程的簡介35
• 3.2 穩(wěn)態(tài)模型的建立35-37
• 3.3 模型求解37-53
• 3.3.1 逐板計算方法求解穩(wěn)態(tài)模型38-40
• 3.3.2 流率加和法求解穩(wěn)態(tài)模型40-45
• 3.3.3 流率加和法求解舉例45-50
• 3.3.4 幾種主要參數(shù)對于 MDEA 脫硫的影響50-53
• 3.4 本章小結(jié)53-55
• 第四章 動態(tài)建模55-61
• 4.1 離開第 j 層塔板的氣體的量與組成的計算55-57
• 4.2 離開第 j 層塔板的液體的量與組成的計算57
• 4.3 第j 層塔板上的液體的量與組成的計算57-59
• 4.4 動態(tài)建模實例59-60
• 4.5 本章小節(jié)60-61
• 第五章 總結(jié)與展望61-63
• 5.1 工作總結(jié)61
• 5.2 工作展望61-63
• 參考文獻63-66
• 致謝66-67
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文67-68
• 作者和導(dǎo)師簡介68-69
• 附件69-70

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