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淺談氣液比對(duì)天然氣凈化的影響

文檔作者：曹軍文檔來源：中原油田普光分公司天然氣凈化廠		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年08月08日
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Chenmical Intermediate
88 當(dāng)代化工研究 百家爭(zhēng)鳴 2016·12
隨著體系中堿原子的半徑增大而減小。
(2)分子的解離能
解離能(BDE)作為化學(xué)鍵強(qiáng)度的重要物理參數(shù)，可能很
好地說明OXCl-(X=Li,Na,K)分子體系的穩(wěn)定性，本研究基于
O原子離去整個(gè)分子體系時(shí)的BDE研究，從而分析三個(gè)分子
體系的穩(wěn)定。
基于分子的解離能在數(shù)值上等于斷裂鍵的BDE：
E(O-R)=ΔHθ
(O-R)=Δ?Hθ
(0)+Δ?Hθ
(R)—Δ?Hθ
(OR)
式中，E（O- R )表示O- R 的B D E，Δ H θ
( O - R )中的H強(qiáng)
調(diào)BDE屬于熱化學(xué)焓變，Δ?Hθ
(O)表示O原子在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)
（100kPa，298.1K）下的生成焓，Δ?Hθ
(R)表示R（R=Li-
Cl，Na-Cl，K-Cl）在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的生成焓，Δ?Hθ
(OR)表示
OR在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的生成焓，各方法基組下的預(yù)測(cè)值見表2。
在表2 中， 由于未能應(yīng)用B H a n d L Y P 方法計(jì)算
出X C l ( X = L i ， N a ， K ) 結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定能量， 只列出了出
B3LYP，B3PW91兩種方法的預(yù)測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在不同方法
的預(yù)測(cè)值較為接近，最大相差僅為0.053kJ/mol，E(O-Licl)的
值為0.267-0.310kJ/mol，E(O-Nacl)的值為0.252-0.297kJ/
mol，E（O-kcl）的值為0.235-0.313kJ/mol?？偟膩碚f，各種
方法和基組計(jì)算結(jié)果均在0.235-0.313kJ/mol的范圍，但
是波動(dòng)范圍隨著添加的金屬離子半徑增大而增大，E（O-Licl）
的BDE波動(dòng)較小，E（O-kcl）的各預(yù)測(cè)值相差較大，最大為
0.078kJ/mol.
B3LYP B3PW91
6-31+g
(d)
6-311++
g(d，p)
6-311++
g(3df,3pd)
6-31+g(d)
6-311++
g(d，p)
6-311++g
(3df,3pd)
Δ?Hθ
(O) -74.966 -75.000 -74.990 -74.929 -74.951 -74.952
Δ?Hθ
(LiCl) -467.800 -467.834 -467.836 -467.735 -467.735 -467.770
Δ?Hθ
(OLiCl) -543.048 -543.101 -543.104 -542.945 -542..996 -543.000
E(O-LiCl) 0.282 0.267 0.268 0.281 0.310 0.278
Δ?Hθ
(NaCl) -622.564 -622.601 -622.571 -622.465 -622.465 -622.503
Δ?Hθ
(ONaCl) -697.795 -697.853 -697.857 -697.658 -697.713 -697.717
E(O-NaCl) 0.265 0.252 0.296 0.264 0.297 0.262
Δ?Hθ
(KCl) -1060.178 -1060.248 -1060.187 -1060.067 -1060.067 -1060.137
Δ?Hθ
(OKCl) -1135.392 -1135.483 -1135.486 -1135.243 -1135.331 -1135.335
E(O-KCl) 0.248 0.235 0.309 0.247 0.313 0.246
表2 OXCl-(X=Li，Na，K)的O的解離能(a。u。)
Table2 The O’dissociated energy(a。u。)ofOXCl-(X=Li,Na,K)
3.討論
利用密度泛函理論的三種方法，在3組基組水平下，對(duì)
OXCl-(X=Li，Na，K)負(fù)離子體系進(jìn)行幾何優(yōu)化與解離能研究
發(fā)現(xiàn)：
(1)隨著OXCl-(X=Li，Na，K)分子體系中X的原子半徑增
大，O原子與X(X=Li，Na，K)的鍵長(zhǎng)增大，分子體系的偶極
矩也逐漸減小，OXCl-(X=Li，Na，K)穩(wěn)定性的下降，易于
O-X鍵的斷裂;
(2)隨著E（O-xcl）的解離能呈下降趨勢(shì)，解離能變?nèi)?，O
原子更容易從OXCl-(X=Li，Na，K)負(fù)離子體系脫落。
【參考文獻(xiàn)】
[1]史朝暉,王渭娜,吳東兵等.CH3SOCH3與XO(X=Cl，Br)自由
基反應(yīng)的理論研究[J].化學(xué)研究與應(yīng)用,2007,19(2):162-167.
[2]FRISCH M J, TRUCKS G W, SCHLEGEL H B，et al.
Gaussian03[CP].Gaussian Inc, Pittsburgh PA，2003.
[3]Lide D. R. CRC Hand book of chemistry and physics, 84th ed.
[M], New York. CRC Press, 2003-2004.
【作者簡(jiǎn)介】
趙得志（1994~），男，西北民族大學(xué)化工學(xué)院，研究方向：
制藥工程、量子化學(xué)研究。
((責(zé)任編:高鎮(zhèn)峰)
基金項(xiàng)目：西北民族大學(xué)國家級(jí)大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201610742056）。
通訊作者：梁俊璽（1978~），男，西北民族大學(xué) 化工學(xué)院，研究方向：量子化學(xué)研究。
淺談氣液比對(duì)天然氣凈化的影響
＊曹 軍
（中原油田普光分公司天然氣凈化廠 四川 635000）
摘要：在天然氣凈化操作中，生產(chǎn)合格的天然氣受多方面的影響。而普光尤為特殊，為高含硫天然氣，凈化操作條件更為苛刻。其中最
為主要的是選擇合適的氣液比，那么什么是氣液比？選擇合適的氣液比是生產(chǎn)合格天然氣的重要指標(biāo)，本文主要針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中氣液比對(duì)
天然氣凈化的影響做出簡(jiǎn)單的敘述。
關(guān)鍵詞：氣液比；天然氣；高含硫
中圖分類號(hào)：T 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
Discussion of the Influence of Vapor-liquid Ratio On Natural Gas Purification
Cao Jun
(Natural Gas Purification Factory, Puguang Branch, Zhongyuan Oil Field, Sichuan, 635000)
Abstract：In the process of natural gas purification, the qualified produced natural gas is influenced by many factors. The Puguang is typically
special and it is the natural gas with high sulfur, besides, its purification condition is more strict. The most important point is choosing appropriate
vapor-liquid ratio, so what is the vapor-liquid ratio? Choosing the appropriate vapor-liquid ratio is the important index for producing qualified natural
gas and this paper has taken simple narration of the influence of vapor-liquid ratio in the actual production on natural gas purification.
Key words：vapor-liquid ratio；natural gas；high-sulfur content
上接第87頁
下轉(zhuǎn)第89頁
萬方數(shù)據(jù)
百家爭(zhēng)鳴 Chenmical Intermediate 89
2016·12 當(dāng)代化工研究
1.氣液比概念
何為氣液比？氣液比是指包裹體中氣體(泡)占包裹體
總體積的百分?jǐn)?shù)。在生產(chǎn)實(shí)際中，我們所謂的氣液比其實(shí)
就是氣體的凈化量與溶液的比值。比如說原料氣量為120
千方每小時(shí)，溶液循環(huán)量為450噸每小時(shí)，那么氣液比則
為：120*103/450=267。
2.氣液比對(duì)生產(chǎn)實(shí)際的影響
在普光的生產(chǎn)實(shí)際中，普光天然氣為高含硫氣體。
我們運(yùn)用的脫硫吸收劑為MDEA，即甲基二乙醇胺。理
化性質(zhì)：無色氨味液體，PH值：10.4（1%水溶液），沸
點(diǎn)：247.3℃，比重：1.041，水中溶解度：100%20℃。
因此，普光天然氣凈化操作中的氣液比即為高含硫氣體與
MDEA溶液的比值。再生產(chǎn)過程中我們經(jīng)常遇見不合適的氣
液比的情況出現(xiàn)，而不同的氣液比會(huì)出現(xiàn)不同的影響結(jié)果。
(1)氣液比過低對(duì)凈化氣中H2S含量的影響
氣液比過低，從氣液比概念中我們知道為需凈化的氣
體流量偏小或者胺液流量偏大。從圖1氣液比與硫化氫的關(guān)
系來看，當(dāng)氣液比越低，那么氣體中所含的硫化氫越低；從
凈化的角度來說，能夠產(chǎn)出更為合格的天然氣。就普光氣田
來說，現(xiàn)在合適的氣液比讓產(chǎn)出的天然氣中的硫化氫達(dá)到
1ppm以下；所以此時(shí)如果再選擇過低的氣液比，即減小氣
體流量或加大循環(huán)量，那樣并不會(huì)加大硫化氫的拔出率，反
而會(huì)加大二氧化碳的吸收與增加機(jī)泵的能耗及胺液的損耗
率。更為嚴(yán)重的狀態(tài)下，還會(huì)發(fā)生淹塔現(xiàn)象，所謂的淹塔現(xiàn)
象實(shí)質(zhì)就是塔器上的液相大于氣相，液相累積到塔板上而來
不及回落到塔底，最后直接影響正常的生產(chǎn)。
50
20
H2Smg/m3
2000 3000 4000 5000
氣液比
10
5
2
1
圖1 氣液比與硫化氫的關(guān)系
(2)氣液比過大對(duì)凈化氣中H2S含量的影響
氣液比過大，則為氣體流量過大或胺液循環(huán)量過小。從
圖1中氣液比與硫化氫的關(guān)系來看，隨著氣液比的加大，氣
體中硫化氫的含量也跟著急劇上升，直接導(dǎo)致產(chǎn)品氣的不合
格，造成事故的發(fā)生。
在生產(chǎn)過程中，如果氣流量過大，還會(huì)使胺液在塔板上
劇烈“沸騰”，同時(shí)氣泡快速上升破裂，然后破裂的氣泡形
成霧沫，霧沫被高速運(yùn)動(dòng)的氣流帶走，這時(shí)便可能出現(xiàn)了大
量的霧沫夾帶。隨著霧沫的夾帶直接造成塔器的壓差迅速上
升，塔低液位下降，塔后分離罐液位急速上升。最后甚至造
成沖塔現(xiàn)象的發(fā)生，直接導(dǎo)致生產(chǎn)中斷。
(3)氣液比對(duì)凈化氣中CO2含量的影響
在常壓、操作溫度為30℃、溶劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%左右
時(shí)，分別采用UDS和MDEA溶液，凈化氣中H2S的含量均小
于2ppm，氣液比對(duì)凈化氣中CO2含量的影響見圖2 。
800
UDS
MDEA
100 200
Vg/V1
Content of CO2 in purified gas (ppm)
150 250 300 350
700
600
500
400
300
200
100
0
圖2 Vg/V1對(duì)凈化氣中CO2含量的影響
由圖2可以看出：隨著Vg/V1的增加，兩種凈化氣中CO2
的含量均有不同程度的增加。由于UDS溶劑在吸收CO2動(dòng)力
學(xué)上占有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此其凈化氣中CO2的含量在Vg/V1
為50--250范圍內(nèi)始終保持低于100ppm的水平，而采用
MDEA溶液，凈化氣中CO2的含量約為UDS溶液的7倍。
3.不同氣液比的選擇的影響
在生產(chǎn)實(shí)際中，不同氣液比對(duì)選擇性的影響巨大，如圖
3氣液比對(duì)選擇性的影響所示。隨著氣液比的增加明顯能夠
改善選擇性。對(duì)于普光氣田來說，在控制硫化氫的拔除率的
同時(shí)還要控制二氧化碳的含量，因此氣液比對(duì)其操作更為重
要與嚴(yán)格。
氣液比
2000
S1
S2
5
4
3
2
1
3000 4000 5000
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
圖3 氣液比對(duì)選擇性的影響
4.結(jié)論
綜上所述，氣液比會(huì)直接影響MDEA溶液的選擇性吸
收。氣液比過低會(huì)加大硫化氫的拔出率，但同時(shí)會(huì)加大二氧
化碳的吸收與增加機(jī)泵的能耗，胺液的損耗率，發(fā)生淹塔現(xiàn)
象。氣液比過高，則會(huì)發(fā)生天然氣不合格，沖塔等現(xiàn)象。故
生產(chǎn)實(shí)際中必須選擇合適的氣液比，才能保證合格的天然氣
產(chǎn)出的同時(shí)降低能耗，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
【參考文獻(xiàn)】
[1]王開岳.天然氣凈化工藝,石油工業(yè)出版社.
[2劉露.UDS溶劑脫除天然氣中CO2和H2S及抗發(fā)泡性能研究
[D].華東理工大學(xué),2011(3):28-29.
[3]李幸輝.超重力技術(shù)用于脫除變換氣中二氧化碳的實(shí)驗(yàn)研究
[J].北京化工大學(xué),2008.
【作者簡(jiǎn)介】
曹軍（1987~），男，中原油田普光分公司天然氣凈化廠，研
究方向：天然氣凈化。
((責(zé)任編:高鎮(zhèn)峰)

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