某天然气处理厂低温分离工艺的HAZOP分析--《中国石油大学》2011年硕士论文
某天然气处理厂低温分离工艺的HAZOP分析
【摘要】：天然气处理厂低温分离工艺中使用的原料气和成品等介质均为易燃易爆介质,易发生火灾,爆炸或中毒事故,造成较大的社会影响及危害。因此,对低温分离工艺的安全问题进行分析,准确分析设计中存在的安全隐患,并提出有效的防范措施与建议,对确保天然气处理厂的安全顺利生产有着重要的意义。
论文将安全分析方法与具体工艺相结合,选择HAZOP分析方法对低温分离工艺进行安全分析。在HAZOP分析方法基本理念和方法步骤的基础上,采取通过寻找由引导词与参数组成有意义偏差的方法,来辨识系统工艺中的危险,并找出产生偏差的原因以及偏差造成的后果;用风险矩阵分析的方法对其危险性等级进行划分与风险评价,并给出相关建议以及建议的类型。本论文的主要内容包括:
(1)介绍了目前常用的几种安全分析方法及其各自的特点,并针对某一具体低温分离工艺,通过分析比较,选择利用HAZOP分析方法对其进行安全分析,并详细介绍了HAZOP分析方法的具体运用过程及其应用的可能性、广泛性与全面性。
(2)利用HAZOP分析方法,将低温分离工艺划分为天然气冷却,天然气吸收、脱乙烷塔、脱丙烷塔以及脱丁烷塔5个节点,重点分析了前两个节点,按照HAZOP分析方法的详细步骤,找出了系统中可能造成危险的原因以及危险带来的后果。
(3)将风险评价的概念引入到HAZOP分析方法中,借助于风险矩阵,对通过HAZOP分析找出的危险以及存在问题,进行风险大小的评定,并在此基础上,提出合理可行的能够减小以及消除危险的安全措施,并对措施的类型以及改进的优先级别进行了划分。
(4)通过对天然气处理厂低温分离工艺的HAZOP分析,共发现和识别危险16处,给出相关建议累计24条,其中安全型建议6条,操作方面的建议10条,连贯型方面的建议2条。
通过此次对该低温分离工艺的HAZOP分析,不仅找出了设计中存在的问题,进行了风险等级的确认,并给出相关建议以及建议的类型,而且减小或消除了设计中的安全隐患,为项目的顺利实施提供了保证。
【关键词】：
【学位授予单位】：中国石油大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2011【分类号】：TE646【目录】：
Abstract5-9
第一章 前言9-24
1.1 安全的背景与意义9-11
1.2 安全工程的发展11-12
1.3 安全基础理论12-15
1.3.1 危险与事故12-13
1.3.2 危险辨识13-14
1.3.3 事故致因理论14-15
1.4 安全分析方法概述15-22
1.4.1 安全检查表分析法16-17
1.4.2 预先危险性分析（PHA）17-18
1.4.3 故障类型和影响分析(FMEA)18-19
1.4.4 事故树分析19-20
1.4.5 事件树分析20-21
1.4.6 危险和可操作性分析21-22
1.5 安全分析方法的选择确定22-24
第二章 HAZOP 分析方法及应用现状24-32
2.1 HAZOP 分析方法介绍24-29
2.1.1 基本理念24-25
2.1.2 HAZOP 分析的引导词和相关术语25-26
2.1.3 HAZOP 分析过程26-28
2.1.4 常用HAZOP 分析工艺参数、偏差及产生原因28-29
2.2 HAZOP 分析在石油化工领域的应用29-32
第三章 风险及风险矩阵32-42
3.1 风险32
3.2 风险评价32-34
3.3 风险控制34
3.4 风险矩阵34-42
3.4.1 传统的风险矩阵35-39
3.4.2 矩阵单元重分区39
3.4.3 Borda 排序矩阵39-40
3.4.4 风险矩阵的特点40-42
第四章 低温分离工艺HAZOP 分析42-65
4.1 项目及流程概述42-45
4.1.1 天然气处理厂工艺流程42-44
4.1.2 HAZOP 分析论点的提出44-45
4.2 HAZOP 分析45-62
4.2.1 概述45-46
4.2.2 节点划分与描述46-47
4.2.3 节点1 天然气冷却的HAZOP 分析47-54
4.2.4 节点2 天然气吸收的HAZOP 分析54-62
4.3 其他节点的HAZOP 分析结果62-64
4.4 小结64-65
第五章 危险偏差的风险矩阵分析65-76
5.1 本项目的风险矩阵65-68
5.2 危险偏差的风险矩阵分析68-72
5.2.1 节点1 中危险偏差的风险矩阵分析68-69
5.2.2 节点2 中危险偏差的风险矩阵分析69-71
5.2.3 节点1 和节点2 的风险矩阵分析表71-72
5.3 其他节点的风险矩阵分析结果72-76
参考文献78-82
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【参考文献】
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出门在外也不愁乙烯/乙烷混合气体吸附分离的研究--《天津大学》2012年硕士论文
乙烯/乙烷混合气体吸附分离的研究
【摘要】：石油化工是推动世界经济发展的支柱产业之一，而乙烯是石油化工的龙头产品，目前约有75%的石油化工产品由乙烯生产。因此，乙烯工业的发展推动了世界石油化工的发展，也确立了它在我国国民经济中支柱产业的地位。随着乙烯工业的发展，我国已经成为全球仅次于美国的第二大乙烯生产国。然而随着能源的日益减少，如何扩大乙烯生产原料来源成为关注的焦点。
加强对含有乙烯等有机物的排放气体的回收利用，是节省投资、满足市场对乙烯需求的重要途径，同时也可减少污染。除传统深冷分离外，变压吸附分离法以其能耗小、操作灵活，投资和运行费用低等优势受到广泛关注。本文以活性炭为吸附剂，研究了C_2H_4和C_2H_6在活性炭上的吸附机理，考察了吸附剂孔宽、比表面积、吸附压力等因素对乙烷/乙烯气体分离的影响，为吸附法分离乙烷/乙烯混合气体的工程应用提供不同吸附剂吸附分离行为的基础数据，对今后吸附剂的筛选具有较大的意义。并在此基础上对传统变压吸附过程进行了改进，测定了最佳实验条件，有效地提高了产品气的纯度和收率。
实验制备了五种活性炭样品，结果表明，活性炭样品是一种乙烷/乙烯混合气体分离的良好吸附剂。在分离过程中，乙烷在活性炭上的吸附能力优于乙烯，从而使乙烯成为塔顶产品，有利于获得较高纯度的乙烯产品气。
根据10-4-3势能模型计算了C_2H_4和C_2H_6在不同宽度的活性炭孔中的吸附势能。由计算结果可知，当孔宽为0.82nm时，乙烷的吸附势能最低，而乙烯在0.76nm时，吸附势能最低。孔宽在0.64nm-0.76nm之间的孔，优先吸附乙烯；当孔宽大于0.76nm以后，乙烷的吸附势能低于乙烯的吸附势能，则优先吸附乙烷；当孔宽H=0.90nm时，C_2H_4和C_2H_6分子的吸附势能之比最大，当H﹥2.0nm时，吸附势能之比基本不发生变化。
通过测定五个活性炭样品的穿透曲线，计算了五个样品在不同压力下的分离因子，实验结果表明，活性炭样品的分离因子随着活性炭的比表面积先增高再降低，其中0.76-2.0nm范围内孔含量最高的C3样品在0.1MPa时，分离因子达到最大，为1.53。
针对C_2H_4/C_2H_6混合气体系，本实验中尝试在吸附分离过程中增加乙烷置换步骤，成功地将混合气中C_2H_4气体全部变为塔顶产品，提高了产品气中乙烯的浓度和回收率。确定了原料气在活性炭吸附剂C_4上乙烷置换实验的最佳条件，即最佳进气时间为270s，最佳乙烷置换流速为150ml.min~(-1)，最佳再生条件为经过10min抽真空后再吹扫8min。
【关键词】：
【学位授予单位】：天津大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2012【分类号】：TQ028.15【目录】：
中文摘要3-5ABSTRACT5-10第一章 文献综述10-22 1.1 乙烯工业的发展概述10-12
1.1.1 乙烯工业简介10-11
1.1.2 乙烯的开发利用11-12 1.2 混合气回收乙烯等烃类的方法12-15
1.2.1 深冷分离法12-13
1.2.2 吸收分离法13
1.2.3 膜分离法13-14
1.2.4 吸附分离法14-15 1.3 变压吸附分离技术15-21
1.3.1 变压吸附分离原理及基本步骤15-17
1.3.1.1 变压吸附分离原理15-16
1.3.1.2 变压吸附分离基本步骤16-17
1.3.2 变压吸附分离工艺发展17-19
1.3.3 变压吸附分离乙烷/乙烯的研究进展19-21
1.3.3.1 吸附剂研究进展19-20
1.3.3.2 工业进展20-21 1.4 本文工作21-22第二章 吸附理论及吸附剂的制备与表征22-42 2.1 引言22 2.2 吸附理论22-29
2.2.1 吸附量的 Gibbs 定义22-23
2.2.2 吸附等温线的类型23-24
2.2.3 滞后回线与孔形24-26
2.2.4 经典吸附理论26-29
2.2.4.1 单分子层吸附理论和 Langmuir 方程26
2.2.4.2 多分子层吸附理论和 BET 方程26-27
2.2.4.3 毛细管凝聚理论和 Kelvin 方程27-28
2.2.4.4 微孔填充理论和 DR 方程28-29
2.2.4.5 临界温度以下气体吸附系统的特征29 2.3 比表面积测定29-32
2.3.1 BET 方法29-30
2.3.2 经验的方法30-31
2.3.3 D-R 方法31-32 2.4 孔径分布计算32-36
2.4.1 大孔吸附剂32
2.4.2 中孔吸附剂32-34
2.4.2.1 BJH(Barrett-Joyner-Halenda)法32-33
2.4.2.2 BDB(Broekhoff-De-Boer)法33-34
2.4.3 微孔吸附剂34-36
2.4.3.1 D-S(Dubinin－Stoecki)法34-35
2.4.3.2 DFT 方法计算孔宽分布35
2.4.3.3 H-K 模型35-36 2.5 吸附剂的制备36-37
2.5.1 原材料预处理36
2.5.2 活化实验装置及实验步骤36-37
2.5.2.1 氢氧化钾活化制备活性炭36-37
2.5.2.2 水活化扩孔制备活性炭37 2.6 吸附剂的表征37-38
2.6.1 微孔吸附分析仪的原理及使用方法37-38
2.6.1.1 仪器介绍37-38
2.6.1.2 仪器使用方法38 2.7 实验结果与讨论38-41
2.7.1 活性炭样品的表征38-41
2.7.1.1 五种活性炭 77K 下氮气吸附-脱附等温线38-40
2.7.1.3 孔宽分布40-41 2.8 小结41-42第三章 乙烯/乙烷在炭材料上吸附势的计算及动态分离因子的测定42-67 3.1 引言42 3.2 吸附势能计算42-47
3.2.1 活性炭模型42-43
3.2.2 吸附势能的理论计算43-47
3.2.2.1 分子或原子间的相互作用43
3.2.2.2 吸附质分子与吸附剂间的相互作用43-44
3.2.2.3 吸附势能的计算结果44-47 3.3 吸附过程的相关概念47-50
3.3.1 穿透曲线47
3.3.2 通过穿透曲线计算分离因子47-50
3.3.2.1 分离因子的定义47-48
3.2.2.2 分离因子的计算48-50 3.4 分离因子测定实验50-56
3.4.1 配气装置及操作步骤50-51
3.4.1.1 配气具体操作步骤50-51
3.4.1.2 配气装置51
3.4.2 测定穿透曲线的实验装置及步骤51-53
3.4.2.1 测定穿透曲线的实验装置51-52
3.4.2.2 测定穿透曲线的操作步骤52-53
3.4.2.3 测定吸附床自由体积53
3.4.3 动态试验方法的可靠性53-55
3.4.3.1 稀释的混合气53-54
3.4.3.2 床层无压降54
3.4.3.3 等温操作54
3.4.3.4 活塞流54-55
3.4.3.5 气固相之间浓度可瞬间达到平衡55
3.4.4 实验原料及仪器55-56 3.5 实验结果与讨论56-65
3.5.1 活性炭中不同孔宽占孔容比例计算56
3.5.2 乙烯/乙烷在不同吸附剂上的穿透曲线及分离因子56-63
3.5.2.1 C_1样品的穿透曲线56-58
3.5.2.2 C_2样品的穿透曲线及分离因子58-59
3.5.2.3 C_3样品的穿透曲线及分离因子59-60
3.5.2.4 C_4 样品的穿透曲线及分离因子60-62
3.5.2.5 C_5样品的穿透曲线及分离因子62-63
3.5.3 乙烷/乙烯在不同吸附剂上的分离因子随比表面积的变化曲线63-64
3.5.4 乙烷/乙烯的分离因子随压力、孔分布的变化曲线64-65 3.6 小结65-67第四章 乙烷置换变压吸附分离乙烷/乙烯67-77 4.1 引言67 4.2 乙烷置换实验流程简介67-71
4.2.1 实验装置及操作步骤67-70
4.2.1.1 混合气配置及操作方法67
4.2.1.2 实验装置介绍67-68
4.2.1.3 单塔穿透实验操作步骤68-69
4.2.1.4 吸附床再生实验操作步骤69
4.2.1.5 加入置换环节的实验操作步骤69-70
4.2.2 实验原料70-71 4.3 实验结果与讨论71-76
4.3.1 原料气的单塔穿透曲线71
4.3.2 乙烷置换变压吸附流程71-72
4.3.3 最佳进气时间的选择72-73
4.3.4 流量对置换时间的影响73-75
4.3.5 再生条件的研究75-76 4.4 小结76-77第五章 结论77-78参考文献78-84发表论文和参加科研情况说明84-85致谢85
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