淺析天然氣凈化中影響裝置能耗工藝參數(shù)

彭小龍 王磊 王佳琦

摘 ?要：天然氣凈化裝置，目的是使用裝置脫除天然氣中含有的CO2以及H2S。但是現(xiàn)有工藝凈化的可調(diào)變量較小，需要針對(duì)裝置中脫酸單元的各個(gè)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)對(duì)天然氣的處理，確定其耗能參數(shù)，分析實(shí)際影響的變化趨勢(shì)。從而對(duì)天然氣脫酸裝置的能耗影響進(jìn)行優(yōu)化處理。研究的意義在于，滿(mǎn)足技術(shù)指標(biāo)的同時(shí)，嚴(yán)格控制裝置能耗，從而為天然氣凈化能耗控制起到指導(dǎo)性作用。

關(guān)鍵詞：天然氣凈化;裝置耗能;工藝參數(shù)

引言：節(jié)能降耗成為當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的重要趨勢(shì)，隨著全球環(huán)境問(wèn)題不斷嚴(yán)峻。天然氣凈化屬于高耗能行業(yè)，國(guó)內(nèi)技術(shù)顯然落后過(guò)國(guó)外一大截。優(yōu)化節(jié)能凈化工作，對(duì)于節(jié)能降耗而言有重要意義。根據(jù)天然氣凈化廠(chǎng)的凈化裝置，通過(guò)分析其運(yùn)行產(chǎn)生的能耗變化，根據(jù)具體耗能信息，對(duì)裝置加以改進(jìn)。對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)分析，找出影響最為關(guān)鍵扥參數(shù)，保證裝置能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

一、天然氣凈化裝置概述

天然氣裝置中，分為脫硫、回收及尾氣處理單元。其中燃料氣與電能是消耗量最高的部分，裝置耗能主要集中在脫硫再生、硫回收與尾氣燃燒這幾部分。根據(jù)分析獲得的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，天然氣與電能各自占據(jù)總能耗比例的90.15%/9.84%。其中，鍋爐消耗的能耗最大，主要是為天然氣凈化脫硫單元提供源源不斷的熱量;電能消耗是分布于凈化廠(chǎng)的各個(gè)單元;其中，脫硫單元主要集中于MDEA溶液循環(huán)泵，硫磺回收則在主風(fēng)機(jī)。為了保證天然氣凈化，并降低裝置高耗能。需要針對(duì)現(xiàn)有運(yùn)行裝置和技術(shù)，采取有效的工藝措施，減少實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，裝置對(duì)能源的消耗量，從而最大程度提高能源利用效率，實(shí)現(xiàn)天然氣凈化低耗能發(fā)展。

（一）凈化過(guò)程。根據(jù)天然氣凈化裝置的年度運(yùn)行指標(biāo)，通過(guò)整理數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)不同井場(chǎng)中的天然氣，都是透不過(guò)干線(xiàn)運(yùn)輸?shù)郊錃饪傉荆瑓R集后進(jìn)行完整的分離與脫硫等環(huán)節(jié)處理。經(jīng)過(guò)處理的天然氣，能夠脫除內(nèi)部的雜質(zhì)，與MDEA等溶液混合，脫除內(nèi)部含有的CO2以及H2S。脫水單元使用的是TEG，能夠脫除天然氣含有的水分。將天然氣出來(lái)后，脫硫后送入吸收塔，含硫氣體從吸收塔底部進(jìn)入，將CO2以及H2S脫除，經(jīng)過(guò)處理后的凈化氣體被送入脫水單元;此時(shí)，底部出來(lái)的MDEA富液降壓后，能夠在閃蒸塔中溶解出烴類(lèi)氣體，通過(guò)與貧液進(jìn)行接觸，從而脫除內(nèi)部的氣體，并將氣體送入燃料氣系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)過(guò)濾除雜等處理后，氣體會(huì)從換熱器進(jìn)入裝置進(jìn)行二次蒸汽再生，從而有效析出CO2與H2S。經(jīng)過(guò)空冷器處理后，再度循環(huán)送回吸收塔與閃蒸塔中[1]。

（二）凈化運(yùn)行參數(shù)。根據(jù)上述分析，知曉天然氣凈化過(guò)程中，需要將其內(nèi)部最大的CO2以及H2S去除。其中天然氣脫碳屬于預(yù)處理工藝的關(guān)鍵步驟，能夠有效脫除天然氣中的二氧化碳，成為較為常用的脫碳方法。天然氣裝置操作彈性保持在80-120%之間，年開(kāi)工天數(shù)約為335天。在滿(mǎn)足天然氣凈化的條件下，需要對(duì)影響裝置的不同耗能階段進(jìn)行具體分析。從而能獲得冷凝器、再沸器等設(shè)備的實(shí)際能耗占比。根據(jù)其影響能耗參數(shù)以及吸收塔、胺液循環(huán)量中MDEA的比例，對(duì)現(xiàn)有凈化工藝進(jìn)行優(yōu)化。為了保證優(yōu)化質(zhì)量，選擇的目標(biāo)都是基于完成凈化的條件上，能夠在實(shí)際凈化生產(chǎn)中，對(duì)行業(yè)節(jié)能降耗提供一定指導(dǎo)。針對(duì)于吸收塔、節(jié)流閥等設(shè)備對(duì)可調(diào)變量的影響，列舉再沸器、泵、冷凝器，作為能耗影響分析[2]。

二、凈化裝置能耗分析

（一）胺液配比對(duì)不同設(shè)備的能耗影響。根據(jù)天然氣凈化規(guī)律，明確生產(chǎn)工藝中混合胺液MDEA與其他混合液吸收再生性能加以探究[3]。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，綜合考慮裝置的腐蝕程度，對(duì)比MDEA與其他溶液的腐蝕性。選取五種胺液對(duì)比，分析胺液的實(shí)際情況從而確定不同設(shè)備的耗能影響，從而選擇最佳的配比保障裝置低能耗運(yùn)行。

在滿(mǎn)足凈化要求的影響下，根據(jù)表1所示，能夠根據(jù)胺液配比對(duì)不同設(shè)備能耗影響進(jìn)行探究，根據(jù)不同設(shè)備的實(shí)際耗能影響變化關(guān)系，分析設(shè)備的實(shí)際情況。根據(jù)分析得知，泵與冷凝器等設(shè)備都會(huì)跟隨DEA的量減少，但是MDEA的量呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，并且變化不大。再沸器則處于DEA為下滑狀態(tài)，能耗量直線(xiàn)下降，折合功耗在2.703*105kW。逐漸下降到16后趨于穩(wěn)定。根據(jù)這一分析結(jié)果，DEA的耗能量能夠控制在10-13%左右，可以選擇質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為13/40%的混合胺液作為吸收劑，用于配比使用。

（二）貧胺液循環(huán)量對(duì)不同設(shè)備能耗的影響。在滿(mǎn)足凈化條件的需求下，對(duì)貧液循環(huán)量進(jìn)行設(shè)定，初值設(shè)置為2000kmol/h，并按照不超出3700這一參數(shù)范圍為目標(biāo)，觀(guān)察其變化。根據(jù)每一次100kmol/h的增長(zhǎng)變化，對(duì)設(shè)備能耗情況加以分析。經(jīng)過(guò)分析比對(duì)，能夠發(fā)現(xiàn)泵與冷凝器隨著循環(huán)量發(fā)生的變化并不大，但是再沸器與冷卻器變化相對(duì)明顯。并且當(dāng)循環(huán)量從初始量變化到最高范圍時(shí)，其設(shè)備變化的參數(shù)分別為4941.79kW/4847.76lW。在研究范圍內(nèi)，不同設(shè)備的耗能影響，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)對(duì)比能夠發(fā)現(xiàn)，循環(huán)量對(duì)于再沸器和冷卻器的影響校對(duì)較大。

（三）原料氣入塔對(duì)不同設(shè)備的影響。滿(mǎn)足天然氣凈化要求的同時(shí)，需要設(shè)定原料入塔的初始溫度，并按照1°C為增長(zhǎng)。觀(guān)測(cè)初始值25°C至最高值40°C的變化。根據(jù)原料氣入塔溫度對(duì)不同設(shè)備的影響。從而確定其具體變化趨勢(shì)，對(duì)能耗影響參數(shù)加以明確。根據(jù)分析結(jié)構(gòu)，能夠得知泵、冷凝器、再沸器，跟隨原料入塔，溫度變化后的反應(yīng)并不大，循環(huán)冷卻器能耗變化也僅僅是微弱的變化。根據(jù)能耗影響數(shù)據(jù)，設(shè)備產(chǎn)生的能耗幾乎可以忽略不計(jì)。原料氣入塔對(duì)于冷卻器的影響也并不大，能耗僅達(dá)到895kW。

根據(jù)能耗變化值，對(duì)不同設(shè)備進(jìn)行能耗影響分析。設(shè)定入塔溫度的初值為5500kPa，設(shè)定不超出6000kPa的范圍，對(duì)設(shè)備能耗情況加以分析。經(jīng)過(guò)分析，設(shè)備隨著原料入塔溫度變化不大，并且原料入塔后對(duì)設(shè)備的影響相當(dāng)小，幾乎可以會(huì)略不計(jì)。

（四）再生塔回流對(duì)不同設(shè)備的影響。再生塔回流比初值為0.3，按照0.-0.8的范圍研究，觀(guān)測(cè)不同步設(shè)備的能耗情況，能夠發(fā)現(xiàn)泵、冷凝器、再沸器變化并不大，幾乎不會(huì)受到回流的影響。循環(huán)冷卻器存在一定變化，但是影響并不大，同其他設(shè)備一樣，幾乎可以忽略不計(jì)。

（五）節(jié)流閥出口壓力對(duì)不同設(shè)備的影響。根據(jù)節(jié)流閥設(shè)定初值，觀(guān)測(cè)后判定設(shè)備的能耗影響情況。初值與變化范圍在200-300kPa之間，按照10kPa增長(zhǎng);而按照50kPa增長(zhǎng)，則需要將范圍保持在300-600之間。根據(jù)節(jié)流閥出口壓力對(duì)設(shè)備的能耗影響，能夠發(fā)現(xiàn)處于300kPa的壓力，在高達(dá)600kPa后，對(duì)于設(shè)備的能耗并不大。但是處于300kPa以下，設(shè)備能耗影響相對(duì)顯著，同時(shí)跟隨出口壓力增加而增加。

經(jīng)過(guò)研究，證明節(jié)流閥出口壓力對(duì)再沸器與冷卻器影響相對(duì)較大，根據(jù)影響變化值，能夠看出固定范圍內(nèi)節(jié)流閥對(duì)設(shè)備的不同影響。并且，節(jié)流閥對(duì)冷凝器和泵的影響相對(duì)較弱，可以忽略不計(jì)。

三、凈化裝置工藝優(yōu)化

基于不同設(shè)備在凈化過(guò)程中，產(chǎn)生的能耗影響，需要采取更科學(xué)的方法降低能耗的實(shí)際消耗。根據(jù)原料氣含量，選擇吸收塔提高節(jié)能效果，并降低對(duì)二氧化碳的吸收率;或是采取半貧液方案，將再生塔中的氣體送入吸收塔中，能夠有效脫除天然氣含有的硫化氫，保證脫硫環(huán)節(jié)，能夠節(jié)約部分再沸蒸汽，滿(mǎn)足節(jié)能降耗的需求。

結(jié)論：綜上所述，對(duì)于天然氣凈化裝置而言，不同胺液配比作為裝置運(yùn)行吸收劑時(shí)，對(duì)于再生塔的影響相對(duì)較大，導(dǎo)致設(shè)備能耗影響也相對(duì)較大。經(jīng)過(guò)分析對(duì)比，需要控制好DEA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。并在確定胺液配比的情況下，根據(jù)循環(huán)量、入塔等混接，對(duì)不同設(shè)備能耗影響進(jìn)行分析。獲取實(shí)際數(shù)據(jù)驗(yàn)證冷凝器、再沸器等設(shè)備對(duì)不同環(huán)節(jié)操作的能耗消耗量。在優(yōu)化過(guò)程中，加以合理控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]白聰.天然氣凈化中影響裝置能耗工藝參數(shù)的分析[J].廣州化工，2020，48（17）：112-115.

[2]井曉燕. 天然氣凈化系統(tǒng)能耗分析及其節(jié)能優(yōu)化研究[D].西安石油大學(xué)，2019.

[3]劉柯宏.天然氣脫硫裝置的主要能耗分析及節(jié)能途徑研究[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2018，44（07）：97.