天然氣MDEA吸收法脫碳能力提升分析

趙杰瑛

摘 要：論文以中海油東方終端一期脫碳系統(tǒng)為例，分析針對(duì)系統(tǒng)原料氣--天然氣在氣量及CO2含量變化較大的情況下，通過(guò)實(shí)際模擬各種工況測(cè)試脫碳能力的變化，在常規(guī)影響脫碳能力的因素?zé)o法滿(mǎn)足需要情況下，通過(guò)采用MDEA溶液改良、設(shè)備升級(jí)等措施分析可行性，給予現(xiàn)場(chǎng)采取合適的措施提供參考，特別是對(duì)已經(jīng)運(yùn)行多年的MDEA吸收法脫碳系統(tǒng)能力提升有非常好的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：脫碳能力；MDEA；CO2；胺液；填料

中圖分類(lèi)號(hào)：TE644 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）04-0138-02

天然氣脫碳系統(tǒng)作為天然氣處理關(guān)鍵裝備，是確保銷(xiāo)售天然氣CO2組分滿(mǎn)足要求的保障。東方終

端一期脫碳系統(tǒng)隨著上游氣田產(chǎn)量及組分的變化需要脫碳能力有較大提升，特別是2018年至2021年期間東方一期脫碳系統(tǒng)無(wú)法滿(mǎn)足銷(xiāo)售天然氣組分要求，為了挖掘脫碳系統(tǒng)潛力，通過(guò)模擬各種工況測(cè)試了脫碳系統(tǒng)最大的處理能力與設(shè)計(jì)對(duì)標(biāo)，分析各項(xiàng)影響脫碳能力因素與實(shí)際差異，同時(shí)通過(guò)專(zhuān)業(yè)軟件的計(jì)算，對(duì)運(yùn)行多年的脫碳系統(tǒng)按照生產(chǎn)的需要進(jìn)行脫碳能力提升分析。

1 東方一期脫碳系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力

（1）天然氣處理量：10萬(wàn)方/小時(shí)，年處理能力天然氣8億方（按照年運(yùn)行330天計(jì)算）；（2）脫除的CO2的量：1.85萬(wàn)方/小時(shí)；（3）進(jìn)裝置天然氣組分（見(jiàn)表1）；（4）產(chǎn)品要求：出裝置天然氣CO2含量小于1.5%，天然氣水露點(diǎn)小于0℃，烴露點(diǎn)低于5℃。

2 東方一期脫碳能力實(shí)際測(cè)試

通過(guò)調(diào)整一期脫碳系統(tǒng)的進(jìn)氣量，監(jiān)測(cè)原料氣與凈化氣的組分，測(cè)試脫碳系統(tǒng)的各種工況下的脫碳能力。

2.1 測(cè)試結(jié)果與分析

根據(jù)表2和圖1的數(shù)據(jù)可以看出，隨著一期進(jìn)氣量的上升，一期脫除CO2的量也急劇上升，隨后CO2脫除量有輕微上升趨勢(shì)，最終穩(wěn)定在1.9萬(wàn)方/時(shí)左右，說(shuō)明已經(jīng)達(dá)到CO2脫除極限，這個(gè)數(shù)據(jù)也說(shuō)明一期脫碳能力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)處理量10萬(wàn)方/時(shí)，處理CO2含量20%，出裝置天然氣CO2含量小于1.5%的要求。

2.2 各項(xiàng)參數(shù)對(duì)標(biāo)

從表3可以看出，一期脫碳系統(tǒng)的溶液進(jìn)塔溫度、貧液再生溫度、溶液濃度、活化劑濃度、循環(huán)量均達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)和最優(yōu)參數(shù)，系統(tǒng)的脫碳能力也達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

從測(cè)試結(jié)果看到，當(dāng)系統(tǒng)二氧化碳的脫除能力達(dá)到1.85萬(wàn)方/時(shí)的時(shí)候，一期再生塔的二氧化碳放空閥以及處于100%的開(kāi)度，再生塔的壓力開(kāi)始逐漸上升，最終穩(wěn)定在48Kpa，該放空量剛好和原設(shè)計(jì)參數(shù)吻合。

3 東方一期2018年至2021年工況變化情況

根據(jù)油藏提供的數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2018年到2021年?yáng)|方一期脫碳系統(tǒng)進(jìn)氣（如表4）氣量及組分預(yù)測(cè)表，因此該數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)脫碳能力設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)參數(shù)數(shù)據(jù)。

通過(guò)表5可以看到，在未來(lái)幾年天然氣量會(huì)大幅度降低到設(shè)計(jì)的一半，但CO2含量升高到設(shè)計(jì)的一倍左右。

通過(guò)計(jì)算可以看到從2018年開(kāi)始，脫碳能力需要從設(shè)計(jì)1.85萬(wàn)方/小時(shí)增加到2.20萬(wàn)方/小時(shí)以上，因此東方一期脫碳能力需要提高0.35萬(wàn)方/小時(shí)以上，即原設(shè)計(jì)脫碳能力需要提高20%才能滿(mǎn)足外輸銷(xiāo)售組分的要求。

4 東方一期脫碳能力提升措施

根據(jù)影響MDEA系統(tǒng)脫碳能力的影響因素分析，目前進(jìn)吸收塔的溫度、貧液再生效果、MDEA濃度、活化劑濃度、二氧化碳分壓五個(gè)因素基本都達(dá)到最佳效果沒(méi)有提升的空間。

對(duì)于已經(jīng)運(yùn)行多年的系統(tǒng)，最好的方案就是以現(xiàn)有溶液為基礎(chǔ)，通過(guò)添加活化劑與溶劑，將現(xiàn)循環(huán)胺液改良調(diào)整為新溶劑配方，并可同步優(yōu)化設(shè)計(jì)并變更塔內(nèi)件由散堆填料更換為規(guī)整填料。通過(guò)查閱資料明確規(guī)整填料的效率對(duì)比散堆填料高約20%以上。通過(guò)這兩種措施以達(dá)到凈化氣達(dá)標(biāo)、節(jié)能降耗、投資最省且不存在原循環(huán)胺液報(bào)廢處理?yè)p失。

根據(jù)脫碳系統(tǒng)的進(jìn)氣變化，江蘇太湖新材料控股有限公司用專(zhuān)業(yè)軟件進(jìn)行模擬系統(tǒng)運(yùn)行工況。隨著氣量的變化，更換胺液配方可以滿(mǎn)足脫碳小于1.5%的要求，但是2019年氣量相對(duì)目前工況變化較大，2019年理論計(jì)算有不達(dá)標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)過(guò)更換為規(guī)整高效填料以后，采用二級(jí)槽式分布器，可以大大強(qiáng)化吸收傳質(zhì)效果，同時(shí)再生塔效率高，節(jié)能明顯。通過(guò)表6模擬可以看到脫碳以后CO2含量只有1.32%，小于設(shè)計(jì)1.5%。表7模擬泛點(diǎn)率，全面滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，雖然模擬吸收塔雖然泛點(diǎn)率較低，考慮填料和內(nèi)件影響以后，不但可以節(jié)能，同時(shí)吸收效果更好，該填料和內(nèi)件在5-120萬(wàn)方LNG使用過(guò)，效果顯著。表8顯示通過(guò)改造脫碳系統(tǒng)節(jié)能效果明顯。

通過(guò)實(shí)際測(cè)試與設(shè)計(jì)對(duì)標(biāo)，目前脫碳系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，并且影響脫碳提升的操作參數(shù)因素都達(dá)到最佳，因此傳統(tǒng)方法不能滿(mǎn)足提升的要求。通過(guò)專(zhuān)業(yè)軟件分析通過(guò)添加化劑與溶劑，將現(xiàn)循環(huán)胺液改良調(diào)整為新溶劑配方，同時(shí)更換塔內(nèi)散堆填料為規(guī)整填料的方法可以解決東方一期脫碳裝置脫碳能力提升20%的要求，滿(mǎn)足東方脫碳系統(tǒng)2018年至2021年氣量及CO2變化的要求，且投資小改造少，對(duì)正常運(yùn)行的系統(tǒng)改造周期也短，是綜合性?xún)r(jià)比比較高的一個(gè)方案。