高含硫天然氣凈化廠節(jié)能措施分析

石武斌

摘 要：伴隨著我國經(jīng)濟與科技力量的雙重騰飛，人們的生活水平顯著上升，但是能源的消耗也是與日俱增，能源消耗的增加對秉承可持續(xù)發(fā)展的國家來說是一項重大的挑戰(zhàn)。能源短缺又是束縛國家經(jīng)濟穩(wěn)步增長的重要因素，所以在這種關鍵發(fā)展階段，節(jié)約能源降低耗能成為了解放經(jīng)濟束縛的重要途經(jīng)。我國地大物博，但是對于能源的利用率相較于發(fā)達國家的先進水平低了十多個百分點，因此，探究高含硫天然氣凈化節(jié)能措施和方法，對推進凈化廠的可持續(xù)發(fā)展有著不可忽視的影響。

關鍵詞：高含硫天然氣;節(jié)能措施; 凈化

1 回收可利用資源

高含硫天然氣與低含硫天然氣相比，原料氣中H2S和CO2的含量較高，為了保證使用天然氣后排出的氣體不進一步污染環(huán)境，國內(nèi)采用脫硫脫碳技術和硫磺回收技術來進行凈化。我國的氣田規(guī)模大、儲量多，而且原料氣中雜質(zhì)含量多，傳統(tǒng)的方法難以完全清除雜質(zhì);而硫磺回收尾氣中含硫量較高，必須設置尾氣處理裝置，所以工藝流程長，耗能較多，但是脫硫后的酸氣含有較多的硫化氫，硫磺回收裝置可以將其轉化成可以利用的硫，這樣，硫副產(chǎn)物的量就會降低，二氧化碳的排放量也會大大減少。近年來，國家油氣田開放量越來越大，天然氣的產(chǎn)量也在不斷增加，天然氣中所含的硫化氫的含量也在不斷上升，所以硫磺回收裝置的有效合理利用甚至能夠影響硫磺的產(chǎn)量。此外從環(huán)境保護的角度來看，硫磺回收裝置的技術水平能夠減少尾氣中二氧化硫的排放量。

從設備的耗能關系來看，針對處理裝置轉動設備的高負荷運作、硫磺回收裝置可回收能量高的特點，脫硫裝置的溶液循環(huán)泵可以采用能量回收透平驅(qū)動，回收高壓富胺液的部分能量。通過對凈化廠的蒸汽平衡和能耗設備的具體情況分析，準確合理定位高低位熱能，充分發(fā)揮蒸汽帶動轉動設備和加熱設備的熱源，進行合理的利用。

高含硫天然氣凈化廠中主要的耗能設備包括脫硫裝置、脫水裝置、硫磺回收裝置、尾氣處理裝置、鍋爐房以及酸水汽提裝置。在這其中，主要的耗能工質(zhì)是蒸汽、電、循環(huán)水，高含硫天然氣凈化廠相較于低含硫天然氣凈化廠的能耗量是遠遠超越的，但是能源利用率卻在30%左右，所以節(jié)能的潛力是巨大的。首先，從最簡單的脫除有機硫的工藝技術路線來看，原料氣經(jīng)過脫硫裝置后有兩條路徑，一條是經(jīng)過脫水裝置后產(chǎn)生的產(chǎn)品氣，在下文中進行節(jié)能講述;另一條是經(jīng)過硫磺回收裝置時，使用的酸氣是來自后續(xù)工藝也就是尾氣處理裝置和酸水氣體裝置中產(chǎn)生的。而在不需要脫除有機硫的工藝中，尾氣處理裝置中的半貧液可以用在脫硫裝置中。

在脫硫裝置中，再生塔重沸器主要依靠蒸汽提供能量，在此處可以通過加熱溶液來達到再生的目的;在再生塔回流泵中，溶液的循環(huán)量大，富液壓力高，可以充分的利用可回收的壓力能;在硫磺回收裝置中，再熱爐可以回收工藝裝置產(chǎn)生的富余蒸汽，優(yōu)化蒸汽平衡，充分的利用熱能，可以優(yōu)先考慮利用蒸汽加熱;在尾氣處理裝置中，焚燒爐出口尾氣量大，溫度高，可以將熱量回收產(chǎn)生過熱蒸汽供裝置使用。

上述是降低能耗的辦法，然而在高含硫天然氣凈化廠中，循環(huán)水的利用更加普遍。甘醇吸收法脫水工藝中，可以將含水汽提氣回收利用起來;將酸水汽提后的汽提水用作循環(huán)水裝置的補充水，可以減少新鮮水的用量;尾氣回收裝置的貧胺液、酸水和冷卻水可以采用空冷加水冷的冷卻方案，可以盡量節(jié)約用水;污水處理達標后還可以回收利用，減少新鮮用水量還可以減少污水排放量;在回收脫硫裝置大修時首次清洗水用作MDEA溶液循環(huán)系統(tǒng)的補充用水，能夠減少凝結水的用量，在此處減少了水的用量。

2 減少耗能損失

在高含硫天然氣凈化廠的設備中，能量損耗是不可忽視的。所以在節(jié)能的大前提下，減少能量的損失也是節(jié)能的一部分。首先，選用高效率的絕熱材料可以將保溫結構有效的完善，能夠減少管道和設備的散熱，減少能耗，能夠大幅度的提升能量的利用率。再者選用先進的節(jié)能型的設備，降低設備的自身消耗。圍護結構可以采用導熱系數(shù)低的材料，門窗選用氣密性良好或者增加密封條，將密封性提升到國家標準的規(guī)定?？s短氣和液流管道的長度能夠減少熱損失，同時設備應當具有良好的保溫措施。自備電廠的選址應當適當接近用電場所，導線的材料也應當根據(jù)電流密度決定，減少電流運輸中的電能損耗。

在損耗方面可以選用消耗能量較少的材料外，還可以選擇使用先進的節(jié)能設備來減少能量損耗。脫硫裝置貧/富液換熱器可以選擇板式換熱器，可以在減少冷卻水用量的前提下，減少富液再生蒸汽的用量;選用高效率的鍋爐可以提升熱效率;采用凝結水回收器能夠增強凝結水的回收壓力，減少蒸發(fā)損失，回收率能夠上升。同樣的，選擇廠址接近氣田也能夠保證運輸管道的安全，減少損耗。

3 優(yōu)化工藝設備降低能耗

根據(jù)天然氣的組成和產(chǎn)品的氣質(zhì)量的要求，可以選擇能耗低而且效益好的脫硫工藝方法，從板式換熱器舉例，具有換熱效率高、熱損失小、結構緊湊輕巧、使用壽命長的特點。在相同的壓力損失的情況下，他的導熱系數(shù)比管式換熱器高出3-5倍，熱回收效率也是在90%以上。而且因為高含硫天然氣的換熱負荷遠遠高于低含硫天然氣，所以傳統(tǒng)的換熱器經(jīng)常出現(xiàn)腐蝕穿孔情況，而板式換熱器能夠在相同的負荷情況下工作，并且數(shù)量遠遠低于列管換熱器，能夠大幅度的減輕維修工作。

在脫硫裝置中，再生塔回流泵可以采用選擇性好的脫硫工藝，這樣能夠降低塔頂?shù)乃釟饬?，減少回流量;循環(huán)泵可以選用效率較好、性價比較高的泵，能夠有效的利用電能;在硫磺回收裝置中，配風量可以略微減少，這樣可以提高出口尾氣的還原氣量，確保滿足加氫反應的條件;根據(jù)蒸汽量的平衡，合理利用裝置分配蒸汽的高壓、中壓和低壓，舉例說明，當有中壓蒸汽可以利用在硫磺回收裝置過程氣再熱上;冷卻器可以選用空氣冷卻器，這樣在氣溫較低和負荷較少的情況下，可以選擇關閉一些空氣冷器風機。

目前來看，高含硫天然氣凈化裝置主要存在以下問題，第一，產(chǎn)品天然氣的質(zhì)量過剩，氣液比遠遠超過預期水平，胺液循環(huán)量過剩。針對這一問題，可以對原料氣負荷進行提升，原料氣處理量在128km3/h時裝置的綜合耗能量最低;第二，MDEA溶液再生系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽量非常的有限，所以在這里要對MDEA溶液循環(huán)量進行優(yōu)化處理，當然大前提不能能變動，產(chǎn)品氣質(zhì)量和尾氣的排放標準要符合國家規(guī)定，適當?shù)慕档蚆DEA溶液的循環(huán)量，不僅僅可以降低電能的能耗，還可以降低胺液的再生蒸汽用量;第三，尾氣焚燒系統(tǒng)的能量消耗過高，原定的焚燒爐的溫度在650°，但是略微降至638°，燃料氣就可以每小時減少169m3;最后一條，蒸汽管網(wǎng)損失嚴重，無論在中壓還是低壓的情況下，管網(wǎng)損失都在10%以上，低壓條件下甚至達到了30%以上，而此時可以采用的優(yōu)化措施包括：加強保養(yǎng)、減少蒸汽放空，提升疏水閘的性能。

4 加強科技創(chuàng)新力度，從技術層面減少耗能

除了現(xiàn)有階段的減少能耗的方法，天然氣凈化發(fā)展也是值得重視的一件大事。從長遠的發(fā)展趨勢可以看出，商品氣質(zhì)量的提升可以帶動凈化技術的進一步發(fā)展，兩者是相互輔助相互推進的。而溶液的系列化趨勢也是呈現(xiàn)出良好的發(fā)展勢頭，也就意味著低排放、節(jié)能環(huán)保的新工藝可以不斷地發(fā)展問世。

伴隨著老氣井的挖潛和新氣井的不斷地開發(fā)，目前看來，我國的原料氣的氣質(zhì)也是逐漸復雜化，那么如何在除去雜質(zhì)的基礎上有效的減少烴類的損失，是現(xiàn)在的基本問題，也是目前科技的難題。常規(guī)的MDEA溶液已經(jīng)不再是萬能的解決問題的辦法，設計合成具有特殊功能的有機胺是十分重要的科技問題。首先在分析出具有特定功能的分子結構以及理化特征后，在利用計算機輔助運算，生成醇胺類官能團的數(shù)據(jù)庫，再將醇胺類分子結構上模擬添加官能團，最后設計合成路線實現(xiàn)目標產(chǎn)物的制備。這樣在研究過程中可以減少人力物力，還能夠脫除雜質(zhì)，實現(xiàn)能源的節(jié)約利用。

隨著科技力量的逐步發(fā)展，天然氣等能源的利用也將越來越廣泛，而目前的天然氣中仍然含有較多的硫化氫和二氧化碳，在滿足國家標準的同時，天然氣的科技人員仍然需要不斷地探索新興的凈化技術，發(fā)展相應的設備，減少能量損失。這樣才能夠順應國家的發(fā)展趨勢，保證高含硫天然氣凈化工作的順利發(fā)展。

參考文獻：

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