高含有機(jī)硫天然氣的凈化研究與探索

冷南江，馬國(guó)光，張濤，雷洋，彭豪，熊祚帥，陳玉婷

（西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610500）

某油田脫硫裝置采用甲基二乙醇胺（MDEA）溶液作為脫硫劑脫除天然氣中的HS，在開(kāi)發(fā)初期有機(jī)硫含量較少，但隨著油田的滾動(dòng)開(kāi)發(fā)，天然氣氣質(zhì)發(fā)生了明顯變化，有機(jī)硫[CS、羰基硫（COS）、CHSH、CHSH]含量達(dá)到700mg/m。有機(jī)硫含量的變化造成脫硫裝置的脫硫負(fù)荷超出設(shè)計(jì)處理能力，引起出料氣中HS和總硫含量超標(biāo)，不符合GB 17820—2018《天然氣》中二類氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（HS≤20mg/m、總硫≤100mg/m）。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)部分學(xué)者針對(duì)天然氣脫硫進(jìn)行了相關(guān)研究。趙凌霜等針對(duì)某天然氣凈化廠的脫硫工藝流程建立了HYSYS 模擬流程，分析研究了MDEA溶液的濃度、循環(huán)量、溫度、壓力的變化對(duì)脫硫效果的影響，結(jié)果表明，循環(huán)量與濃度的改變對(duì)脫硫效果影響最大，并基于此確定了該廠MDEA進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%、循環(huán)量為460m/h，出料氣含硫量滿足一類氣含硫標(biāo)準(zhǔn)。楊超越等采用CT8-24 有機(jī)硫脫硫劑，分別在實(shí)驗(yàn)室及現(xiàn)場(chǎng)裝置對(duì)影響深度脫除天然氣有機(jī)硫效果的因素進(jìn)行了試驗(yàn)研究，系統(tǒng)分析了吸收壓力、氣液比以及氣液接觸時(shí)間等對(duì)有機(jī)硫脫除率的影響。結(jié)果表明，在較高的吸收壓力、較低的氣液比和較長(zhǎng)的氣液接觸時(shí)間條件下，明顯更有利于有機(jī)硫的深度脫除。馬孟平等為研究深度脫除天然氣中的有機(jī)硫，分析了Sulfinol-X 脫硫工藝中哌嗪濃度對(duì)出料氣質(zhì)量、閃蒸氣組成、酸氣組成和硫黃回收單元尾氣SO排放濃度的影響。結(jié)果表明，Sulfinol-X 溶液能夠深度且穩(wěn)定吸收天然氣中的有機(jī)硫及其他酸性物質(zhì)，閃蒸氣中的酸氣含量發(fā)生了明顯降低，進(jìn)入硫黃回收裝置的酸氣流量提升了近10%，同時(shí)在尾氣處理裝置由串級(jí)SCOT改造為標(biāo)準(zhǔn)SCOT后，尾氣中的SO排放濃度得到了顯著降低。唐建峰等綜合對(duì)比了三 乙 醇 胺（TEA） +二 乙 烯 三 胺（DETA） 與MDEA+DETA混合胺液的脫硫性能及再生性能，得到TEA+DETA 具有更好的脫硫效果，然后針對(duì)其配比進(jìn)行了復(fù)配優(yōu)選，結(jié)果表明，配比為2.4∶0.6時(shí)的脫硫性能與再生性能最好，可用于進(jìn)一步研究。李晶通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析了不同胺液對(duì)天然氣中酸性組分的脫除效果及選擇性能，篩選出的主體胺液及添加劑為MDEA+環(huán)丁砜、MDEA+AMP、MDEA+二甘醇胺（DGA），然后進(jìn)行了細(xì)化配比的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，配比為10∶3 的環(huán)丁砜+MDEA 混合胺液（2mol/L）脫硫效果最好，能夠適應(yīng)不同氣質(zhì)條件下的脫硫。

通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研可知，在天然氣脫硫過(guò)程中，常通過(guò)調(diào)整裝置關(guān)鍵參數(shù)或脫硫劑配方來(lái)改善脫硫效果，并且在此過(guò)程中，多是通過(guò)煩瑣的室內(nèi)重復(fù)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行研究與優(yōu)化，并未利用快速準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行研究分析。因此，為使脫硫裝置出料氣含硫量滿足二類氣標(biāo)準(zhǔn)，本文從調(diào)整裝置關(guān)鍵參數(shù)與脫硫劑配方兩方面進(jìn)行研究，同時(shí)利用Design-Expert軟件中求解精度較高的響應(yīng)面分析法，以較少的試驗(yàn)次數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)擬合，對(duì)研究過(guò)程中的多因素、多目標(biāo)進(jìn)行分析優(yōu)化，求解出最優(yōu)響應(yīng)值和對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件。

1 脫硫裝置現(xiàn)狀

1.1 脫硫裝置運(yùn)行參數(shù)

目前，進(jìn)料氣中以CHSH 等為主的有機(jī)硫含量較高，組成如表1所示。

表1 進(jìn)料氣組成（干基）

如表2所示，脫硫裝置設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)行參數(shù)相比發(fā)生了明顯變化，進(jìn)料氣量由40×10m/d 降至22×10m/d，但HS 含量增加了一倍，達(dá)40000mg/m，有機(jī)硫含量增加了六倍，達(dá)到了700mg/m，總的脫硫負(fù)荷達(dá)到了10.5t/d，超出了設(shè)計(jì)脫硫負(fù)荷。

表2 脫硫裝置設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)行參數(shù)

1.2 脫硫工藝流程

如圖1所示，由于該油田開(kāi)發(fā)初期的天然氣中有機(jī)硫含量較低，脫硫裝置一直采用單一MDEA胺法脫硫工藝，主要脫除進(jìn)料氣中的HS。

圖1 脫硫裝置工藝流程圖

脫硫單元：來(lái)自增壓?jiǎn)卧奶烊粴膺M(jìn)入酸氣過(guò)濾分離器，分離凝液后的含硫天然氣進(jìn)入MDEA吸收塔底部，與經(jīng)過(guò)貧液冷卻器冷卻后的再生貧液在MDEA 吸收塔中逆向接觸，脫除HS及有機(jī)硫的出料氣從吸收塔頂部經(jīng)過(guò)出料氣分離器后外輸。

MDEA 再生單元：吸收硫組分后的富胺液從MDEA吸收塔底出來(lái)降壓后進(jìn)入閃蒸罐進(jìn)行閃蒸分離，液相過(guò)濾雜質(zhì)后與MDEA貧液進(jìn)行換熱再進(jìn)入MDEA 再生塔，再生后的貧液從塔底重沸器流出，經(jīng)增壓、冷卻后進(jìn)入MDEA吸收塔。從MDEA再生塔塔頂出來(lái)的氣相被冷凝后進(jìn)入塔頂回流罐，未冷凝的氣相至硫黃回收單元，液相經(jīng)增壓后返回塔頂。

2 改變關(guān)鍵參數(shù)對(duì)脫硫效果的影響

為解決目前裝置出料氣含硫量超標(biāo)的問(wèn)題，在不更換設(shè)備與脫硫劑的情況下，分析改變MDEA溶液濃度、氣液比、進(jìn)料氣壓力與溫度、MDEA再生塔壓力、溫度等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)脫硫效果的影響。

2.1 HYSYS仿真模型的建立

針對(duì)脫硫裝置進(jìn)料氣高含有機(jī)硫的氣質(zhì)特點(diǎn)及胺液的適用性，選擇DBR Amine Package作為仿真模擬流程的物性模型，建立的脫硫裝置HYSYS仿真模型如圖2所示。

圖2 脫硫裝置流程HYSYS模擬圖

如表3所示，對(duì)比HYSYS模擬的脫硫設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，其最大誤差僅為3.10%，證明所建立的仿真模型能準(zhǔn)確模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況，可用于模擬分析。

表3 模擬參數(shù)與實(shí)際參數(shù)對(duì)比

2.2 關(guān)鍵參數(shù)的脫硫效果

2.2.1 MDEA溶液濃度

MDEA作為化學(xué)脫硫劑，可以與硫化物反應(yīng)生成弱銨鹽進(jìn)而實(shí)現(xiàn)脫硫，由于其質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)55%時(shí)溶液黏度增大明顯，會(huì)降低氣液傳質(zhì)效率，為保證良好的脫硫效果，選擇在30%～50%范圍對(duì)MDEA溶液濃度進(jìn)行調(diào)整。如圖3所示，隨著MDEA濃度增加，出料氣HS、有機(jī)硫、總硫含量均降低。受有機(jī)硫的競(jìng)爭(zhēng)吸收影響，HS 含量由37.29mg/m降低到36.46mg/m，降幅較小且大于20mg/m；有機(jī)硫含量由102.23mg/m降低到72.30mg/m；總硫含量由139.52mg/m降低到108.76mg/m，雖然降幅較大，但由于有機(jī)硫占比較大，導(dǎo)致總硫含量始終大于100mg/m。由此可知，提高M(jìn)DEA 溶液濃度至50%不能使出料氣含硫量達(dá)標(biāo)。

圖3 MDEA溶液配比變化對(duì)出料氣脫硫效果的影響

2.2.2 氣液比

氣液比為氣體流量與脫硫劑溶液的體積比值，反映脫硫劑的處理負(fù)荷大小。當(dāng)進(jìn)裝置的氣體量一定時(shí)，可以通過(guò)增加脫硫劑溶液的循環(huán)量來(lái)減小氣液比，從而降低脫硫劑負(fù)荷，改善脫硫效果。如圖4 所示，當(dāng)氣液比從400 減小至100 時(shí)，出料氣HS、有機(jī)硫、總硫含量均降低。HS 含量由47.07mg/m降低至21.2mg/m，大于20mg/m；有機(jī)硫含量由106.49mg/m降低至24.54mg/m；總硫含量由153.56mg/m降低至45.74mg/m，小于100mg/m。在氣液比趨向100的過(guò)程中，雖然出料氣含硫量已接近二類氣標(biāo)準(zhǔn)，但氣液比為100時(shí)的溶液循環(huán)量已經(jīng)達(dá)到91.7m/h，遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)循環(huán)量（26m/h）。由此可知，通過(guò)減小氣液比不能使出料氣含硫量達(dá)標(biāo)。

圖4 氣液比對(duì)出料氣脫硫效果的影響

2.2.3 進(jìn)料氣壓力

如圖5所示，隨著進(jìn)料氣壓力由500kPa升高至3000kPa，酸氣分壓增大，一定程度上提高了轉(zhuǎn)化率，出料氣HS、有機(jī)硫、總硫含量均降低。受有機(jī)硫的競(jìng)爭(zhēng)吸收影響，HS 含量由44.17mg/m降低到35.12mg/m，降幅較小且大于20mg/m；有機(jī)硫含量由112.87mg/m降低到68.11mg/m；總硫含量由157.04mg/m降低到103.23mg/m，雖然降幅較大，但由于有機(jī)硫占比較大，導(dǎo)致總硫含量始終大于100mg/m。由此可知，增大進(jìn)料氣壓力至3000kPa不能使出料氣含硫量達(dá)標(biāo)。

圖5 進(jìn)料氣壓力變化對(duì)出料氣脫硫效果的影響

2.2.4 進(jìn)料氣溫度

MDEA 溶液的脫硫反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低進(jìn)料氣溫度有利于增大化學(xué)平衡常數(shù)使反應(yīng)朝正向進(jìn)行，促進(jìn)酸氣吸收。如圖6 所示，隨著進(jìn)料氣溫度由50℃降至20℃，出料氣HS、有機(jī)硫、總硫含量均降低。受有機(jī)硫的競(jìng)爭(zhēng)吸收影響，HS含量由37.21mg/m降至30.08mg/m，降幅較小且大于20mg/m； 有 機(jī) 硫 含 量 由79.98mg/m降 至37.29mg/m； 總 硫 含 量 由 117.19mg/m降 至67.37mg/m，小于100mg/m。當(dāng)進(jìn)料氣溫度低于40℃時(shí)，出料氣總硫含量雖然達(dá)標(biāo)，但由于HS含量始終大于20mg/m，導(dǎo)致出料氣含硫量仍不達(dá)標(biāo)。由此可知，降低進(jìn)料氣溫度至20℃不能使出料氣含硫量達(dá)標(biāo)。

圖6 進(jìn)料氣溫度變化對(duì)出料氣脫硫效果的影響

2.2.5 MDEA再生塔壓力

如圖7所示，隨著MDEA再生塔壓力由150kPa降至110kPa，有利于硫化物的解析，能夠降低貧液酸氣負(fù)荷，從而出料氣HS、有機(jī)硫、總硫含量均降低。受有機(jī)硫的競(jìng)爭(zhēng)吸收影響，HS 含量由49.27mg/m降至31.25mg/m，大于20mg/m；有機(jī)硫含量由96.71mg/m降至80.31mg/m；總硫含量由145.98mg/m降至111.56mg/m，雖然降幅較大，但由于有機(jī)硫占比較大，導(dǎo)致總硫含量始終大于100mg/m。由此可知，降低MDEA 再生塔壓力至110kPa不能使出料氣含硫量達(dá)標(biāo)。

圖7 MDEA再生塔壓力對(duì)出料氣脫硫效果的影響

2.2.6 MDEA再生塔溫度

再生塔溫度升高，有利于吸收反應(yīng)朝反向進(jìn)行，解析出吸收在MDEA溶液中的硫化物。如圖8所示，隨著MDEA 再生塔溫度由112℃升高至116℃，出料氣HS、有機(jī)硫、總硫含量均降低。受有機(jī)硫的競(jìng)爭(zhēng)吸收影響，出料氣HS 含量由39.45mg/m降低到27.65mg/m，大于20mg/m；出料氣有機(jī)硫含量由86.15mg/m降低到74.46mg/m；總硫含量由125.60mg/m降低到102.11mg/m，由于有機(jī)硫在出料氣總硫中占比較大，導(dǎo)致總硫含量始終大于100mg/m。由此可知，升高M(jìn)DEA 再生塔塔底溫度至116℃不能使出料氣含硫量達(dá)標(biāo)。

圖8 MDEA再生塔溫度變化對(duì)出料氣脫硫效果的影響

綜合以上分析可知，在進(jìn)料氣HS含量增加的同時(shí)，由于單一MDEA溶液對(duì)高含量的有機(jī)硫脫除效果不佳導(dǎo)致有機(jī)硫在出料氣總硫中占比較大，出料氣含硫量始終無(wú)法滿足二類氣標(biāo)準(zhǔn)。因此，針對(duì)天然氣中的高含量有機(jī)硫，考慮更換高效的有機(jī)硫脫除劑。

3 針對(duì)有機(jī)硫脫除的脫硫劑篩選

目前針對(duì)有機(jī)硫脫除常用的溶劑有2,6-二異丙基苯胺（DIPA）、DEA、環(huán)丁砜等，在保證有效脫除HS的基礎(chǔ)上，對(duì)不同溶劑進(jìn)行復(fù)配研究。

3.1 脫硫劑復(fù)配

3.1.1 MDEA+DIPA

通常DIPA 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于40%，為了達(dá)到脫硫效果，將水質(zhì)量分?jǐn)?shù)固定為45%，MDEA 和DIPA 含量在可調(diào)范圍內(nèi)改變。圖9(a)～(e)分別為HS 及COS、 CS、 CHSH、 CHSH 在 不 同 的MDEA+DIPA 配比水溶液中的氣液相平衡圖，吸收分壓越低，證明吸收效果越好。通過(guò)對(duì)比可知，HS 及有機(jī)硫均在15%MDEA+40%DIPA+45%HO的配比情況下吸收最好。

圖9 H2S及有機(jī)硫在不同MDEA+DIPA溶液中的氣液相平衡

3.1.2 MDEA+DEA

通常DEA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于20%，為了達(dá)到脫硫效果，將水質(zhì)量分?jǐn)?shù)固定為45%，MDEA和DEA含量在可調(diào)范圍內(nèi)改變。圖10(a)～(e)分別為HS 及COS、CS、CHSH、CHSH 在不同濃度的MDEA+DEA 配比水溶液中的氣液相平衡圖。通過(guò)對(duì)比分析可知，HS 及各種類的有機(jī)硫均在35%MDEA+20%DEA+45%HO的配比情況下吸收最好。

圖10 H2S及有機(jī)硫在不同MDEA+DEA溶液中的氣液相平衡

3.1.3 環(huán)丁砜+MDEA

在30%～50%范圍內(nèi)調(diào)整MDEA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)，將水質(zhì)量分?jǐn)?shù)固定為20%，MDEA和環(huán)丁砜含量在可調(diào)范圍內(nèi)改變。圖11(a)～(e)分別為HS 及COS、CS、CHSH、CHSH在不同MDEA+環(huán)丁砜配比水溶液中的氣液相平衡圖。通過(guò)對(duì)比分析可知，HS及各種類的有機(jī)硫均在30%環(huán)丁砜+50%MDEA+20%HO的配比情況下吸收最好。

圖11 H2S及有機(jī)硫在不同MDEA+環(huán)丁砜溶液中的氣液相平衡

3.1.4 環(huán)丁砜+DIPA

圖12(a)～(e)分別為HS 及COS、CS、CHSH、CHSH 在不同DIPA+環(huán)丁砜配比水溶液中的氣液相平衡圖。通過(guò)對(duì)比分析可知，HS與各種類的有機(jī)硫均在30%環(huán)丁砜+50%DIPA+20%HO的配比情況下吸收最好。

圖12 H2S及有機(jī)硫在不同DIPA+環(huán)丁砜溶液中的氣液相平衡

綜合以上對(duì)脫硫劑復(fù)配的結(jié)果分析，各種組合的脫硫劑溶液對(duì)HS及有機(jī)硫反應(yīng)吸收效果較優(yōu)的配比如表4所示。

表4 溶解吸收效果較好的脫硫劑溶液配比

3.2 復(fù)配溶液篩選

結(jié)合表4 中的4 組吸收效果較優(yōu)的脫硫劑溶液配方，綜合對(duì)比HS 及有機(jī)硫在4 種配方溶液中的氣液相平衡圖。由圖13(a)～(e)可知，在不同混合水溶液中，隨著吸收分壓的增加，HS及有機(jī)硫吸收性能也均隨著增加，其中吸收效果最好的混合溶液配方為：30%環(huán)丁砜+50%MDEA+20%HO，因此，將該組作為初選的脫硫劑混合溶液。

圖13 H2S及有機(jī)硫在較優(yōu)配比的脫硫劑溶液中的氣液相平衡

4 混合溶液濃度配比優(yōu)化

4.1 BBD響應(yīng)面設(shè)計(jì)

為達(dá)到最優(yōu)的反應(yīng)吸收效果，以初選的混合溶液配方為基準(zhǔn)，利用響應(yīng)面分析法中常用的BBD（Box-Behnken design）法，將試驗(yàn)過(guò)程中的自變量限定在一定范圍內(nèi)，再對(duì)溶液配比進(jìn)行優(yōu)化。以脫硫裝置對(duì)進(jìn)料氣中HS 及總硫脫除率最高為目標(biāo)，分別用、、作為自變量表示環(huán)丁砜、MDEA、HO 的質(zhì)量占比，以表示HS 脫除率、表示總硫脫除率，設(shè)計(jì)如表5 所示的BBD 響應(yīng)面混料實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)共計(jì)16 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，每一個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)和兩個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表5 混料優(yōu)化的響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

4.2 H2S脫除率混料實(shí)驗(yàn)分析

基于表5的混料優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)的響應(yīng)值進(jìn)行回歸分析，得到與、、之間的回歸模型，見(jiàn)式(1)。

利用式(1)得到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方差分析結(jié)果，如表6所示，其中，值表示整個(gè)擬合方程的顯著程度，越大，表示方程越顯著，擬合度也就越好；值是衡量控制組與實(shí)驗(yàn)組差異大小的指標(biāo)，一般以＜0.05 為效果顯著。該模型值＜0.05 且失擬項(xiàng)值＞0.05，表明模型的準(zhǔn)確度很高；修正決定系數(shù)為0.9568，表明無(wú)法通過(guò)該回歸模型分析的響應(yīng)值僅占總量的4.32%；校正確定系數(shù)adj=0.9280，與相差較小，表明模型的回歸性較好，可以解釋92.80%的響應(yīng)值變化。

表6 H2S脫除率ANOVA（方差）模型

如圖14所示為HS脫除率殘差圖，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)均勻地分布在擬合曲線兩側(cè)，說(shuō)明HS脫除實(shí)驗(yàn)的殘差呈現(xiàn)正態(tài)分布，表示回歸模型所代表的定量關(guān)系準(zhǔn)確。

圖14 H2S脫除率殘差圖

響應(yīng)面的曲率反映響應(yīng)值對(duì)于某因素的敏感性，曲率越大則對(duì)該因素的變化反應(yīng)越敏感。根據(jù)圖15(a)、(b)可以看出，HS 脫除率等高線圖和3D曲面圖的曲率較大，環(huán)丁砜、MDEA、HO之間的配比變化對(duì)HS脫除率的影響明顯。

圖15 環(huán)丁砜、MEDA、H2O的質(zhì)量占比對(duì)H2S脫除率的影響效果

4.3 總硫脫除率混料實(shí)驗(yàn)分析

基于表5混料優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果中的響應(yīng)值進(jìn)行回歸分析，得到與、、之間的回歸模型，如式(2)所示。

根據(jù)表7的方差分析結(jié)果，由式(2)得到的回歸模型值＜0.05 且失擬項(xiàng)=0.4292＞0.05，表明模型的準(zhǔn)確度很高，其中的值＞0.05，表明該項(xiàng)為非顯著項(xiàng)。該模型的修正決定系數(shù)為0.9382，表明無(wú)法通過(guò)該回歸模型分析的響應(yīng)值僅占總量的6.18%；校正確定系數(shù)adj=0.9073，與相差較小，表明模型的回歸性較好，可以解釋90.73%的響應(yīng)值變化。

表7 總硫脫除率ANOVA（方差）分析

圖16 所示為總硫脫除率殘差圖，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)均勻地分布在擬合曲線兩側(cè)，這說(shuō)明有機(jī)硫脫除試驗(yàn)的殘差呈現(xiàn)正態(tài)分布，表示回歸模型所代表的定量關(guān)系準(zhǔn)確。

圖16 總硫脫除率殘差圖

根據(jù)圖17(a)、(b)可以看出，等高線圖和3D 曲面圖的曲率較大，環(huán)丁砜、MDEA、HO 的配比變化對(duì)總硫脫除率的影響明顯。

圖17 環(huán)丁砜、MEDA、H2O的質(zhì)量占比對(duì)總硫脫除率的影響效果

4.4 復(fù)合優(yōu)化

根據(jù)對(duì)HS脫除率和總硫脫除率的混料實(shí)驗(yàn)分析與等高線圖中的最優(yōu)趨勢(shì)線可知，HS脫除率與總硫脫除率的優(yōu)化區(qū)間處于不同的條件區(qū)域，因此，需要對(duì)二者進(jìn)行復(fù)合優(yōu)化。

采用Design-Expert 軟件的復(fù)合優(yōu)化功能，將多個(gè)響應(yīng)值量綱調(diào)整為1，按重要性加權(quán)化為單一值進(jìn)行評(píng)估，設(shè)定的復(fù)合優(yōu)化目標(biāo)如表8所示。

表8 復(fù)合優(yōu)化目標(biāo)

如圖18 所示，Design-Expert 提供的最優(yōu)配比方案直觀地顯示在圖中亮黃色區(qū)域，其結(jié)果為：23.3%環(huán)丁砜+54.6%MDEA+22.1%HO，對(duì)應(yīng)的HS脫除率為99.97%，總硫脫除率為99.83%。

圖18 等高線疊加圖

5 復(fù)合優(yōu)化配比溶液的實(shí)際應(yīng)用

該脫硫裝置采用以上優(yōu)化結(jié)果，調(diào)整脫硫劑配方后的效果如表9所示，出料氣HS含量由37mg/m降到了14.4mg/m，降低了61.08%，總硫含量由121mg/m降到了78.5mg/m，降低了35.12%，滿足二類氣含硫標(biāo)準(zhǔn)。

表9 優(yōu)化前后的相關(guān)指標(biāo)對(duì)比

6 結(jié)論

（1）在進(jìn)料氣HS含量增加的同時(shí)，受有機(jī)硫競(jìng)爭(zhēng)吸收與MDEA溶液對(duì)有機(jī)硫吸收性能不佳的影響，在不更換脫硫劑的情況下調(diào)整MDEA濃度、氣液比、進(jìn)料氣壓力與溫度以及MDEA 再生塔壓力、溫度等關(guān)鍵參數(shù)均不能使出料氣含硫量滿足二類氣標(biāo)準(zhǔn)。

（2）在脫硫裝置實(shí)際操作參數(shù)下，對(duì)不同脫硫劑進(jìn)行組合復(fù)配，確定了對(duì)HS及有機(jī)硫反應(yīng)吸收效果較好的初選混合溶液配方為：30%環(huán)丁砜+50%MDEA+20%HO。

（3）采用響應(yīng)面分析法對(duì)初選的混合溶液配比進(jìn)行混料實(shí)驗(yàn)，以HS脫除率與總硫脫除率最高為目標(biāo)進(jìn)行復(fù)合優(yōu)化，得到最終的溶液配比為：23.3%環(huán)丁砜+54.6%MDEA+22.1%HO。

（4）優(yōu)化得到的脫硫劑在實(shí)際裝置中的應(yīng)用效果表明，與優(yōu)化前相比，出料氣HS含量由37mg/m降到了14.4mg/m，總硫含量由121mg/m降到了78.5mg/m，滿足二類氣含硫標(biāo)準(zhǔn)。