天然气净化中影响装置能耗工艺参数的分析

天然气净化中影响装置能耗工艺参数的分析

高海霞 ,郭亚兵 ,杨巧玉

杭州中泰深冷技术股份有限公司 311402

摘要：目前，在天然气净化中，主要使用装置脱除天然气中含有的CO2以及H2S。但是现有工艺净化的可调变量较小，需要针对装置中脱酸单元的各个环节，加强对天然气的处理，确定其耗能参数，分析实际影响的变化趋势，从而对天然气脱酸装置的能耗影响进行优化处理。本文对中影响装置能耗工艺参数进行分析。

关键词：天然气净化;装置耗能;工艺参数

1天然气净化装置概述

在天然气装置中，分为脱酸、回收及尾气处理单元。其中燃料气与电能是消耗量最高的部分，装置耗能主要集中在脱酸再生、酸回收与尾气燃烧这几部分。根据分析获得的数据统计，天然气与电能各自占据总能耗比例的90.15%/9.84%。其中，锅炉消耗的能耗最大，主要是为天然气净化脱酸单元提供源源不断的热量;电能消耗是分布于净化厂的各个单元;其中，脱酸单元主要集中于MDEA溶液循环泵，硫磺回收则在主风机。为了保证天然气净化，并降低装置高耗能。需要针对现有运行装置和技术，采取有效的工艺措施，减少实际运行过程中装置对能源的消耗量，从而最大程度提高能源利用效率。

2.1净化过程

根据天然气净化装置的年度运行指标，通过整理数据发现不同井场中的天然气，都是透不过干线运输到集配气总站，汇集后进行完整的分离与脱酸等环节处理。经过处理的天然气，能够脱除内部的杂质，与MDEA等溶液混合，脱除内部含有的CO2以及H2S。脱水单元使用的是TEG，能够脱除天然气含有的水分。将天然气出来后，脱酸后送入吸收塔，含硫氣体从吸收塔底部进入，将CO2以及H2S脱除，经过处理后的净化气体被送入脱水单元;此时，底部出来的MDEA富液降压后，能够在闪蒸塔中溶解出烃类气体，通过与贫液进行接触，从而脱除内部的气体，并将气体送入燃料气系统。经过过滤除杂等处理后，气体会从换热器进入装置进行二次蒸汽再生，从而有效析出CO2与H2S。经过空冷器处理后，再度循环送回吸收塔与闪蒸塔中。

2.2净化运行参数

根据上述分析，知晓天然气净化过程中，需要将其内部最大的CO2以及H2S去除。其中天然气脱酸属于预处理工艺的关键步骤，能够有效脱除天然气中的二氧化碳，成为较为常用的脱酸方法。天然气装置操作弹性保持在80-120%之间，年开工天数约为335天。在满足天然气净化的条件下，需要对影响装置的不同耗能阶段进行具体分析。从而能获得冷凝器、再沸器等设备的实际能耗占比。根据其影响能耗参数以及吸收塔、胺液循环量中MDEA的比例，对现有净化工艺进行优化。为了保证优化质量，选择的目标都是基于完成净化的条件上，能够在实际净化生产中，对行业节能降耗提供一定指导。针对于吸收塔、节流阀等设备对可调变量的影响，列举再沸器、泵、冷凝器，作为能耗影响分析。

2天然气净化中影响装置能耗工艺参数的分析

2.1胺液配比对不同设备的能耗影响

在生产工艺中确定混合胺液的MDEA和DEA配比时，需考虑装置的腐蚀程度，其中DEA腐蚀性比MDEA强。因此本文根据五种胺液配比来分析再沸器、泵、冷凝器、冷却器对能耗的影响，从中确定较优的配比，如表1所示。

表1 胺液DEA与MDEA的配比

在满足净化要求的条件下，根据以上胺液配比作出对再沸器、泵、冷凝器、冷却器能耗的影响的变化关系图如图1所示。

图1不同胺液配比对再沸器、泵、冷凝器、冷却器能耗的变化曲线图

由图1可以看出，泵、冷凝器和冷却器的能耗随着DEA量的减少，MDEA量的增加变化趋势不大，趋于直线。而再沸器的能耗则是在DEA量从25%到21%是直线下降的趋势，从1024577073 kJ/h降低到59086801.6 kJ/h，减少了965490271.4 kJ/h，折合成功耗为2.703×105kW。从21%到17%有小幅度降低，从59086801.6 kJ/h降低到28168600.7 kJ/h，减少了30918200.9 kJ/h，折合成功耗为8657 kW；从17%以下基本上为直线。因此根据经验，DEA的含量一般控制在10%～13%，因此可取DEA质量分数为13%，MDEA质量分数为40%的混合胺液作为吸收剂。以下因素分析是基于该配比进行。

2.2贫胺液循环量对不同设备能耗的影响

在满足净化条件的需求下，对贫液循环量进行设定，初值设置为2000kmol/h，并按照不超出3700这一参数范围为目标，观察其变化。根据每一次100kmol/h的增长变化，对设备能耗情况加以分析。经过分析比对，能够发现泵与冷凝器随着循环量发生的变化并不大，但是再沸器与冷却器变化相对明显。并且当循环量从初始量变化到最高范围时，其设备变化的参数分别为4941.79kW/4847.76lW。在研究范围内，不同设备的耗能影响，经过试验对比能够发现，循环量对于再沸器和冷却器的影响校对较大。

2.3原料气入塔对不同设备的影响

满足天然气净化要求的同时，需要设定原料入塔的初始温度，并按照1℃为增长。观测初始值25℃至最高值40℃的变化。根据原料气入塔温度对不同设备的影响。从而确定其具体变化趋势，对能耗影响参数加以明确。根据分析结构，能够得知泵、冷凝器、再沸器，跟随原料入塔，温度变化后的反应并不大，循环冷却器能耗变化也仅仅是微弱的变化。根据能耗影响数据，设备产生的能耗几乎可以忽略不计。原料气入塔对于冷却器的影响也并不大，能耗仅达到895kW。

根据能耗变化值，对不同设备进行能耗影响分析。设定入塔压力的初值为5500kPa-6000kPa，对设备能耗情况加以分析。设备随着原料入塔压力变化不大，并且原料入塔后对设备的影响相当小，可以忽略不计。

2.4节流阀出口压力对不同设备的影响。

根据节流阀设定初值，观测后判定设备的能耗影响情况。初值与变化范围在200-300kPa之间，按照10kPa增长;而按照50kPa增长，则需要将范围保持在300-600之间。根据节流阀出口压力对设备的能耗影响，能够发现处于300kPa的压力，在高达600kPa后，对于设备的能耗并不大。但是处于300kPa以下，设备能耗影响相对显著，同时跟随出口压力增加而增加。

经过研究，证明节流阀出口压力对再沸器与冷却器影响相对较大，根据影响变化值，能够看出固定范围内节流阀对设备的不同影响。并且，节流阀对冷凝器和泵的影响相对较弱，可以忽略不计。

3结论

综上所述，对于天然气净化装置而言，不同胺液配比作为装置运行吸收剂时，对于再生塔的影响相对较大，导致设备能耗影响也相对较大。经过分析对比，需要控制好DEA的质量分数。在确定的胺液配比的条件下，通过对贫液循环量、原料气入塔温度、原料气入塔压力、节流阀出口压力及回流比对再沸器、泵、冷凝器、冷却器能耗的影响进行分析，得出贫液循环量是对再沸器、泵、冷凝器、冷却器能耗的影响最大的因素，因此在要实际操作中，一定要控制贫液循环量。其次是节流阀出口压力和再生塔回流比。

参考文献

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