天然氣脫硫裝置低負荷運行工藝模擬與優化

程曉明，楊 艷，李 林

（重慶天然氣凈化總廠，重慶401220）

天然氣脫硫裝置低負荷運行工藝模擬與優化

程曉明，楊 艷，李 林

（重慶天然氣凈化總廠，重慶401220）

文中利用Aspen Hysys軟件對該脫硫裝置進行了全流程模擬，將實際運行參數與模擬數據進行比對，從中找出優化裝置運行的方案。通過模擬發現調整貧液入塔層數及循環量、加強換熱器清洗等操作對裝置節能降耗、優化運行均產生一定的影響。

天然氣脫硫；低負荷；模擬；優化

苯脫硫裝置原料氣處理量210×104m3/d，原料氣H2S濃度4～6 g/m3，CO2濃度35.24～40.29 g/m3。隨著原料氣處理量的下降，裝置長期處于低負荷運行狀態，部分操作參數偏離設計運行參數，裝置的單耗也會增加，對脫硫系統的運行造成影響［1，2］。

1 流程模擬

Aspen Hysys軟件是針對油氣加工模擬的系統軟件，分動態和穩態2部分。其動態和穩態主要用于油田地面工程建設設計和石油石化煉油工程設計計算分析［3］。對于油田地面建設該軟件可以解決各種集輸流程的設計、評估及方案優化、站內管網、長輸管線及泵站、管道停輸的溫降、收發清管球及段塞流的預測、油氣分離、油、氣、水三相分離、油氣分離器的設計計算、天然氣水化物的預測、油氣的相圖繪制及預測油氣的反析點、原油脫水、原油穩定裝置設計、優化天然氣脫水（甘醇或分子篩）、脫硫裝置設計與優化、優化天然氣輕烴回收裝置設計、優化、泵、壓縮機的選型和計算［4］。

1.1 基礎數據

該天然氣脫硫裝置采用CT8-5吸收天然氣中的H2S和CO2，CT8-5的主要成分是甲基二乙醇胺（MDEA），目前的實際處理量為210×104m3/d，原料氣進口壓力為4.1 MPa，溫度為25℃，產品氣質量符合天然氣技術指標GB17820-2012國家二類氣質標準，即H2S≤20 mg/m3，CO2≤3%。

1.2 熱力學模型的選擇

對于天然氣脫硫裝置模擬采用Amine Pkg進行熱力學模擬計算［5］，該模型適用于氣液相的溶解平衡計算。

1.3 模擬流程的建立

原料氣經過重力分離器，除去游離水和機械雜質后，進入吸收塔，與自上而下流動的貧胺液逆流接觸，大部分H2S和CO2被貧胺液吸收。從吸收塔出來的濕凈化氣輸送至脫水單元，從吸收塔底部出來的富胺液降壓閃蒸后，經貧富液換熱器后進入富胺液再生塔，解析出溶液中的H2S和CO2后，貧胺液自再生塔底部流出，經過貧富液換熱器，進入貧液冷卻器，然后由溶液循環泵將貧胺液打入吸收塔上循環使用，再生塔塔頂酸氣經冷卻后，酸氣送至硫磺回收裝置。

1.4 模擬流程的計算

流程模擬主要是將原料氣中H2S從5.9 g/m3降低至20 mg/m3以下，CO2含量降低至3%以下。將模擬參數與實際運行參數進行比對，找出目前裝置上可以采取的優化運行方法，從而達到節能降耗的目的。

1.5 模擬結果分析

Hysys模擬主要物流的模擬計算結果見表1。

表1 主要物流模擬計算結果/%

為保證產品氣中的H2S含量、CO2含量分別不高于20 mg/m3和3%，將MDEA溶液的循環量控制在24 m3/h，H2S含量為0，CO2含量為0.015 7%，即可以滿足天然氣指標要求，計算結果與實際運行參數對比見表2。

表2 實際運行參數和模擬計算結果對比

結合表2中的數據，進行模擬結果與實際運行結果的對比可知:

（1）模擬流程中，在貧液循環總量相同的情況下，吸收塔8層貧液流量比實際運行流量多1 m3，吸收塔12層貧液流量比實際運行流量少1 m3，因此在保證產品氣達標的前提下，可以調整進入8層的貧液循環量，改善選吸效果，提高酸氣中的H2S濃度，從而保證硫磺回收單元主燃燒爐溫度，為保證硫收率提供保障。

（2）模擬計算的貧富液換熱器換熱效果比實際換熱器換熱效果要好，有效的保證了貧液溫度，提高吸收效果，因此要加強換熱器的清洗工作，提高換熱效果。

（3）在保證產品氣達標的前提下，可以適當降低貧液循環量，從而降低再生負荷，降低電能和蒸汽消耗量。

2 結論

（1）在保證產品氣達標的前提下，適當調整貧液入塔層數和溶液循環量，保證脫硫效果的同時降低CO2共吸率，降低再生能耗。

（2）加強換熱器的清洗，定期對換熱器管束進行清洗，保證換熱效果，提高能源利用效率。

［1］龍增兵.高含硫天然氣脫硫工藝方案選擇及模擬評價［J］.化工技術與開發.2007.12，36（12）:27-36.

［2］汪瑾.天然氣脫硫裝置的系統模擬與優化.［J］化學工程，2013.1，41（1）:74-78.

［3］李奇等.基于HYSYS和GA的天然氣凈化裝置用能優化［J］.天然氣工業，2011.9，31（9）:103-105.

［4］王正權，王瑤，高超，等.天然氣脫硫裝置適應性模擬計算［J］.石油與天然氣化工，2010，39（3）:204-209.

［5］邱奎.高含硫天然氣脫硫操作條件對能耗影響的模擬研究［J］.石油學報.2012.12，28（6）:978-985.

Simulation and optimization of gas desulphurization unit operating at low load

Cheng Xiaoming，Yang Yan，Li Lin
（Chongqing Natural Gas Purification Complex，Chongqing 401220，China）

The Aspen Hysys software was used to make the whole process simulation to the desulfurization unit，the actual operating parameters were compared with simulated data to find out solutions to optimize the unit operation.Through this simulation，the tower layers of the poor liquid entering into the tower and the circulating fluid volume were found.Strengthening of heat exchanger cleaning operation has certain effect on energy-saving and consumption reducing as well as the operation optimization.

natural gas desulfurization；low load；simulation；optimization

TE644

B

1671-4962（2017）02-0057-02

2016-12-26

程曉明，男，工程師，碩士，2010年畢業于西南石油大學化學工程專業，現從事天然氣凈化技術管理工作。