脫酸裝置胺液循環(huán)系統(tǒng)節(jié)能工藝優(yōu)化研究

黃啟濤

摘 要：當(dāng)前全球能源供應(yīng)緊張的問題正不斷加劇，貫徹落實節(jié)能減排基本國策是未來能源生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展的重要準(zhǔn)則。本文簡要概述了液化天然氣脫酸裝置胺液循環(huán)系統(tǒng)工藝流程，從生產(chǎn)工藝、裝置設(shè)備、能源輸送距離、胺液質(zhì)量、胺液種類五個方面分析了影響系統(tǒng)耗能的關(guān)鍵因素，并針對性提出了節(jié)能措施，希望為相關(guān)企業(yè)的節(jié)能優(yōu)化提供借鑒。

關(guān)鍵詞：天然氣;脫酸裝置;胺液循環(huán)系統(tǒng);節(jié)能工藝

可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出與實施，使得我國液化天然氣產(chǎn)業(yè)得以迅猛發(fā)展，在生產(chǎn)過程中各個單元所耗電能均較大，其中凈化單元的脫酸裝置加熱所需電能可達到179.09×

104kW·h左右，天然氣能耗為409.6×104m3，在國家資源與能源供給壓力日益增長的條件下，相關(guān)企業(yè)應(yīng)積極進行工藝改造，實現(xiàn)降本增效。

1 天然氣脫酸裝置胺液循環(huán)系統(tǒng)工藝流程概述

天然氣原料經(jīng)輸管網(wǎng)進行過濾、穩(wěn)壓、計量等工序后，原料氣體會從吸收塔下方進入，自下而生貫通吸收塔內(nèi)部空間，此時塔內(nèi)的胺液會與天然氣進行充分接觸并吸收其中的酸性氣體形成富胺液，富胺液會經(jīng)過再生循環(huán)系統(tǒng)完成汽提形成貧液，此時貧液會進入緩沖罐，在貧液泵的作用下進入吸收塔，從而實現(xiàn)胺液的循環(huán)再利用;與此同時吸收了酸性氣體的胺液從再生塔頂部被引出，經(jīng)過脫酸裝置，再進入過濾分離器進行處理，此時液相會全部回流，以此來穩(wěn)定脫酸裝置的水平衡，達到循環(huán)使用的目的。

2 天然氣脫酸裝置胺液循環(huán)系統(tǒng)耗能的關(guān)鍵因素

2.1 生產(chǎn)工藝

再生系統(tǒng)耗能量集中的環(huán)節(jié)在于為再生塔進行蒸汽供熱促進液相回流，而再生塔的溫度與塔頂空氣中的H2S含量、進料量、進料溫度、原料質(zhì)量等有著直接的聯(lián)系，控制相關(guān)工藝標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)，即可實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。

2.2 裝置設(shè)備

天然氣脫酸裝置胺液循環(huán)系統(tǒng)耗能主要作用在裝置內(nèi)的動能設(shè)備或加熱設(shè)備上，循環(huán)系統(tǒng)中的泵機、換熱器、冷凝器、再生塔重沸器等的運行都會產(chǎn)生大量的無功能耗，企業(yè)加強裝置設(shè)備的節(jié)能改造，能夠降低大量的生產(chǎn)能耗。

2.3 輸送距離

天然氣凈化單元所耗電能與凈化廠內(nèi)電力輸送的距離有著直接的聯(lián)系，根據(jù)R=ρ（電阻率）l（導(dǎo)線長度）/S（導(dǎo)體橫截面積）的電力公式可知，凈化廠向脫酸裝置提供電能的輸電線路越長，其導(dǎo)線電阻越大，所消耗的電能量也就越大。因此，在進行脫酸裝置胺液循環(huán)系統(tǒng)的電力設(shè)計時，需要盡最大限度的降低各裝置設(shè)備導(dǎo)線連接的長度，以此降低輸電耗損。

2.4 胺液變質(zhì)

MDEA溶液或DEA溶液中可能會存在如降解產(chǎn)物、固體懸浮物等類型的雜質(zhì)，極易在吸收塔內(nèi)引發(fā)胺液發(fā)泡使得胺液變質(zhì)，腐蝕性增強，附著在裝置內(nèi)會影響裝置正常加熱或運行，長期發(fā)展過程中會加大循環(huán)系統(tǒng)運行的能耗。

2.5 胺液材料選擇

胺液再生循環(huán)系統(tǒng)運行耗能也會受到富胺液物質(zhì)含量和貧胺液質(zhì)量的間接影響，若胺液中的物質(zhì)無法有效吸收天然氣中的酸性氣體，將會造成吸收塔內(nèi)空氣中雜質(zhì)增多，會使系統(tǒng)運行發(fā)生不同程度的故障，從而加大系統(tǒng)能耗[1]。

3 脫酸裝置胺液循環(huán)系統(tǒng)節(jié)能工藝優(yōu)化的措施

3.1 采用兩段再生工藝

設(shè)計人員可將再生塔結(jié)構(gòu)分為上下兩段，其中上段胺液由于淺度再生，將此部分再生循環(huán)而來的胺液用作塔中部的吸收溶液，而下段胺液負(fù)責(zé)深度再生，此部分再生循環(huán)而來的胺液用于吸收塔頂處的酸性物質(zhì)。此種方法是根據(jù)再生塔內(nèi)貧胺液在不同高度下的質(zhì)量不同而做出的差異化再生工藝設(shè)計，能夠有效改變再生塔對供氣量的控制方法，系統(tǒng)運行時可根據(jù)天然氣原料進料的具體情況及時對自身供熱量的需求進行自動調(diào)節(jié)，從而在保障再生循環(huán)的貧胺液質(zhì)量的同時，降低再生塔蒸汽能產(chǎn)生時對電能的消耗。

3.2 優(yōu)化配置節(jié)能設(shè)備

優(yōu)化胺液循環(huán)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計最為關(guān)鍵的一點是優(yōu)化系統(tǒng)中各功能設(shè)備的節(jié)能性能。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，人工智能技術(shù)在各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的應(yīng)用規(guī)模越來越大，相關(guān)企業(yè)可將相關(guān)技術(shù)與再生塔內(nèi)的蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計緊密結(jié)合起來，從而降低脫酸裝置運行的能耗。比如大連大連石油化工研究院即根據(jù)天然氣脫酸裝置的耗能情況，研發(fā)了胺液系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)--高效噴射態(tài)塔盤，將此裝置安裝在再生塔內(nèi)，可有效緩解塔內(nèi)胺液發(fā)泡的情況，使裝置運行效率大幅提高，數(shù)據(jù)表示，此類技術(shù)可降低脫酸胺液循環(huán)裝置能耗的8%～10%。

當(dāng)前大多數(shù)企業(yè)在再生塔處的冷卻環(huán)節(jié)是采用“空氣+水冷”的方式，在此方式下冷卻系統(tǒng)不能針對再生塔溫度的不同而合理控制冷卻耗能，針對這一耗能缺陷，設(shè)計人員可在再生塔頂處安裝空氣冷卻器有效降低冷卻水使用量，即采用單獨空冷的方式冷卻塔頂酸性與貧胺液。研究表明，此種方式下可降低能耗25%左右[2]。

3.3 優(yōu)化凈化廠總圖設(shè)計

根據(jù)電能消耗的原理特點，設(shè)計人員可在保障線路安全的前提下，盡最大限度的縮短脫酸系統(tǒng)中各裝置連接的導(dǎo)線長度，合理優(yōu)化導(dǎo)線網(wǎng)絡(luò)，使線路盡可能保持直線連接的狀態(tài)，從而有效降低電力運輸時的無功損耗。

比如將脫酸胺液再生系統(tǒng)中的泵機、換熱器、再生塔重沸器、空氣冷卻器等系統(tǒng)運行時耗電量較大的裝置，重新進行線路設(shè)計，優(yōu)化布線方案，降低線路損耗;同時將凈化廠內(nèi)變電所盡可能的布設(shè)在關(guān)鍵耗能設(shè)備群的中心位置，均衡分配電纜線路距離，并將導(dǎo)熱油爐盡最大限度的靠近凈化單元，實現(xiàn)降低胺液脫酸再生系統(tǒng)耗能的目的。

3.4 采用胺液凈化技術(shù)

胺液過濾系統(tǒng)是最為普遍的胺液凈化技術(shù)，常見的過濾裝置有機械過濾器和活性炭過濾器。貧胺液在循環(huán)系統(tǒng)中流通時，會經(jīng)過過濾系統(tǒng)中的機械過濾器，過濾掉脫酸時所產(chǎn)生的約50um的固體雜質(zhì)，然后在回流前經(jīng)過活性炭過濾器，過濾掉烴類、有機酸、熱穩(wěn)態(tài)鹽等物質(zhì)，使胺液得到雙重凈化保障。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前市場中已經(jīng)出現(xiàn)了新型凈化技術(shù)--陰離子樹脂交換技術(shù)，此技術(shù)能夠利用C2H5NO2、

SO42-、HCOOH、CH3COOH等帶有熱穩(wěn)態(tài)鹽陰離子的貧胺液，通過陰離子樹脂床與胺液中熱穩(wěn)態(tài)鹽陰離子進行交換，此種技術(shù)對去除貧胺液中的熱穩(wěn)態(tài)鹽和降解產(chǎn)物效果比較明顯，能夠達到凈化胺液的目的，使胺液循環(huán)再生環(huán)節(jié)的運行更加靈活。

3.5 分類處理胺液材料

在脫酸裝置中采用分類處理胺液材料的原則會更有效的實現(xiàn)節(jié)能減排。將加氫與非加氫的胺液材料進行區(qū)分使用，主要是對其中所含有的CO2進行考量，在天然氣中CO2和H2S是最主要的酸性成分，加氫的富胺液不含CO2，而不加氫的富胺液除此之外還會含有硫性物質(zhì)，若二者混合會影響貧胺液循環(huán)回收的質(zhì)量，質(zhì)量不同則會直接影響裝置耗能的情況。因此可從溶液材料特點這一方面設(shè)計適合節(jié)能增效的材料處理方案。

復(fù)配胺液。可利用2 mol/L的MDEA胺液與環(huán)丁砜物質(zhì)進行復(fù)配，配置出的溶液能夠有效提高天然氣凈化效果，增強胺液對酸性氣體的吸收率，從而有效降低酸性物質(zhì)對再生塔設(shè)備的腐蝕，避免腐蝕問題降低蒸汽系統(tǒng)運行的效率，增大運行的耗能。

使用活性胺液。設(shè)計人員可通過添加3%～5%PZ（哌嗪）活化劑的方式活化MDEA胺液，以此來激活胺液中的氫原子，提高吸收塔內(nèi)CO2與H2O之間的反應(yīng)量，降低天然氣中酸性物質(zhì)的含量，提升脫酸裝置與再生裝置的運行效率，從而有效降低系統(tǒng)運行的能耗[3]。

4 結(jié)論

綜上所述，天然氣液化裝置運行所消耗的能源主要有天然氣和電能，在脫酸環(huán)節(jié)進行節(jié)能降耗，需要綜合考慮裝置運行時各耗能因素，切實增強節(jié)能效果。相關(guān)企業(yè)可在脫酸裝置胺液循環(huán)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計中采用再生塔兩段再生工藝降低蒸汽能的損耗，并通過配置空氣冷卻器、優(yōu)化總圖設(shè)計、引進先進凈化技術(shù)、分類處理胺液材料的方式，降低再生循環(huán)系統(tǒng)運作的能耗，為天然氣液化生產(chǎn)企業(yè)增強效益，從而真正實現(xiàn)利益最大化。

參考文獻：

[1]王璐瑤，張英，薄德臣，等.胺液系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運行管理技術(shù)[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2019，40（05）：4-6+78.

[2]王宇.天然氣凈化廠用能分析及節(jié)能技術(shù)研究[D].成都：西南石油大學(xué)，2018.

[3]孫寧飛，曹世凌，李闖，高慶安，李俊.300 t/h溶劑再生裝置節(jié)能優(yōu)化措施[J].河南化工，2019，36（02）：42-44.