淺析天然氣凈化中影響裝置能耗工藝參數

彭小龍 王磊 王佳琦

摘 ?要：天然氣凈化裝置，目的是使用裝置脫除天然氣中含有的CO2以及H2S。但是現有工藝凈化的可調變量較小，需要針對裝置中脫酸單元的各個環節，加強對天然氣的處理，確定其耗能參數，分析實際影響的變化趨勢。從而對天然氣脫酸裝置的能耗影響進行優化處理。研究的意義在于，滿足技術指標的同時，嚴格控制裝置能耗，從而為天然氣凈化能耗控制起到指導性作用。

關鍵詞：天然氣凈化;裝置耗能;工藝參數

引言：節能降耗成為當今社會發展的重要趨勢，隨著全球環境問題不斷嚴峻。天然氣凈化屬于高耗能行業，國內技術顯然落后過國外一大截。優化節能凈化工作，對于節能降耗而言有重要意義。根據天然氣凈化廠的凈化裝置，通過分析其運行產生的能耗變化，根據具體耗能信息，對裝置加以改進。對現有生產運行參數分析，找出影響最為關鍵扥參數，保證裝置能夠穩定運行。

一、天然氣凈化裝置概述

天然氣裝置中，分為脫硫、回收及尾氣處理單元。其中燃料氣與電能是消耗量最高的部分，裝置耗能主要集中在脫硫再生、硫回收與尾氣燃燒這幾部分。根據分析獲得的數據統計，天然氣與電能各自占據總能耗比例的90.15%/9.84%。其中，鍋爐消耗的能耗最大，主要是為天然氣凈化脫硫單元提供源源不斷的熱量;電能消耗是分布于凈化廠的各個單元;其中，脫硫單元主要集中于MDEA溶液循環泵，硫磺回收則在主風機。為了保證天然氣凈化，并降低裝置高耗能。需要針對現有運行裝置和技術，采取有效的工藝措施，減少實際運行過程中，裝置對能源的消耗量，從而最大程度提高能源利用效率，實現天然氣凈化低耗能發展。

（一）凈化過程。根據天然氣凈化裝置的年度運行指標，通過整理數據發現不同井場中的天然氣，都是透不過干線運輸到集配氣總站，匯集后進行完整的分離與脫硫等環節處理。經過處理的天然氣，能夠脫除內部的雜質，與MDEA等溶液混合，脫除內部含有的CO2以及H2S。脫水單元使用的是TEG，能夠脫除天然氣含有的水分。將天然氣出來后，脫硫后送入吸收塔，含硫氣體從吸收塔底部進入，將CO2以及H2S脫除，經過處理后的凈化氣體被送入脫水單元;此時，底部出來的MDEA富液降壓后，能夠在閃蒸塔中溶解出烴類氣體，通過與貧液進行接觸，從而脫除內部的氣體，并將氣體送入燃料氣系統。經過過濾除雜等處理后，氣體會從換熱器進入裝置進行二次蒸汽再生，從而有效析出CO2與H2S。經過空冷器處理后，再度循環送回吸收塔與閃蒸塔中[1]。

（二）凈化運行參數。根據上述分析，知曉天然氣凈化過程中，需要將其內部最大的CO2以及H2S去除。其中天然氣脫碳屬于預處理工藝的關鍵步驟，能夠有效脫除天然氣中的二氧化碳，成為較為常用的脫碳方法。天然氣裝置操作彈性保持在80-120%之間，年開工天數約為335天。在滿足天然氣凈化的條件下，需要對影響裝置的不同耗能階段進行具體分析。從而能獲得冷凝器、再沸器等設備的實際能耗占比。根據其影響能耗參數以及吸收塔、胺液循環量中MDEA的比例，對現有凈化工藝進行優化。為了保證優化質量，選擇的目標都是基于完成凈化的條件上，能夠在實際凈化生產中，對行業節能降耗提供一定指導。針對于吸收塔、節流閥等設備對可調變量的影響，列舉再沸器、泵、冷凝器，作為能耗影響分析[2]。

二、凈化裝置能耗分析

（一）胺液配比對不同設備的能耗影響。根據天然氣凈化規律，明確生產工藝中混合胺液MDEA與其他混合液吸收再生性能加以探究[3]。通過對比實驗，綜合考慮裝置的腐蝕程度，對比MDEA與其他溶液的腐蝕性。選取五種胺液對比，分析胺液的實際情況從而確定不同設備的耗能影響，從而選擇最佳的配比保障裝置低能耗運行。

在滿足凈化要求的影響下，根據表1所示，能夠根據胺液配比對不同設備能耗影響進行探究，根據不同設備的實際耗能影響變化關系，分析設備的實際情況。根據分析得知，泵與冷凝器等設備都會跟隨DEA的量減少，但是MDEA的量呈現增長趨勢，并且變化不大。再沸器則處于DEA為下滑狀態，能耗量直線下降，折合功耗在2.703*105kW。逐漸下降到16后趨于穩定。根據這一分析結果，DEA的耗能量能夠控制在10-13%左右，可以選擇質量分數分別為13/40%的混合胺液作為吸收劑，用于配比使用。

（二）貧胺液循環量對不同設備能耗的影響。在滿足凈化條件的需求下，對貧液循環量進行設定，初值設置為2000kmol/h，并按照不超出3700這一參數范圍為目標，觀察其變化。根據每一次100kmol/h的增長變化，對設備能耗情況加以分析。經過分析比對，能夠發現泵與冷凝器隨著循環量發生的變化并不大，但是再沸器與冷卻器變化相對明顯。并且當循環量從初始量變化到最高范圍時，其設備變化的參數分別為4941.79kW/4847.76lW。在研究范圍內，不同設備的耗能影響，經過試驗對比能夠發現，循環量對于再沸器和冷卻器的影響校對較大。

（三）原料氣入塔對不同設備的影響。滿足天然氣凈化要求的同時，需要設定原料入塔的初始溫度，并按照1°C為增長。觀測初始值25°C至最高值40°C的變化。根據原料氣入塔溫度對不同設備的影響。從而確定其具體變化趨勢，對能耗影響參數加以明確。根據分析結構，能夠得知泵、冷凝器、再沸器，跟隨原料入塔，溫度變化后的反應并不大，循環冷卻器能耗變化也僅僅是微弱的變化。根據能耗影響數據，設備產生的能耗幾乎可以忽略不計。原料氣入塔對于冷卻器的影響也并不大，能耗僅達到895kW。

根據能耗變化值，對不同設備進行能耗影響分析。設定入塔溫度的初值為5500kPa，設定不超出6000kPa的范圍，對設備能耗情況加以分析。經過分析，設備隨著原料入塔溫度變化不大，并且原料入塔后對設備的影響相當小，幾乎可以會略不計。

（四）再生塔回流對不同設備的影響。再生塔回流比初值為0.3，按照0.-0.8的范圍研究，觀測不同步設備的能耗情況，能夠發現泵、冷凝器、再沸器變化并不大，幾乎不會受到回流的影響。循環冷卻器存在一定變化，但是影響并不大，同其他設備一樣，幾乎可以忽略不計。

（五）節流閥出口壓力對不同設備的影響。根據節流閥設定初值，觀測后判定設備的能耗影響情況。初值與變化范圍在200-300kPa之間，按照10kPa增長;而按照50kPa增長，則需要將范圍保持在300-600之間。根據節流閥出口壓力對設備的能耗影響，能夠發現處于300kPa的壓力，在高達600kPa后，對于設備的能耗并不大。但是處于300kPa以下，設備能耗影響相對顯著，同時跟隨出口壓力增加而增加。

經過研究，證明節流閥出口壓力對再沸器與冷卻器影響相對較大，根據影響變化值，能夠看出固定范圍內節流閥對設備的不同影響。并且，節流閥對冷凝器和泵的影響相對較弱，可以忽略不計。

三、凈化裝置工藝優化

基于不同設備在凈化過程中，產生的能耗影響，需要采取更科學的方法降低能耗的實際消耗。根據原料氣含量，選擇吸收塔提高節能效果，并降低對二氧化碳的吸收率;或是采取半貧液方案，將再生塔中的氣體送入吸收塔中，能夠有效脫除天然氣含有的硫化氫，保證脫硫環節，能夠節約部分再沸蒸汽，滿足節能降耗的需求。

結論：綜上所述，對于天然氣凈化裝置而言，不同胺液配比作為裝置運行吸收劑時，對于再生塔的影響相對較大，導致設備能耗影響也相對較大。經過分析對比，需要控制好DEA的質量分數。并在確定胺液配比的情況下，根據循環量、入塔等混接，對不同設備能耗影響進行分析。獲取實際數據驗證冷凝器、再沸器等設備對不同環節操作的能耗消耗量。在優化過程中，加以合理控制。

參考文獻：

[1]白聰.天然氣凈化中影響裝置能耗工藝參數的分析[J].廣州化工，2020，48（17）：112-115.

[2]井曉燕. 天然氣凈化系統能耗分析及其節能優化研究[D].西安石油大學，2019.

[3]劉柯宏.天然氣脫硫裝置的主要能耗分析及節能途徑研究[J].化工設計通訊，2018，44（07）：97.