胺液再生装置贫液指标对能耗的影响

汪青汉（安徽实华工程技术股份有限公司， 安徽 合肥 230091）

胺液再生装置贫液指标对能耗的影响

汪青汉（安徽实华工程技术股份有限公司， 安徽 合肥 230091）

胺液再生装置广泛应用于石油化工行业，其主要原理是将富胺液经过闪蒸、换热后进入再生塔，在再生塔内H2S的胺液受热解吸出酸性气，胺液得到再生。本文先利用Aspen Plus软件中的RadFrac模块对此过程进行模拟，以再沸器热负荷为变量（Vary），通过设计规定（Design Specs）规定塔底产品贫胺液中H2S中的含量不大于1.09g/L和4.17g/L，运行得到再生的理论能耗，将两组工况进行能耗对比。再结合两组工况下相近规模的胺液再生装置的实际综合能耗，得出实际综合能耗的对比，以此为装置生产节能降耗提供数据参考。

RadFrac模块；胺液再生；模拟；综合能耗

0 前言

胺液简称MDEA，即N-甲基二乙醇胺（N-Methyldiethanolamine）， 分子式：CH3-N（CH2CH2OH）2。富胺液是指吸收了H2S的胺液。

胺液再生是将吸收了H2S、CO2的胺液在再生塔内用重沸器加热，受热后的胺盐解吸出酸性气、CO2。

RadFrac模块是Aspen Plus软件中一个用于模拟多级气-液精馏操作的模型，既可用于设计，也可用于核算，是最常用的一个模型［1］。

本文利用RadFrac模块对胺液再生塔进行模拟，目标是通过调整相关参数使得贫胺液中H2S指标分别在1.09g/L和4.17g/L工况下的理论能耗。

再根据山东某地炼260t/h胺液再生装置（贫胺液H2S指标为1.09g/L）和安庆石化220t/h溶剂再生装置（贫胺液H2S指标为1.09g/L）的综合能耗，将理论能耗的能耗比和综合能耗的能耗比进行对比分析。为我们的装置生产节能降耗找到参考数据。

1 模拟模型的建立

1.1 建立模型

本文流程见图1：富胺液换热至95℃后进入再生塔，塔顶气体出料冷却至50℃后由气液分液罐分成酸性气和塔顶回流液。酸性气出装置，塔顶回流液由泵打入再生塔顶，塔底即获得贫胺液，贫胺液经配置后重复使用。

图1　胺液再生模型示意图

1.2 物性方法的选择

物性方法的选择是决定模拟过程的精确度和准确性的关键步骤。用户在进行选择时可以根据物系特点和操作温度、压力进行选择，本文中N-甲基二乙醇胺（MDEA）、H2S等主要物质均为电解质，因此物性方法选择ENRTL（常见化工系统推荐使用的物性方法详见Aspen plus帮助系统）。

1.3 进料物流工况

全局信息、组分信息、进料条件等见表1、表2，这里不赘述。表1、表2为进料物流工况1详情、工况2详情，其中富胺液H2S含量为19.21g/L。

表1 工况1，山东某地炼260t/h胺液再生装置富液进料259600kg/h）

表2 工况2，安庆石化220t/h溶剂再生装置（富液进料220000kg/h）

1.4 输入模块参数及设计规定

1.4.1主要操作条件

胺液再生是一个成熟的工艺过程［2］，根据以往项目及相关文献［3］［4］、经验：

实际塔板数（提供了板效率数据）　 25块（不含再沸器）FEED温度　　　　　　　　　　 95℃塔顶回流温度　　　　　　　　　 50℃塔顶压力　　　　　　　　　　　 0.1MPa（g）塔压降　　　　　　　　　　　　 0.02MPa塔顶分液罐压力　　　　　　　　 0.07MPa（g）加料板位置第4块板

1.4.2 设计规定

由精馏原理可知，本文中要使塔底贫胺液中H2S达到指标要求，可通过调节塔底再沸器热负荷，增大回流量来实现。在Aspen Plus中可使用Design Specs/Vary功能。指定目标函数（Design Specs）为塔底物流W中H2S质量与W体积流量的比值不大于1，单位为kg/m3，即g/L。指定变量（Vary）为再沸器热负荷，并规定变化区间。

1.4.3 数据包获得

再生塔中存在化学反应，需提供相关平衡常数及动力学参数，本次模拟通过导入Aspen Plus软件自带的数据包KEMDEA获得各数据。

2 理论运行结果

（1）工况1运行结果可知解吸的H2S几乎全部以酸性气形式送出装置，塔底贫胺液中H2S含量为1.09g/L，满足指标要求，此时再沸器热负荷约为19000kW。

（2）工况3运行结果 可知解吸的H2S几乎全部以酸性气形式送出装置，塔底贫胺液中H2S含量为4.17g/L，满足指标要求，此时再沸器热负荷约为9398kW。

（3）理论能耗

①工况1的计算处理能力为259600kg/h，贫胺液指标为1.09g/L，再沸器热负荷约为19000kW。

取标定时间为1h，得到每1kg贫胺液，再生塔的理论负荷为：

19000kW/259600kg =73.19W/kg

②工况2的计算处理能力为220000kg/h，贫胺液指标为4.17g/L，再沸器热负荷约为9389kW。

取标定时间为1h，得到每1kg贫胺液，再生塔的理论负荷为：

9389kW/220000kg =42.68W/kg

③理论能耗对比

两种工况下，每1kg贫胺液再生所需要的理论能耗比为：

因标定时间为1小时，故再生塔的理论负荷比等于理论能耗比。

3 实际计算结果

3.1 胺液再生装置流程示意图（见图2）

图2 胺液再生装置流程示意

3.2 实际综合能耗［5］

（1）工况1，山东某地炼260t/h胺液再生装置（贫胺液中H2S指标为1.09g/L）装置综合能耗见表3。

由表3可知，260t/h胺液再生装置（贫胺液中H2S指标为1.09g/L）能耗为77020.64×104MJ/a。

取标定时间为1h，得到每1kg贫胺液，胺液再生装置平均综合能耗为：

（2）工况2，安庆石化220t/h溶剂再生装置（贫胺液中H2S指标为，4.17g/L），见表4。

由表4可知，260t/h胺液再生装置（贫胺液中H2S指标为4.17g/L）能耗为35395.15×104MJ/a。

取标定时间为1h，得到每1kg贫胺液，胺液再生装置平均综合能耗为：

表3　260t/h胺液再生装置综合能耗（富液进料259600kg/h）

表4　220t/h胺液再生装置综合能耗（富液进料220000kg/h）

3.2 实际综合能耗对比

在贫胺液指标为1.09g/L和4.17g/L的工况下，每1kg贫胺液再生所需要的实际综合能耗对比：

4 结论

4.1 两种工况能耗对比表

由上述2.3.3条和3.2条计算得出，260t/h胺液再生装置和220t/h胺液再生装置在贫胺液指标分别为1.09g/L和4.17g/L的工况下，每1kg贫胺液再生所需要的理论能耗比为1.71。

相同工况下，每1kg贫胺液再生所需要的实际综合能耗对比为1.84。

4.2 指导意义

由上表可见，贫胺液中H2S指标对胺液再生装置的能耗影响很大。

石油化工各生产装置脱硫系统对贫胺液中H2S指标要求各不相同，如硫磺回收装置通常要求贫胺液中H2S指标为1g/ L。加氢装置仅仅是为了降低循环氢中H2S的浓度。其他装置中干气的H2S指标一般为小于20ppmm即可，因此贫胺液中H2S指标5g/L就能满足生产要求。

从企业运行成本的角度考虑，硫磺回收装置可独立设置一套小规模的胺液再生装置，其贫胺液H2S指标为1g/L，其他装置共用一套贫胺液H2S指标为5g/L的胺液再生装置，这样能很好的降低能耗，降低生产成本。

［1］孙兰义.化工流程模拟实训—Aspen Plus教程［M］.北京：化学工业出版社，2012.

［2］沈春红，夏道宏. 国内外脱硫技术进展［J］. 石化技术，1999，01：46-49+55.

［3］党玉坤.溶剂再生系统的流程模拟与优化［J］. 能源化工，2015，06：48-51.

［4］汪优华，孙学锋. 溶剂再生装置的流程模拟与优化［J］. 中外能源. 2011（09）.

［5］GB/T 50441-2007.石油化工设计能耗计算标准［S］.