天然气脱硫装置低负荷运行工艺模拟与优化

程晓明，杨 艳，李 林

（重庆天然气净化总厂，重庆401220）

天然气脱硫装置低负荷运行工艺模拟与优化

程晓明，杨 艳，李 林

（重庆天然气净化总厂，重庆401220）

文中利用Aspen Hysys软件对该脱硫装置进行了全流程模拟，将实际运行参数与模拟数据进行比对，从中找出优化装置运行的方案。通过模拟发现调整贫液入塔层数及循环量、加强换热器清洗等操作对装置节能降耗、优化运行均产生一定的影响。

天然气脱硫；低负荷；模拟；优化

苯脱硫装置原料气处理量210×104m3/d，原料气H2S浓度4～6 g/m3，CO2浓度35.24～40.29 g/m3。随着原料气处理量的下降，装置长期处于低负荷运行状态，部分操作参数偏离设计运行参数，装置的单耗也会增加，对脱硫系统的运行造成影响［1，2］。

1 流程模拟

Aspen Hysys软件是针对油气加工模拟的系统软件，分动态和稳态2部分。其动态和稳态主要用于油田地面工程建设设计和石油石化炼油工程设计计算分析［3］。对于油田地面建设该软件可以解决各种集输流程的设计、评估及方案优化、站内管网、长输管线及泵站、管道停输的温降、收发清管球及段塞流的预测、油气分离、油、气、水三相分离、油气分离器的设计计算、天然气水化物的预测、油气的相图绘制及预测油气的反析点、原油脱水、原油稳定装置设计、优化天然气脱水（甘醇或分子筛）、脱硫装置设计与优化、优化天然气轻烃回收装置设计、优化、泵、压缩机的选型和计算［4］。

1.1 基础数据

该天然气脱硫装置采用CT8-5吸收天然气中的H2S和CO2，CT8-5的主要成分是甲基二乙醇胺（MDEA），目前的实际处理量为210×104m3/d，原料气进口压力为4.1 MPa，温度为25℃，产品气质量符合天然气技术指标GB17820-2012国家二类气质标准，即H2S≤20 mg/m3，CO2≤3%。

1.2 热力学模型的选择

对于天然气脱硫装置模拟采用Amine Pkg进行热力学模拟计算［5］，该模型适用于气液相的溶解平衡计算。

1.3 模拟流程的建立

原料气经过重力分离器，除去游离水和机械杂质后，进入吸收塔，与自上而下流动的贫胺液逆流接触，大部分H2S和CO2被贫胺液吸收。从吸收塔出来的湿净化气输送至脱水单元，从吸收塔底部出来的富胺液降压闪蒸后，经贫富液换热器后进入富胺液再生塔，解析出溶液中的H2S和CO2后，贫胺液自再生塔底部流出，经过贫富液换热器，进入贫液冷却器，然后由溶液循环泵将贫胺液打入吸收塔上循环使用，再生塔塔顶酸气经冷却后，酸气送至硫磺回收装置。

1.4 模拟流程的计算

流程模拟主要是将原料气中H2S从5.9 g/m3降低至20 mg/m3以下，CO2含量降低至3%以下。将模拟参数与实际运行参数进行比对，找出目前装置上可以采取的优化运行方法，从而达到节能降耗的目的。

1.5 模拟结果分析

Hysys模拟主要物流的模拟计算结果见表1。

表1 主要物流模拟计算结果/%

为保证产品气中的H2S含量、CO2含量分别不高于20 mg/m3和3%，将MDEA溶液的循环量控制在24 m3/h，H2S含量为0，CO2含量为0.015 7%，即可以满足天然气指标要求，计算结果与实际运行参数对比见表2。

表2 实际运行参数和模拟计算结果对比

结合表2中的数据，进行模拟结果与实际运行结果的对比可知:

（1）模拟流程中，在贫液循环总量相同的情况下，吸收塔8层贫液流量比实际运行流量多1 m3，吸收塔12层贫液流量比实际运行流量少1 m3，因此在保证产品气达标的前提下，可以调整进入8层的贫液循环量，改善选吸效果，提高酸气中的H2S浓度，从而保证硫磺回收单元主燃烧炉温度，为保证硫收率提供保障。

（2）模拟计算的贫富液换热器换热效果比实际换热器换热效果要好，有效的保证了贫液温度，提高吸收效果，因此要加强换热器的清洗工作，提高换热效果。

（3）在保证产品气达标的前提下，可以适当降低贫液循环量，从而降低再生负荷，降低电能和蒸汽消耗量。

2 结论

（1）在保证产品气达标的前提下，适当调整贫液入塔层数和溶液循环量，保证脱硫效果的同时降低CO2共吸率，降低再生能耗。

（2）加强换热器的清洗，定期对换热器管束进行清洗，保证换热效果，提高能源利用效率。

［1］龙增兵.高含硫天然气脱硫工艺方案选择及模拟评价［J］.化工技术与开发.2007.12，36（12）:27-36.

［2］汪瑾.天然气脱硫装置的系统模拟与优化.［J］化学工程，2013.1，41（1）:74-78.

［3］李奇等.基于HYSYS和GA的天然气净化装置用能优化［J］.天然气工业，2011.9，31（9）:103-105.

［4］王正权，王瑶，高超，等.天然气脱硫装置适应性模拟计算［J］.石油与天然气化工，2010，39（3）:204-209.

［5］邱奎.高含硫天然气脱硫操作条件对能耗影响的模拟研究［J］.石油学报.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

程晓明，男，工程师，硕士，2010年毕业于西南石油大学化学工程专业，现从事天然气净化技术管理工作。