浅析天然气净化中影响装置能耗工艺参数

彭小龙 王磊 王佳琦

摘  要：天然气净化装置，目的是使用装置脱除天然气中含有的CO2以及H2S。但是现有工艺净化的可调变量较小，需要针对装置中脱酸单元的各个环节，加强对天然气的处理，确定其耗能参数，分析实际影响的变化趋势。从而对天然气脱酸装置的能耗影响进行优化处理。研究的意义在于，满足技术指标的同时，严格控制装置能耗，从而为天然气净化能耗控制起到指导性作用。

关键词：天然气净化;装置耗能;工艺参数

引言：节能降耗成为当今社会发展的重要趋势，随着全球环境问题不断严峻。天然气净化属于高耗能行业，国内技术显然落后过国外一大截。优化节能净化工作，对于节能降耗而言有重要意义。根据天然气净化厂的净化装置，通过分析其运行产生的能耗变化，根据具体耗能信息，对装置加以改进。对现有生产运行参数分析，找出影响最为关键扥参数，保证装置能够稳定运行。

一、天然气净化装置概述

天然气装置中，分为脱硫、回收及尾气处理单元。其中燃料气与电能是消耗量最高的部分，装置耗能主要集中在脱硫再生、硫回收与尾气燃烧这几部分。根据分析获得的数据统计，天然气与电能各自占据总能耗比例的90.15%/9.84%。其中，锅炉消耗的能耗最大，主要是为天然气净化脱硫单元提供源源不断的热量;电能消耗是分布于净化厂的各个单元;其中，脱硫单元主要集中于MDEA溶液循环泵，硫磺回收则在主风机。为了保证天然气净化，并降低装置高耗能。需要针对现有运行装置和技术，采取有效的工艺措施，减少实际运行过程中，装置对能源的消耗量，从而最大程度提高能源利用效率，实现天然气净化低耗能发展。

（一）净化过程。根据天然气净化装置的年度运行指标，通过整理数据发现不同井场中的天然气，都是透不过干线运输到集配气总站，汇集后进行完整的分离与脱硫等环节处理。经过处理的天然气，能够脱除内部的杂质，与MDEA等溶液混合，脱除内部含有的CO2以及H2S。脱水单元使用的是TEG，能够脱除天然气含有的水分。将天然气出来后，脱硫后送入吸收塔，含硫氣体从吸收塔底部进入，将CO2以及H2S脱除，经过处理后的净化气体被送入脱水单元;此时，底部出来的MDEA富液降压后，能够在闪蒸塔中溶解出烃类气体，通过与贫液进行接触，从而脱除内部的气体，并将气体送入燃料气系统。经过过滤除杂等处理后，气体会从换热器进入装置进行二次蒸汽再生，从而有效析出CO2与H2S。经过空冷器处理后，再度循环送回吸收塔与闪蒸塔中[1]。

（二）净化运行参数。根据上述分析，知晓天然气净化过程中，需要将其内部最大的CO2以及H2S去除。其中天然气脱碳属于预处理工艺的关键步骤，能够有效脱除天然气中的二氧化碳，成为较为常用的脱碳方法。天然气装置操作弹性保持在80-120%之间，年开工天数约为335天。在满足天然气净化的条件下，需要对影响装置的不同耗能阶段进行具体分析。从而能获得冷凝器、再沸器等设备的实际能耗占比。根据其影响能耗参数以及吸收塔、胺液循环量中MDEA的比例，对现有净化工艺进行优化。为了保证优化质量，选择的目标都是基于完成净化的条件上，能够在实际净化生产中，对行业节能降耗提供一定指导。针对于吸收塔、节流阀等设备对可调变量的影响，列举再沸器、泵、冷凝器，作为能耗影响分析[2]。

二、净化装置能耗分析

（一）胺液配比对不同设备的能耗影响。根据天然气净化规律，明确生产工艺中混合胺液MDEA与其他混合液吸收再生性能加以探究[3]。通过对比实验，综合考虑装置的腐蚀程度，对比MDEA与其他溶液的腐蚀性。选取五种胺液对比，分析胺液的实际情况从而确定不同设备的耗能影响，从而选择最佳的配比保障装置低能耗运行。

在满足净化要求的影响下，根据表1所示，能够根据胺液配比对不同设备能耗影响进行探究，根据不同设备的实际耗能影响变化关系，分析设备的实际情况。根据分析得知，泵与冷凝器等设备都会跟随DEA的量减少，但是MDEA的量呈现增长趋势，并且变化不大。再沸器则处于DEA为下滑状态，能耗量直线下降，折合功耗在2.703*105kW。逐渐下降到16后趋于稳定。根据这一分析结果，DEA的耗能量能够控制在10-13%左右，可以选择质量分数分别为13/40%的混合胺液作为吸收剂，用于配比使用。

（二）贫胺液循环量对不同设备能耗的影响。在满足净化条件的需求下，对贫液循环量进行设定，初值设置为2000kmol/h，并按照不超出3700这一参数范围为目标，观察其变化。根据每一次100kmol/h的增长变化，对设备能耗情况加以分析。经过分析比对，能够发现泵与冷凝器随着循环量发生的变化并不大，但是再沸器与冷却器变化相对明显。并且当循环量从初始量变化到最高范围时，其设备变化的参数分别为4941.79kW/4847.76lW。在研究范围内，不同设备的耗能影响，经过试验对比能够发现，循环量对于再沸器和冷却器的影响校对较大。

（三）原料气入塔对不同设备的影响。满足天然气净化要求的同时，需要设定原料入塔的初始温度，并按照1°C为增长。观测初始值25°C至最高值40°C的变化。根据原料气入塔温度对不同设备的影响。从而确定其具体变化趋势，对能耗影响参数加以明确。根据分析结构，能够得知泵、冷凝器、再沸器，跟随原料入塔，温度变化后的反应并不大，循环冷却器能耗变化也仅仅是微弱的变化。根据能耗影响数据，设备产生的能耗几乎可以忽略不计。原料气入塔对于冷却器的影响也并不大，能耗仅达到895kW。

根据能耗变化值，对不同设备进行能耗影响分析。设定入塔温度的初值为5500kPa，设定不超出6000kPa的范围，对设备能耗情况加以分析。经过分析，设备随着原料入塔温度变化不大，并且原料入塔后对设备的影响相当小，几乎可以会略不计。

（四）再生塔回流对不同设备的影响。再生塔回流比初值为0.3，按照0.-0.8的范围研究，观测不同步设备的能耗情况，能够发现泵、冷凝器、再沸器变化并不大，几乎不会受到回流的影响。循环冷却器存在一定变化，但是影响并不大，同其他设备一样，几乎可以忽略不计。

（五）节流阀出口压力对不同设备的影响。根据节流阀设定初值，观测后判定设备的能耗影响情况。初值与变化范围在200-300kPa之间，按照10kPa增长;而按照50kPa增长，则需要将范围保持在300-600之间。根据节流阀出口压力对设备的能耗影响，能够发现处于300kPa的压力，在高达600kPa后，对于设备的能耗并不大。但是处于300kPa以下，设备能耗影响相对显著，同时跟随出口压力增加而增加。

经过研究，证明节流阀出口压力对再沸器与冷却器影响相对较大，根据影响变化值，能够看出固定范围内节流阀对设备的不同影响。并且，节流阀对冷凝器和泵的影响相对较弱，可以忽略不计。

三、净化装置工艺优化

基于不同设备在净化过程中，产生的能耗影响，需要采取更科学的方法降低能耗的实际消耗。根据原料气含量，选择吸收塔提高节能效果，并降低对二氧化碳的吸收率;或是采取半贫液方案，将再生塔中的气体送入吸收塔中，能够有效脱除天然气含有的硫化氢，保证脱硫环节，能够节约部分再沸蒸汽，满足节能降耗的需求。

结论：综上所述，对于天然气净化装置而言，不同胺液配比作为装置运行吸收剂时，对于再生塔的影响相对较大，导致设备能耗影响也相对较大。经过分析对比，需要控制好DEA的质量分数。并在确定胺液配比的情况下，根据循环量、入塔等混接，对不同设备能耗影响进行分析。获取实际数据验证冷凝器、再沸器等设备对不同环节操作的能耗消耗量。在优化过程中，加以合理控制。

参考文献：

[1]白聪.天然气净化中影响装置能耗工艺参数的分析[J].广州化工，2020，48（17）：112-115.

[2]井晓燕. 天然气净化系统能耗分析及其节能优化研究[D].西安石油大学，2019.

[3]刘柯宏.天然气脱硫装置的主要能耗分析及节能途径研究[J].化工设计通讯，2018，44（07）：97.