采用不同胺液从天然气中脱除酸性气体的能量优化

由于锅炉和电力用户使用化石燃料的能源供应成本较高,增加CO2排放,从而导致全球变暖,需降低工业工厂的能耗。在过去10年中,尽管拥有大量天然气资源,伊朗一直在努力解决冬季国内和工业天然气供应不足的问题。通过改变现有溶剂进行工艺改造是降低烃加工厂能耗最经济的方法之一。

伊朗南帕尔斯天然气联合装置已有44台相同的酸性气脱除装置正在运行,其进料组成相同。装置以45.5%(w)的甲基二乙醇胺(MDEA)溶液为运行介质,针对CO2和H2S的酸性气脱除,结合吸收塔和再生塔的实际特点及气、液两相流的运行工况,采用Aspen Plus软件对气体脱硫醇装置进行了基于速率的建模,模拟采用电解质非随机双液体(E-NRTL)活度模型和Peng-Robinson状态方程。

用工厂运行数据对模型进行验证后,拟将现有胺液替换为5种质量分数相同的胺液,包括1种单一胺液和4种混合胺液,从出口酸气含量、处理后闪蒸气中H2S含量、所需总功率、再沸器供电、再生热负荷等方面选择最高效的替代方案。

模拟结果表明,H2S在塔顶被快速吸收,而CO2则沿吸收塔从气相脱除至MDEA和混合溶液中,DEA溶液在塔底被脱除。与其他建议的吸收剂相比,1.5%(w)环丁砜+44%(w)MDEA(Sulfinol-M)的混合胺溶液为最佳选择,具有对H2S的选择性高于CO2、低温膨胀、H2S负荷和出口净化气流量最大的优点。同时,所需的总功率、再沸器电耗和再生热负荷分别降低了21.19%、21.26%和23.54%。

采用Sulfinol M溶液,通过灵敏度分析和使用遗传算法对装置操作条件进行了优化,以达到3个约束条件及所需总功率最小的目标,确保胺液温度、胺液流量和气体温度3个独立参数取值的可靠性。结果表明:上述参数的最佳范围或取值为:胺液温度47～50 ℃、胺液流量220～240 t/h、气体温度34 ℃。

温冬云 摘自Process Safety and Environmental Protection,Vol 177, September 2023