胺液再生裝置貧液指標(biāo)對能耗的影響

汪青漢（安徽實華工程技術(shù)股份有限公司， 安徽 合肥 230091）

胺液再生裝置貧液指標(biāo)對能耗的影響

汪青漢（安徽實華工程技術(shù)股份有限公司， 安徽 合肥 230091）

胺液再生裝置廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)，其主要原理是將富胺液經(jīng)過閃蒸、換熱后進(jìn)入再生塔，在再生塔內(nèi)H2S的胺液受熱解吸出酸性氣，胺液得到再生。本文先利用Aspen Plus軟件中的RadFrac模塊對此過程進(jìn)行模擬，以再沸器熱負(fù)荷為變量（Vary），通過設(shè)計規(guī)定（Design Specs）規(guī)定塔底產(chǎn)品貧胺液中H2S中的含量不大于1.09g/L和4.17g/L，運行得到再生的理論能耗，將兩組工況進(jìn)行能耗對比。再結(jié)合兩組工況下相近規(guī)模的胺液再生裝置的實際綜合能耗，得出實際綜合能耗的對比，以此為裝置生產(chǎn)節(jié)能降耗提供數(shù)據(jù)參考。

RadFrac模塊；胺液再生；模擬；綜合能耗

0 前言

胺液簡稱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。

胺液再生是將吸收了H2S、CO2的胺液在再生塔內(nèi)用重沸器加熱，受熱后的胺鹽解吸出酸性氣、CO2。

RadFrac模塊是Aspen Plus軟件中一個用于模擬多級氣-液精餾操作的模型，既可用于設(shè)計，也可用于核算，是最常用的一個模型［1］。

本文利用RadFrac模塊對胺液再生塔進(jìn)行模擬，目標(biāo)是通過調(diào)整相關(guān)參數(shù)使得貧胺液中H2S指標(biāo)分別在1.09g/L和4.17g/L工況下的理論能耗。

再根據(jù)山東某地?zé)?60t/h胺液再生裝置（貧胺液H2S指標(biāo)為1.09g/L）和安慶石化220t/h溶劑再生裝置（貧胺液H2S指標(biāo)為1.09g/L）的綜合能耗，將理論能耗的能耗比和綜合能耗的能耗比進(jìn)行對比分析。為我們的裝置生產(chǎn)節(jié)能降耗找到參考數(shù)據(jù)。

1 模擬模型的建立

1.1 建立模型

本文流程見圖1：富胺液換熱至95℃后進(jìn)入再生塔，塔頂氣體出料冷卻至50℃后由氣液分液罐分成酸性氣和塔頂回流液。酸性氣出裝置，塔頂回流液由泵打入再生塔頂，塔底即獲得貧胺液，貧胺液經(jīng)配置后重復(fù)使用。

圖1　胺液再生模型示意圖

1.2 物性方法的選擇

物性方法的選擇是決定模擬過程的精確度和準(zhǔn)確性的關(guān)鍵步驟。用戶在進(jìn)行選擇時可以根據(jù)物系特點和操作溫度、壓力進(jìn)行選擇，本文中N-甲基二乙醇胺（MDEA）、H2S等主要物質(zhì)均為電解質(zhì)，因此物性方法選擇ENRTL（常見化工系統(tǒng)推薦使用的物性方法詳見Aspen plus幫助系統(tǒng)）。

1.3 進(jìn)料物流工況

全局信息、組分信息、進(jìn)料條件等見表1、表2，這里不贅述。表1、表2為進(jìn)料物流工況1詳情、工況2詳情，其中富胺液H2S含量為19.21g/L。

表1 工況1，山東某地?zé)?60t/h胺液再生裝置富液進(jìn)料259600kg/h）

表2 工況2，安慶石化220t/h溶劑再生裝置（富液進(jìn)料220000kg/h）

1.4 輸入模塊參數(shù)及設(shè)計規(guī)定

1.4.1主要操作條件

胺液再生是一個成熟的工藝過程［2］，根據(jù)以往項目及相關(guān)文獻(xiàn)［3］［4］、經(jīng)驗：

實際塔板數(shù)（提供了板效率數(shù)據(jù)）　 25塊（不含再沸器）FEED溫度　　　　　　　　　　 95℃塔頂回流溫度　　　　　　　　　 50℃塔頂壓力　　　　　　　　　　　 0.1MPa（g）塔壓降　　　　　　　　　　　　 0.02MPa塔頂分液罐壓力　　　　　　　　 0.07MPa（g）加料板位置第4塊板

1.4.2 設(shè)計規(guī)定

由精餾原理可知，本文中要使塔底貧胺液中H2S達(dá)到指標(biāo)要求，可通過調(diào)節(jié)塔底再沸器熱負(fù)荷，增大回流量來實現(xiàn)。在Aspen Plus中可使用Design Specs/Vary功能。指定目標(biāo)函數(shù)（Design Specs）為塔底物流W中H2S質(zhì)量與W體積流量的比值不大于1，單位為kg/m3，即g/L。指定變量（Vary）為再沸器熱負(fù)荷，并規(guī)定變化區(qū)間。

1.4.3 數(shù)據(jù)包獲得

再生塔中存在化學(xué)反應(yīng)，需提供相關(guān)平衡常數(shù)及動力學(xué)參數(shù)，本次模擬通過導(dǎo)入Aspen Plus軟件自帶的數(shù)據(jù)包KEMDEA獲得各數(shù)據(jù)。

2 理論運行結(jié)果

（1）工況1運行結(jié)果可知解吸的H2S幾乎全部以酸性氣形式送出裝置，塔底貧胺液中H2S含量為1.09g/L，滿足指標(biāo)要求，此時再沸器熱負(fù)荷約為19000kW。

（2）工況3運行結(jié)果 可知解吸的H2S幾乎全部以酸性氣形式送出裝置，塔底貧胺液中H2S含量為4.17g/L，滿足指標(biāo)要求，此時再沸器熱負(fù)荷約為9398kW。

（3）理論能耗

①工況1的計算處理能力為259600kg/h，貧胺液指標(biāo)為1.09g/L，再沸器熱負(fù)荷約為19000kW。

取標(biāo)定時間為1h，得到每1kg貧胺液，再生塔的理論負(fù)荷為：

19000kW/259600kg =73.19W/kg

②工況2的計算處理能力為220000kg/h，貧胺液指標(biāo)為4.17g/L，再沸器熱負(fù)荷約為9389kW。

取標(biāo)定時間為1h，得到每1kg貧胺液，再生塔的理論負(fù)荷為：

9389kW/220000kg =42.68W/kg

③理論能耗對比

兩種工況下，每1kg貧胺液再生所需要的理論能耗比為：

因標(biāo)定時間為1小時，故再生塔的理論負(fù)荷比等于理論能耗比。

3 實際計算結(jié)果

3.1 胺液再生裝置流程示意圖（見圖2）

圖2 胺液再生裝置流程示意

3.2 實際綜合能耗［5］

（1）工況1，山東某地?zé)?60t/h胺液再生裝置（貧胺液中H2S指標(biāo)為1.09g/L）裝置綜合能耗見表3。

由表3可知，260t/h胺液再生裝置（貧胺液中H2S指標(biāo)為1.09g/L）能耗為77020.64×104MJ/a。

取標(biāo)定時間為1h，得到每1kg貧胺液，胺液再生裝置平均綜合能耗為：

（2）工況2，安慶石化220t/h溶劑再生裝置（貧胺液中H2S指標(biāo)為，4.17g/L），見表4。

由表4可知，260t/h胺液再生裝置（貧胺液中H2S指標(biāo)為4.17g/L）能耗為35395.15×104MJ/a。

取標(biāo)定時間為1h，得到每1kg貧胺液，胺液再生裝置平均綜合能耗為：

表3　260t/h胺液再生裝置綜合能耗（富液進(jìn)料259600kg/h）

表4　220t/h胺液再生裝置綜合能耗（富液進(jìn)料220000kg/h）

3.2 實際綜合能耗對比

在貧胺液指標(biāo)為1.09g/L和4.17g/L的工況下，每1kg貧胺液再生所需要的實際綜合能耗對比：

4 結(jié)論

4.1 兩種工況能耗對比表

由上述2.3.3條和3.2條計算得出，260t/h胺液再生裝置和220t/h胺液再生裝置在貧胺液指標(biāo)分別為1.09g/L和4.17g/L的工況下，每1kg貧胺液再生所需要的理論能耗比為1.71。

相同工況下，每1kg貧胺液再生所需要的實際綜合能耗對比為1.84。

4.2 指導(dǎo)意義

由上表可見，貧胺液中H2S指標(biāo)對胺液再生裝置的能耗影響很大。

石油化工各生產(chǎn)裝置脫硫系統(tǒng)對貧胺液中H2S指標(biāo)要求各不相同，如硫磺回收裝置通常要求貧胺液中H2S指標(biāo)為1g/ L。加氫裝置僅僅是為了降低循環(huán)氫中H2S的濃度。其他裝置中干氣的H2S指標(biāo)一般為小于20ppmm即可，因此貧胺液中H2S指標(biāo)5g/L就能滿足生產(chǎn)要求。

從企業(yè)運行成本的角度考慮，硫磺回收裝置可獨立設(shè)置一套小規(guī)模的胺液再生裝置，其貧胺液H2S指標(biāo)為1g/L，其他裝置共用一套貧胺液H2S指標(biāo)為5g/L的胺液再生裝置，這樣能很好的降低能耗，降低生產(chǎn)成本。

［1］孫蘭義.化工流程模擬實訓(xùn)—Aspen Plus教程［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

［2］沈春紅，夏道宏. 國內(nèi)外脫硫技術(shù)進(jìn)展［J］. 石化技術(shù)，1999，01：46-49+55.

［3］黨玉坤.溶劑再生系統(tǒng)的流程模擬與優(yōu)化［J］. 能源化工，2015，06：48-51.

［4］汪優(yōu)華，孫學(xué)鋒. 溶劑再生裝置的流程模擬與優(yōu)化［J］. 中外能源. 2011（09）.

［5］GB/T 50441-2007.石油化工設(shè)計能耗計算標(biāo)準(zhǔn)［S］.