天然氣脫硫裝置低負(fù)荷運(yùn)行工藝模擬與優(yōu)化

程曉明，楊 艷，李 林

（重慶天然氣凈化總廠，重慶401220）

天然氣脫硫裝置低負(fù)荷運(yùn)行工藝模擬與優(yōu)化

程曉明，楊 艷，李 林

（重慶天然氣凈化總廠，重慶401220）

文中利用Aspen Hysys軟件對(duì)該脫硫裝置進(jìn)行了全流程模擬，將實(shí)際運(yùn)行參數(shù)與模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，從中找出優(yōu)化裝置運(yùn)行的方案。通過(guò)模擬發(fā)現(xiàn)調(diào)整貧液入塔層數(shù)及循環(huán)量、加強(qiáng)換熱器清洗等操作對(duì)裝置節(jié)能降耗、優(yōu)化運(yùn)行均產(chǎn)生一定的影響。

天然氣脫硫；低負(fù)荷；模擬；優(yōu)化

苯脫硫裝置原料氣處理量210×104m3/d，原料氣H2S濃度4～6 g/m3，CO2濃度35.24～40.29 g/m3。隨著原料氣處理量的下降，裝置長(zhǎng)期處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，部分操作參數(shù)偏離設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)，裝置的單耗也會(huì)增加，對(duì)脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行造成影響［1，2］。

1 流程模擬

Aspen Hysys軟件是針對(duì)油氣加工模擬的系統(tǒng)軟件，分動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)2部分。其動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)主要用于油田地面工程建設(shè)設(shè)計(jì)和石油石化煉油工程設(shè)計(jì)計(jì)算分析［3］。對(duì)于油田地面建設(shè)該軟件可以解決各種集輸流程的設(shè)計(jì)、評(píng)估及方案優(yōu)化、站內(nèi)管網(wǎng)、長(zhǎng)輸管線及泵站、管道停輸?shù)臏亟?、收發(fā)清管球及段塞流的預(yù)測(cè)、油氣分離、油、氣、水三相分離、油氣分離器的設(shè)計(jì)計(jì)算、天然氣水化物的預(yù)測(cè)、油氣的相圖繪制及預(yù)測(cè)油氣的反析點(diǎn)、原油脫水、原油穩(wěn)定裝置設(shè)計(jì)、優(yōu)化天然氣脫水（甘醇或分子篩）、脫硫裝置設(shè)計(jì)與優(yōu)化、優(yōu)化天然氣輕烴回收裝置設(shè)計(jì)、優(yōu)化、泵、壓縮機(jī)的選型和計(jì)算［4］。

1.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

該天然氣脫硫裝置采用CT8-5吸收天然氣中的H2S和CO2，CT8-5的主要成分是甲基二乙醇胺（MDEA），目前的實(shí)際處理量為210×104m3/d，原料氣進(jìn)口壓力為4.1 MPa，溫度為25℃，產(chǎn)品氣質(zhì)量符合天然氣技術(shù)指標(biāo)GB17820-2012國(guó)家二類(lèi)氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，即H2S≤20 mg/m3，CO2≤3%。

1.2 熱力學(xué)模型的選擇

對(duì)于天然氣脫硫裝置模擬采用Amine Pkg進(jìn)行熱力學(xué)模擬計(jì)算［5］，該模型適用于氣液相的溶解平衡計(jì)算。

1.3 模擬流程的建立

原料氣經(jīng)過(guò)重力分離器，除去游離水和機(jī)械雜質(zhì)后，進(jìn)入吸收塔，與自上而下流動(dòng)的貧胺液逆流接觸，大部分H2S和CO2被貧胺液吸收。從吸收塔出來(lái)的濕凈化氣輸送至脫水單元，從吸收塔底部出來(lái)的富胺液降壓閃蒸后，經(jīng)貧富液換熱器后進(jìn)入富胺液再生塔，解析出溶液中的H2S和CO2后，貧胺液自再生塔底部流出，經(jīng)過(guò)貧富液換熱器，進(jìn)入貧液冷卻器，然后由溶液循環(huán)泵將貧胺液打入吸收塔上循環(huán)使用，再生塔塔頂酸氣經(jīng)冷卻后，酸氣送至硫磺回收裝置。

1.4 模擬流程的計(jì)算

流程模擬主要是將原料氣中H2S從5.9 g/m3降低至20 mg/m3以下，CO2含量降低至3%以下。將模擬參數(shù)與實(shí)際運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，找出目前裝置上可以采取的優(yōu)化運(yùn)行方法，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

1.5 模擬結(jié)果分析

Hysys模擬主要物流的模擬計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 主要物流模擬計(jì)算結(jié)果/%

為保證產(chǎn)品氣中的H2S含量、CO2含量分別不高于20 mg/m3和3%，將MDEA溶液的循環(huán)量控制在24 m3/h，H2S含量為0，CO2含量為0.015 7%，即可以滿足天然氣指標(biāo)要求，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 實(shí)際運(yùn)行參數(shù)和模擬計(jì)算結(jié)果對(duì)比

結(jié)合表2中的數(shù)據(jù)，進(jìn)行模擬結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行結(jié)果的對(duì)比可知:

（1）模擬流程中，在貧液循環(huán)總量相同的情況下，吸收塔8層貧液流量比實(shí)際運(yùn)行流量多1 m3，吸收塔12層貧液流量比實(shí)際運(yùn)行流量少1 m3，因此在保證產(chǎn)品氣達(dá)標(biāo)的前提下，可以調(diào)整進(jìn)入8層的貧液循環(huán)量，改善選吸效果，提高酸氣中的H2S濃度，從而保證硫磺回收單元主燃燒爐溫度，為保證硫收率提供保障。

（2）模擬計(jì)算的貧富液換熱器換熱效果比實(shí)際換熱器換熱效果要好，有效的保證了貧液溫度，提高吸收效果，因此要加強(qiáng)換熱器的清洗工作，提高換熱效果。

（3）在保證產(chǎn)品氣達(dá)標(biāo)的前提下，可以適當(dāng)降低貧液循環(huán)量，從而降低再生負(fù)荷，降低電能和蒸汽消耗量。

2 結(jié)論

（1）在保證產(chǎn)品氣達(dá)標(biāo)的前提下，適當(dāng)調(diào)整貧液入塔層數(shù)和溶液循環(huán)量，保證脫硫效果的同時(shí)降低CO2共吸率，降低再生能耗。

（2）加強(qiáng)換熱器的清洗，定期對(duì)換熱器管束進(jìn)行清洗，保證換熱效果，提高能源利用效率。

［1］龍?jiān)霰?高含硫天然氣脫硫工藝方案選擇及模擬評(píng)價(jià)［J］.化工技術(shù)與開(kāi)發(fā).2007.12，36（12）:27-36.

［2］汪瑾.天然氣脫硫裝置的系統(tǒng)模擬與優(yōu)化.［J］化學(xué)工程，2013.1，41（1）:74-78.

［3］李奇等.基于HYSYS和GA的天然氣凈化裝置用能優(yōu)化［J］.天然氣工業(yè)，2011.9，31（9）:103-105.

［4］王正權(quán)，王瑤，高超，等.天然氣脫硫裝置適應(yīng)性模擬計(jì)算［J］.石油與天然氣化工，2010，39（3）:204-209.

［5］邱奎.高含硫天然氣脫硫操作條件對(duì)能耗影響的模擬研究［J］.石油學(xué)報(bào).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

程曉明，男，工程師，碩士，2010年畢業(yè)于西南石油大學(xué)化學(xué)工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事天然氣凈化技術(shù)管理工作。