天然气净化设备耗能与节能改造研究

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摘 要：能源短缺是我国国民经济持续快速健康发展的一个长期性制约因素，节能降耗是提高经济增长质量和效益的一条十分重要的途径。高硫天然气净化由于H2S含量高，导致溶液循环量大，工艺流程长，公用工程消耗量大和能耗高等问题。本论文首先对天然气净化装置进行用能分析，找出系统用能不合理的地方，并分析了节能潜力，提出节能改造方法。

关键词：高硫天然气；节能；脱硫装置

在天然气净化工作中的开展节能措施工作，能够有效的降低能源消耗和生产成本，是天然气企业生产工作中的重中之重，而在天然气净化工程中脱硫单元的能耗占到整个生产过程中能耗的90%以上，所以做好脱硫装置的节能降耗工作对整体节能降耗工作有着非常重要的意义。

一、脱硫工艺

与其它脱硫方法相比，甲基二乙醇胺（MDEA）脱硫法具有选择性好、解吸温度低、能耗低、腐蚀性弱、溶剂蒸汽压低、气相损失小、溶剂稳定性好等优点，是目前天然气工业中普遍采用的脱硫方法。

醇胺脱硫法是一种典型的吸收一再生反应过程，反应机理为：溶于水的H2S和CO2。具有微酸性，与胺（弱碱性）发生反应，生成在高温中会分解的盐类。在高温下胺盐分解成H2S和甲基二乙醇胺，使MDEA得以再生，循环使用。

MDEA法脱硫工艺原料天然气在约20℃、4--7MPa条件下进入脱硫装置，在塔内 40--50℃、4--7MPa的低温高压条件下进行脱硫脱碳反应；吸收了酸气的富胺液（40--50℃、4--6MPa）从吸收塔底部抽出，经液位控制后压力降至约0.6MPa进入闪蒸罐；经液位控制从闪蒸罐底部抽出的富液经贫/富液换热器与从再生塔底来的贫液换热，温度升至约90℃后进入再生塔。再生塔顶酸气出口含有大量的潜在热能，温度为100--110℃，其中水蒸气含量约为70%。典型MDEA脱硫工艺使用风冷、水冷将其冷却至约40℃，冷却后酸气送至硫磺回收装置，液体部分回流至再生塔顶进行循环。在此过程中，水蒸汽的潜热不仅没有被有效回收利用，而且消耗了电能及大量循环冷却水。

二、板式换热器在脱硫单元中应用

在天然气净化装置中，主要设备除吸收塔、再生塔外，贫富液换热设备也是保证脱硫工艺正常进行的重要环节。经液位控制从闪蒸罐底部抽出的富液经贫/富液换热器与从再生塔底来的120--130℃贫液换热，温度升至约90℃后进入再生塔。

在典型工艺流程中，所有换热器均采用管壳式换热器或蛇管换热器，由于其传热系数较低，故各换热器的换热面积相对较大，因而装置占地面积较大。若能以传热效率高的换热器取代传统的低效换热器，无论是从投资角度还是从能耗角度考虑，对天然气净化装置都十分有利。由于板式换热器的散热量极少，热效率通常在90%以上，反映不出有太多的能量损失。高效板式换热器替代在役套管换热器是一种较为经济、合理的优化方案。

三、节能改造措施

（一）改进先进工艺

应根据天然气的组成、压力和对产品气质量的要求，选用能耗低、经济效益好的脱硫工艺方法。采用溶剂吸收法脱硫时，宜选用溶液酸气负荷高的溶剂，以降低溶液循环量。对含二氧化碳与硫化氢比例高的原料气，在二氧化碳含量已符合产品气要求时，宜选用对硫化氢具有选择性的溶剂，如甲基二乙醇胺（MDEA）及配方溶液。溶液循环量少，则贫胺液增压的电力消耗、冷却贫胺液耗用的循环冷却水量及再生胺液的蒸气消耗量均较低。酸气量少，酸气浓度高，硫磺回收装置过程气量少，过程气再热等过程能耗低。进入尾气处理装置的尾气量少，则尾气处理装置在线炉加热消耗的燃料气小，溶液循环量小，溶液循环泵消耗的电能低。

适当降低硫磺回收装置的配风量，提高硫磺回收装置出口尾气中还原气量，确保尾气中的还原气量能满足尾气处理装置加氢反应的需要，在线炉仅起进加氢反应器前尾气的再热作用，燃料气采用等当量燃烧，减少尾气处理装置在线炉的燃料气消耗。根据全厂蒸气量的平衡，中压、低压蒸气宜实现梯级利用，合理利用装置自产蒸气，溶液循环泵、主风机、中压锅炉给水泵、循环水泵宜采用背压式气轮机驱动。汽轮机排出的背压蒸气经减温后进入低压蒸气系统，向重沸器及其他需热点供热，将大大节约电量。

（二）选用先进设备。

脱硫装置的贫/富液换热器采用板式换热器，大大提高了热量回收率，减少了循环冷却水用量和富液再生蒸气耗量，降低了工厂能耗；蒸气凝结水回收采用凝结水回收器，提高凝结水回收压力，减少凝结水二次蒸发损失，提高了回收率。选用效率高的锅炉，热效率可达90%。

（三）回收可利用能源

将脱硫装置和脱水装置的闪蒸气回收用作燃料气，以降低燃料气消耗；甘醇吸收法脱水工艺中，若汽提气用量较大，应根据将含水汽提气回收利用；脱水装置在贫液循环泵前设置贫/富液换热器，有效地回收了部分热量，减少了贫液冷却的循环冷却水用量和富液再生的燃料气耗量，降低了工厂能耗；根据尾气焚烧炉出口尾气量大、温度高、可回收热量大的实际情况，将该热量回收产生过热蒸气供装置使用；将酸水汽提后的汽提水用作循环水装置的补充水，减少新鲜水用量，降低取水及水处理系统规模，降低能耗。

四、结束语

高含硫天然气净化因H2S含量高，溶液循环量大，公用工程负荷大，需要的能量大，同时，因酸气量大，硫磺回收装置工艺过程将产生大量可回收利用的热能，节能的潜力巨大。优化工艺方案，尽量回收能量，合理利用热量，将大大降低工厂能耗，提高工厂经济效益是非常明显的。

参考文献：

[1]王天明，邵拥军，王春燕，谢刚. 中小型液化天然气装置净化和液化工艺研究[J].石油与天然气化工，2007.

[2]]刘磊.LNG装置中天然气深度净化处理技术研究[D].哈尔滨工业大学，2010.