醇胺法脱酸气模拟分析及节能优化研究

2016-11-12册张威张伟文付思强安

天然气技术与经济 2016年5期

关键词：脱酸负荷量吸收塔

韩册张威张伟文付思强安旭

（1.东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆 163318；

2.中国石油大庆油田有限责任公司第二采油厂，黑龙江大庆 163000）

醇胺法脱酸气模拟分析及节能优化研究

韩册1张威1张伟文1付思强2安旭2

（1.东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆 163318；

2.中国石油大庆油田有限责任公司第二采油厂，黑龙江大庆 163000）

从地层中开采出的页岩气通常含有大量的酸性气体，在集输过程中会腐蚀管线和设备，需在净化厂进行脱酸气处理。通过对页岩I区块应用HYSYS 8.4进行 DEA脱酸气工艺流程模拟计算，固定吸收塔和再生塔的塔板数，改变DEA溶液循环量和DEA质量分数来观察DEA溶液中酸气的负荷量和系统总能耗的变化规律。结果表明，减少DEA溶液循环量或DEA质量分数可增加酸气负荷量，并大幅降低系统总能耗。此外，通过对该区块脱酸气工艺流程参数的优化，使酸气负荷量增加了5.9%，系统总能耗降低了10.6%，从而减少了生产和运行费用。

页岩气脱酸气处理 HYSYS模拟 DEA溶液循环量 DEA质量分数

0 引言

工业中常用的脱酸气工艺法有醇胺法、砜胺法、物理吸收法和直接氧化法等。其中，醇胺法是目前使用最为广泛的脱酸气工艺，吸收剂包括一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、甲基二乙醇胺（MDEA）和二异丙醇胺（DIPA）等。该方法是利用胺液的弱碱性与酸性组分进行化学反应，从而降低酸气含量。笔者现利用 HYSYS 8.4建立吸收剂为DEA的脱酸气工艺流程并进行模拟计算，通过改变DEA溶液循环量和DEA质量分数，综合对比分析溶液中酸气负荷量以及系统的总能耗，为进一步高效节能地开发页岩气提供理论依据。

1 建立DEA脱酸气工艺流程模拟

某页岩I区块气体组分见表1，可知该区块天然气中H2S体积分数为1.174%，含量达到17.84 g/m3。我国II类天然气质量标准规定，硫化氢含量应低于20 mg/m3。

已知来气温度为35℃，压力为6.9 MPa，日处理量为450×104m3。根据页岩气I区块的气体条件，利用HYSYS 8.4软件建立DEA脱酸气工艺流程［1］，如图1所示。该流程可分为DEA溶液高压吸收酸气和低压循环再生两部分。原料气中的固液杂质等经分离器涤气后进入吸收塔。吸收塔内由下而上的酸性气体与由上而下逆流的DEA贫液接触发生化学反应形成胺盐，“甜气”由吸收塔顶部流出。吸收大量酸性气体的DEA富液由吸收塔底部流出，经节流降压后进入闪蒸罐，闪蒸出吸收的烃类气体和微量酸气。经贫/富胺液换热器，DEA富液升温后注入再生塔解析出酸气，由再生塔顶部流出，进入下一步处理回收。DEA贫液再生后，由再生塔底部流出，经换热、冷却、增压处理，重新注入吸收塔顶部，形成DEA脱酸气工艺的循环流程［2-3］。

表1 气体组分表

图1DEA脱酸气工艺流程图

2 数值模拟与结果分析

2.1 优化指标与关键参数分析

在净化气满足我国II类天然气质量标准的基础上，由于DEA溶液质量分数可达30%～35%，CO2负荷量可达0.45 mol/mol，H2S负荷量可达0.3 mol/mol，使溶液的循环量减少，投资和操作费用降低，则DEA溶液中酸气负荷量是节能优化的一个重要指标。此外，流程中耗能单位主要包括贫/富胺液换热器、重沸器、循环泵。本着“低能耗、低污染、低排放”的低碳经济原则，系统总能耗则是另一个节能优化的重要指标。

DEA脱酸气工艺中，影响脱酸效果的关键参数包括DEA溶液循环量、DEA质量分数、吸收塔和再生塔的塔板数。笔者将吸收塔和再生塔的塔板数固定（其中吸收塔20个，再生塔18个），主要通过改变DEA溶液的循环量和DEA质量分数，综合分析DEA溶液中酸气负荷量与系统总能耗的变化［4-5］。

2.2 DEA溶液循环量的优化

在模拟分析中，当DEA质量分数和塔板数固定时，通过改变DEA溶液循环量，观察DEA溶液中酸气负荷量和系统总能耗的变化规律，见图2。

从图2中可以看出，DEA溶液中酸气负荷量随着DEA溶液循环量的增加而逐渐降低，且系统总能耗大幅度升高。当DEA溶液循环量每增加20 m3/h，酸气负荷量平均降低3.08%，系统总能耗增加6.46%。在满足净化气气质要求的前提下，尽量达到DEA溶液的最大酸气负荷量，选取最优的DEA溶液循环量，从而使循环再生部分的能耗降低。

图2 不同DEA溶液循环量对应的酸气负荷量与总能耗图

2.3 DEA质量分数的优化

同理，当DEA溶液循环量和塔板数固定时，通过改变DEA的质量分数，观察DEA溶液中酸气负荷量和系统总能耗的变化规律，见图3。

从图3中可以看出，DEA溶液中酸气负荷量随着DEA质量分数的增加而逐渐降低，且系统总能耗逐渐升高。DEA质量分数每增加1%，酸气负荷量平均降低3.08%，系统总能耗增加0.2%。因此，在选取最优DEA质量分数时需综合考虑DEA质量分数对酸气负荷量和系统总能耗的影响。同时DEA质量分数会发生变化，需及时进行补充与修正。

图3 不同DEA质量分数对应的酸气负荷量与总能耗图

2.4 优化分析

现对页岩I区块DEA脱酸气工艺流程进行优化，优化前后参数与能耗对比结果见表2。从表中可以看出，优化后酸气负荷量增加了5.9%，并且系统总能耗降低了10.6%，从而降低了生产和运行费用。

表2 优化前后参数与能耗对比表

3 相关建议

DEA脱酸气溶液在运行中会发生溶液损失和变质。其中，溶液损失包括正常损失、非正常损失和降解损失［6］。为减少溶液损失和变质可采取以下措施：① 保证系统密闭性良好，防止空气的进入；② 根据观察到的DEA贫液颜色，对其品质进行判定，定期检验DEA溶液的浓度和pH值，为保持合适的浓度及时进行补充和修正；③ 保证补充水的品质，补充水应对氯化物、溶解盐总量、水硬度和钾钠铁离子质量分数等指标有严格规定。