天然气MDEA吸收法脱碳能力提升分析

赵杰瑛

摘 要：论文以中海油东方终端一期脱碳系统为例，分析针对系统原料气--天然气在气量及CO2含量变化较大的情况下，通过实际模拟各种工况测试脱碳能力的变化，在常规影响脱碳能力的因素无法满足需要情况下，通过采用MDEA溶液改良、设备升级等措施分析可行性，给予现场采取合适的措施提供参考，特别是对已经运行多年的MDEA吸收法脱碳系统能力提升有非常好的借鉴作用。

关键词：脱碳能力；MDEA；CO2；胺液；填料

中图分类号：TE644 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）04-0138-02

天然气脱碳系统作为天然气处理关键装备，是确保销售天然气CO2组分满足要求的保障。东方终

端一期脱碳系统随着上游气田产量及组分的变化需要脱碳能力有较大提升，特别是2018年至2021年期间东方一期脱碳系统无法满足销售天然气组分要求，为了挖掘脱碳系统潜力，通过模拟各种工况测试了脱碳系统最大的处理能力与设计对标，分析各项影响脱碳能力因素与实际差异，同时通过专业软件的计算，对运行多年的脱碳系统按照生产的需要进行脱碳能力提升分析。

1 东方一期脱碳系统设计能力

（1）天然气处理量：10万方/小时，年处理能力天然气8亿方（按照年运行330天计算）；（2）脱除的CO2的量：1.85万方/小时；（3）进装置天然气组分（见表1）；（4）产品要求：出装置天然气CO2含量小于1.5%，天然气水露点小于0℃，烃露点低于5℃。

2 东方一期脱碳能力实际测试

通过调整一期脱碳系统的进气量，监测原料气与净化气的组分，测试脱碳系统的各种工况下的脱碳能力。

2.1 测试结果与分析

根据表2和图1的数据可以看出，随着一期进气量的上升，一期脱除CO2的量也急剧上升，随后CO2脱除量有轻微上升趋势，最终稳定在1.9万方/时左右，说明已经达到CO2脱除极限，这个数据也说明一期脱碳能力满足设计处理量10万方/时，处理CO2含量20%，出装置天然气CO2含量小于1.5%的要求。

2.2 各项参数对标

从表3可以看出，一期脱碳系统的溶液进塔温度、贫液再生温度、溶液浓度、活化剂浓度、循环量均达到设计参数和最优参数，系统的脱碳能力也达到设计要求。

从测试结果看到，当系统二氧化碳的脱除能力达到1.85万方/时的时候，一期再生塔的二氧化碳放空阀以及处于100%的开度，再生塔的压力开始逐渐上升，最终稳定在48Kpa，该放空量刚好和原设计参数吻合。

3 东方一期2018年至2021年工况变化情况

根据油藏提供的数据，预计2018年到2021年东方一期脱碳系统进气（如表4）气量及组分预测表，因此该数据作为系统脱碳能力设计的基础参数数据。

通过表5可以看到，在未来几年天然气量会大幅度降低到设计的一半，但CO2含量升高到设计的一倍左右。

通过计算可以看到从2018年开始，脱碳能力需要从设计1.85万方/小时增加到2.20万方/小时以上，因此东方一期脱碳能力需要提高0.35万方/小时以上，即原设计脱碳能力需要提高20%才能满足外输销售组分的要求。

4 东方一期脱碳能力提升措施

根据影响MDEA系统脱碳能力的影响因素分析，目前进吸收塔的温度、贫液再生效果、MDEA浓度、活化剂浓度、二氧化碳分压五个因素基本都达到最佳效果没有提升的空间。

对于已经运行多年的系统，最好的方案就是以现有溶液为基础，通过添加活化剂与溶剂，将现循环胺液改良调整为新溶剂配方，并可同步优化设计并变更塔内件由散堆填料更换为规整填料。通过查阅资料明确规整填料的效率对比散堆填料高约20%以上。通过这两种措施以达到净化气达标、节能降耗、投资最省且不存在原循环胺液报废处理损失。

根据脱碳系统的进气变化，江苏太湖新材料控股有限公司用专业软件进行模拟系统运行工况。随着气量的变化，更换胺液配方可以满足脱碳小于1.5%的要求，但是2019年气量相对目前工况变化较大，2019年理论计算有不达标的风险。经过更换为规整高效填料以后，采用二级槽式分布器，可以大大强化吸收传质效果，同时再生塔效率高，节能明显。通过表6模拟可以看到脱碳以后CO2含量只有1.32%，小于设计1.5%。表7模拟泛点率，全面满足设计要求，虽然模拟吸收塔虽然泛点率较低，考虑填料和内件影响以后，不但可以节能，同时吸收效果更好，该填料和内件在5-120万方LNG使用过，效果显著。表8显示通过改造脱碳系统节能效果明显。

通过实际测试与设计對标，目前脱碳系统达到了设计要求，并且影响脱碳提升的操作参数因素都达到最佳，因此传统方法不能满足提升的要求。通过专业软件分析通过添加化剂与溶剂，将现循环胺液改良调整为新溶剂配方，同时更换塔内散堆填料为规整填料的方法可以解决东方一期脱碳装置脱碳能力提升20%的要求，满足东方脱碳系统2018年至2021年气量及CO2变化的要求，且投资小改造少，对正常运行的系统改造周期也短，是综合性价比比较高的一个方案。