脱酸装置胺液循环系统节能工艺优化研究

黄启涛

摘 要：当前全球能源供应紧张的问题正不断加剧，贯彻落实节能减排基本国策是未来能源生产企业发展的重要准则。本文简要概述了液化天然气脱酸装置胺液循环系统工艺流程，从生产工艺、装置设备、能源输送距离、胺液质量、胺液种类五个方面分析了影响系统耗能的关键因素，并针对性提出了节能措施，希望为相关企业的节能优化提供借鉴。

关键词：天然气;脱酸装置;胺液循环系统;节能工艺

可持续发展战略的提出与实施，使得我国液化天然气产业得以迅猛发展，在生产过程中各个单元所耗电能均较大，其中净化单元的脱酸装置加热所需电能可达到179.09×

104kW·h左右，天然气能耗为409.6×104m3，在国家资源与能源供给压力日益增长的条件下，相关企业应积极进行工艺改造，实现降本增效。

1 天然气脱酸装置胺液循环系统工艺流程概述

天然氣原料经输管网进行过滤、稳压、计量等工序后，原料气体会从吸收塔下方进入，自下而生贯通吸收塔内部空间，此时塔内的胺液会与天然气进行充分接触并吸收其中的酸性气体形成富胺液，富胺液会经过再生循环系统完成汽提形成贫液，此时贫液会进入缓冲罐，在贫液泵的作用下进入吸收塔，从而实现胺液的循环再利用;与此同时吸收了酸性气体的胺液从再生塔顶部被引出，经过脱酸装置，再进入过滤分离器进行处理，此时液相会全部回流，以此来稳定脱酸装置的水平衡，达到循环使用的目的。

2 天然气脱酸装置胺液循环系统耗能的关键因素

2.1 生产工艺

再生系统耗能量集中的环节在于为再生塔进行蒸汽供热促进液相回流，而再生塔的温度与塔顶空气中的H2S含量、进料量、进料温度、原料质量等有着直接的联系，控制相关工艺标准系数，即可实现节能目标。

2.2 装置设备

天然气脱酸装置胺液循环系统耗能主要作用在装置内的动能设备或加热设备上，循环系统中的泵机、换热器、冷凝器、再生塔重沸器等的运行都会产生大量的无功能耗，企业加强装置设备的节能改造，能够降低大量的生产能耗。

2.3 输送距离

天然气净化单元所耗电能与净化厂内电力输送的距离有着直接的联系，根据R=ρ（电阻率）l（导线长度）/S（导体横截面积）的电力公式可知，净化厂向脱酸装置提供电能的输电线路越长，其导线电阻越大，所消耗的电能量也就越大。因此，在进行脱酸装置胺液循环系统的电力设计时，需要尽最大限度的降低各装置设备导线连接的长度，以此降低输电耗损。

2.4 胺液变质

MDEA溶液或DEA溶液中可能会存在如降解产物、固体悬浮物等类型的杂质，极易在吸收塔内引发胺液发泡使得胺液变质，腐蚀性增强，附着在装置内会影响装置正常加热或运行，长期发展过程中会加大循环系统运行的能耗。

2.5 胺液材料选择

胺液再生循环系统运行耗能也会受到富胺液物质含量和贫胺液质量的间接影响，若胺液中的物质无法有效吸收天然气中的酸性气体，将会造成吸收塔内空气中杂质增多，会使系统运行发生不同程度的故障，从而加大系统能耗[1]。

3 脱酸装置胺液循环系统节能工艺优化的措施

3.1 采用两段再生工艺

设计人员可将再生塔结构分为上下两段，其中上段胺液由于浅度再生，将此部分再生循环而来的胺液用作塔中部的吸收溶液，而下段胺液负责深度再生，此部分再生循环而来的胺液用于吸收塔顶处的酸性物质。此种方法是根据再生塔内贫胺液在不同高度下的质量不同而做出的差异化再生工艺设计，能够有效改变再生塔对供气量的控制方法，系统运行时可根据天然气原料进料的具体情况及时对自身供热量的需求进行自动调节，从而在保障再生循环的贫胺液质量的同时，降低再生塔蒸汽能产生时对电能的消耗。

3.2 优化配置节能设备

优化胺液循环系统节能设计最为关键的一点是优化系统中各功能设备的节能性能。随着科学技术的进步，人工智能技术在各生产环节的应用规模越来越大，相关企业可将相关技术与再生塔内的蒸汽系统优化设计紧密结合起来，从而降低脱酸装置运行的能耗。比如大连大连石油化工研究院即根据天然气脱酸装置的耗能情况，研发了胺液系统优化技术--高效喷射态塔盘，将此装置安装在再生塔内，可有效缓解塔内胺液发泡的情况，使装置运行效率大幅提高，数据表示，此类技术可降低脱酸胺液循环装置能耗的8%～10%。

当前大多数企业在再生塔处的冷却环节是采用“空气+水冷”的方式，在此方式下冷却系统不能针对再生塔温度的不同而合理控制冷却耗能，针对这一耗能缺陷，设计人员可在再生塔顶处安装空气冷却器有效降低冷却水使用量，即采用单独空冷的方式冷却塔顶酸性与贫胺液。研究表明，此种方式下可降低能耗25%左右[2]。

3.3 优化净化厂总图设计

根据电能消耗的原理特点，设计人员可在保障线路安全的前提下，尽最大限度的缩短脱酸系统中各装置连接的导线长度，合理优化导线网络，使线路尽可能保持直线连接的状态，从而有效降低电力运输时的无功损耗。

比如将脱酸胺液再生系统中的泵机、换热器、再生塔重沸器、空气冷却器等系统运行时耗电量较大的装置，重新进行线路设计，优化布线方案，降低线路损耗;同时将净化厂内变电所尽可能的布设在关键耗能设备群的中心位置，均衡分配电缆线路距离，并将导热油炉尽最大限度的靠近净化单元，实现降低胺液脱酸再生系统耗能的目的。

3.4 采用胺液净化技术

胺液过滤系统是最为普遍的胺液净化技术，常见的过滤装置有机械过滤器和活性炭过滤器。贫胺液在循环系统中流通时，会经过过滤系统中的机械过滤器，过滤掉脱酸时所产生的约50um的固体杂质，然后在回流前经过活性炭过滤器，过滤掉烃类、有机酸、热稳态盐等物质，使胺液得到双重净化保障。

随着科学技术的发展，当前市场中已经出现了新型净化技术--阴离子树脂交换技术，此技术能够利用C2H5NO2、

SO42-、HCOOH、CH3COOH等带有热稳态盐阴离子的贫胺液，通过阴离子树脂床与胺液中热稳态盐阴离子进行交换，此种技术对去除贫胺液中的热稳态盐和降解产物效果比较明显，能够达到净化胺液的目的，使胺液循环再生环节的运行更加灵活。

3.5 分类处理胺液材料

在脱酸装置中采用分类处理胺液材料的原则会更有效的实现节能减排。将加氢与非加氢的胺液材料进行区分使用，主要是对其中所含有的CO2进行考量，在天然气中CO2和H2S是最主要的酸性成分，加氢的富胺液不含CO2，而不加氢的富胺液除此之外还会含有硫性物质，若二者混合会影响贫胺液循环回收的质量，质量不同则会直接影响装置耗能的情况。因此可从溶液材料特点这一方面设计适合节能增效的材料处理方案。

复配胺液。可利用2 mol/L的MDEA胺液与环丁砜物质进行复配，配置出的溶液能够有效提高天然气净化效果，增强胺液对酸性气体的吸收率，从而有效降低酸性物质对再生塔设备的腐蚀，避免腐蚀问题降低蒸汽系统运行的效率，增大运行的耗能。

使用活性胺液。设计人员可通过添加3%～5%PZ（哌嗪）活化剂的方式活化MDEA胺液，以此来激活胺液中的氢原子，提高吸收塔内CO2与H2O之间的反应量，降低天然气中酸性物质的含量，提升脱酸装置与再生装置的运行效率，从而有效降低系统运行的能耗[3]。

4 结论

综上所述，天然气液化装置运行所消耗的能源主要有天然气和电能，在脱酸环节进行节能降耗，需要综合考虑装置运行时各耗能因素，切实增强节能效果。相关企业可在脱酸装置胺液循环系统节能设计中采用再生塔两段再生工艺降低蒸汽能的损耗，并通过配置空气冷却器、优化总图设计、引进先进净化技术、分类处理胺液材料的方式，降低再生循环系统运作的能耗，为天然气液化生产企业增强效益，从而真正实现利益最大化。

参考文献：

[1]王璐瑶，张英，薄德臣，等.胺液系统长周期稳定运行管理技术[J].石油化工设备技术，2019，40（05）：4-6+78.

[2]王宇.天然氣净化厂用能分析及节能技术研究[D].成都：西南石油大学，2018.

[3]孙宁飞，曹世凌，李闯，高庆安，李俊.300 t/h溶剂再生装置节能优化措施[J].河南化工，2019，36（02）：42-44.