天然氣MDEA吸收法脫碳能力提升分析

趙杰瑛

摘 要：論文以中海油東方終端一期脫碳系統為例，分析針對系統原料氣--天然氣在氣量及CO2含量變化較大的情況下，通過實際模擬各種工況測試脫碳能力的變化，在常規影響脫碳能力的因素無法滿足需要情況下，通過采用MDEA溶液改良、設備升級等措施分析可行性，給予現場采取合適的措施提供參考，特別是對已經運行多年的MDEA吸收法脫碳系統能力提升有非常好的借鑒作用。

關鍵詞：脫碳能力；MDEA；CO2；胺液；填料

中圖分類號：TE644 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）04-0138-02

天然氣脫碳系統作為天然氣處理關鍵裝備，是確保銷售天然氣CO2組分滿足要求的保障。東方終

端一期脫碳系統隨著上游氣田產量及組分的變化需要脫碳能力有較大提升，特別是2018年至2021年期間東方一期脫碳系統無法滿足銷售天然氣組分要求，為了挖掘脫碳系統潛力，通過模擬各種工況測試了脫碳系統最大的處理能力與設計對標，分析各項影響脫碳能力因素與實際差異，同時通過專業軟件的計算，對運行多年的脫碳系統按照生產的需要進行脫碳能力提升分析。

1 東方一期脫碳系統設計能力

（1）天然氣處理量：10萬方/小時，年處理能力天然氣8億方（按照年運行330天計算）；（2）脫除的CO2的量：1.85萬方/小時；（3）進裝置天然氣組分（見表1）；（4）產品要求：出裝置天然氣CO2含量小于1.5%，天然氣水露點小于0℃，烴露點低于5℃。

2 東方一期脫碳能力實際測試

通過調整一期脫碳系統的進氣量，監測原料氣與凈化氣的組分，測試脫碳系統的各種工況下的脫碳能力。

2.1 測試結果與分析

根據表2和圖1的數據可以看出，隨著一期進氣量的上升，一期脫除CO2的量也急劇上升，隨后CO2脫除量有輕微上升趨勢，最終穩定在1.9萬方/時左右，說明已經達到CO2脫除極限，這個數據也說明一期脫碳能力滿足設計處理量10萬方/時，處理CO2含量20%，出裝置天然氣CO2含量小于1.5%的要求。

2.2 各項參數對標

從表3可以看出，一期脫碳系統的溶液進塔溫度、貧液再生溫度、溶液濃度、活化劑濃度、循環量均達到設計參數和最優參數，系統的脫碳能力也達到設計要求。

從測試結果看到，當系統二氧化碳的脫除能力達到1.85萬方/時的時候，一期再生塔的二氧化碳放空閥以及處于100%的開度，再生塔的壓力開始逐漸上升，最終穩定在48Kpa，該放空量剛好和原設計參數吻合。

3 東方一期2018年至2021年工況變化情況

根據油藏提供的數據，預計2018年到2021年東方一期脫碳系統進氣（如表4）氣量及組分預測表，因此該數據作為系統脫碳能力設計的基礎參數數據。

通過表5可以看到，在未來幾年天然氣量會大幅度降低到設計的一半，但CO2含量升高到設計的一倍左右。

通過計算可以看到從2018年開始，脫碳能力需要從設計1.85萬方/小時增加到2.20萬方/小時以上，因此東方一期脫碳能力需要提高0.35萬方/小時以上，即原設計脫碳能力需要提高20%才能滿足外輸銷售組分的要求。

4 東方一期脫碳能力提升措施

根據影響MDEA系統脫碳能力的影響因素分析，目前進吸收塔的溫度、貧液再生效果、MDEA濃度、活化劑濃度、二氧化碳分壓五個因素基本都達到最佳效果沒有提升的空間。

對于已經運行多年的系統，最好的方案就是以現有溶液為基礎，通過添加活化劑與溶劑，將現循環胺液改良調整為新溶劑配方，并可同步優化設計并變更塔內件由散堆填料更換為規整填料。通過查閱資料明確規整填料的效率對比散堆填料高約20%以上。通過這兩種措施以達到凈化氣達標、節能降耗、投資最省且不存在原循環胺液報廢處理損失。

根據脫碳系統的進氣變化，江蘇太湖新材料控股有限公司用專業軟件進行模擬系統運行工況。隨著氣量的變化，更換胺液配方可以滿足脫碳小于1.5%的要求，但是2019年氣量相對目前工況變化較大，2019年理論計算有不達標的風險。經過更換為規整高效填料以后，采用二級槽式分布器，可以大大強化吸收傳質效果，同時再生塔效率高，節能明顯。通過表6模擬可以看到脫碳以后CO2含量只有1.32%，小于設計1.5%。表7模擬泛點率，全面滿足設計要求，雖然模擬吸收塔雖然泛點率較低，考慮填料和內件影響以后，不但可以節能，同時吸收效果更好，該填料和內件在5-120萬方LNG使用過，效果顯著。表8顯示通過改造脫碳系統節能效果明顯。

通過實際測試與設計對標，目前脫碳系統達到了設計要求，并且影響脫碳提升的操作參數因素都達到最佳，因此傳統方法不能滿足提升的要求。通過專業軟件分析通過添加化劑與溶劑，將現循環胺液改良調整為新溶劑配方，同時更換塔內散堆填料為規整填料的方法可以解決東方一期脫碳裝置脫碳能力提升20%的要求，滿足東方脫碳系統2018年至2021年氣量及CO2變化的要求，且投資小改造少，對正常運行的系統改造周期也短，是綜合性價比比較高的一個方案。