天然氣預冷機（BGYL-1400F/10Y-2G(A)）在MDEA脫硫裝置上的應用

陳道兵 張慶

摘 要：MDEA選擇性脫硫造成凈化氣H2S超標的一系列因素問題，近年來隨著甲基二乙醇胺（MDEA）溶液在石油化工行業的應用越來越廣泛，企業對MDEA濕法脫硫工藝的安全、平穩、節能運行控制度要求越來越高。西北油田三號聯輕烴處理站MDEA脫硫工藝裝置因吸收溫度過高導致脫硫不合格，通過對系統溫度精度控制的改造，而制冷冰機控溫使脫硫合格從而為推廣應用提供可靠的依據。

關鍵詞：MDEA;制冷冰機;溫度;脫硫效果

1 前言

甲基二乙醇胺（MDEA）屬于水溶性烷基醇胺，目前作為脫硫劑被廣泛應用于煉廠氣和油田含硫氣脫硫領域，主要緣于其本身在H2S和CO2共存的場合，具有選擇性脫除H2S的優點，但容易發泡也是醇胺類溶劑所固有的特性、溫度等參數控制不穩造成降解，溫度控制波動大及胺液發泡引發系統脫硫不穩定并引起一系列問題。所以對于目前系統的狀況，通過分析原因，針對性的提出優化措施和技術改造關乎行業胺液系統平穩運行的關鍵。

MDEA的性質和用途。MDEA即甲基二乙醇胺，分子式為CH3-N（CH2CH2OH）2，無色透明或微黃色液體，沸點246-248℃，閃點260℃，密度（20℃下）1038-1041kg/m3，汽化潛熱（101.325kPa下）419kJ/kg;能與水、醇混溶，微溶于醚。在一定條件下，能很好的吸收H2S、CO2等酸性氣體，且反應熱小、解吸溫度低。MDEA為叔胺，呈弱堿性，化學性質穩定，幾乎不降解變質。由于以上特性，MDEA已被作為一種優良的化學吸收劑廣泛用于氣體凈化工業。

①原料氣提濃H2S回收硫磺，可節省投資和操作費用;②脫除煉廠氣、天然氣和煤氣尾氣中的H2S，以達排放要求，解決環保問題。

2 概述胺液脫硫系統及現狀

2.1 主要參數工藝流程

西北油田三號聯輕烴處理站凈化工藝采用MDEA+自循環LO-CAT工藝進行脫硫及硫磺回收，其處理規模為50×104m3/d，H2S含量為2980mg/m3，吸收劑選用35%（wt）的MDEA溶液，設計溶劑的循環量為25m3/h。設計要求經過MDEA吸收塔之后的天然氣中硫化氫含量≤10ppm。

2.1.1 MDEA脫硫裝置的氣工藝流程

由原料氣壓縮機一級壓縮后的含硫天然氣經重力分離器、過濾分離器后，進入MDEA吸收塔的下部，與由塔上部進塔的MDEA貧液逆流接觸器，天然氣中的幾乎全部硫化氫及部分二氧化碳組分被MDEA貧液吸收進入液相從而脫除。脫硫后的濕凈化天然氣自塔頂經凈化器分離、捕集出攜帶的少量脫硫溶劑后進入二級增壓后去輕烴回收單元。吸收含硫天然氣中上訴酸性組分的MDEA富液自塔底排出，經MDEA富液管線上設置的吸收塔底液位調節閥節流降壓后，進入閃蒸罐閃蒸和氣液分離，依次進預過濾器、活性炭過濾器和后過濾器，進行再生前的溶液凈化。

2.1.2 MDEA溶液過程部分流程

過濾凈化后的MDEA富液進貧富液換熱器，與來自再生塔再生后的MDEA貧液進行貧富液進行逆流換熱，對貧液進行冷卻。換熱后的MDEA貧液溫度降至57℃;MDEA富液溫度則升高至95℃后由再生塔上部進塔，在塔內熱動力推動下解析出吸收的含硫天然氣的酸性組分從而降低其酸氣負荷，恢復脫硫活性成為MDEA貧液后由再生塔下部出塔，解析出的酸氣由塔頂出塔進入硫磺回收部分。貧液出塔后先經經過貧富液換熱、貧液空冷器冷卻后由胺液循環泵升壓至1.40MPa，再次去吸收塔和閃蒸罐頂部循環利用。

2.2 目前實際生產情況

天然氣氣量：50×104m3/d;原料氣H2S含量：3000mg/m3左右;夏季脫硫溫度：45～56℃;夏季凈化氣H2S含量：60mg/m3;冬季凈化氣H2S含量：<20mg/m3;輕烴站原料氣經壓縮機一級增壓后，經壓縮機空冷器冷卻至35℃，但從4月份～10月份期間干式空冷器冷卻天然氣溫度基本上在45～56℃之間。根據近年來的運行數據，天然氣溫度超過40℃后，脫硫基本上就不會合格。根據生產報數據得出結論圖表1。

凈化氣中H2S質量濃度隨吸收塔溫度的降低而減少，這是因為MDEA溶液吸收H2S為放熱過程，吸收塔溫度越低，脫硫效果越好。當吸收塔溫度超過40℃時，溫度每降低5℃，凈化氣中H2S質量濃度約降低50mg/m3，此時，溫度對凈化氣中H2S質量濃度的影響較為顯著。當吸收塔溫度低于40℃時，溫度每降低5℃，凈化氣中H2S質量濃度僅降低約10mg/m3，故溫度對凈化氣中H2S質量濃度影響非常小，通過取樣現場數據化驗。目前，夏季吸收塔操作溫度為47～50℃。由圖1可以看出，脫硫進氣溫度、貧液溫度偏高是該裝置凈化不徹底的主要原因之一。

因此，為了將天然氣進入MDEA吸收塔溫度降低至40℃以下，需要新增其他形式的冷卻器來冷卻吸收塔進口的天然氣、循環液。因此，為了解決目前存在問題，消除安全隱患，對存在問題進行改造是非常必要的。

3 吸收塔氣液溫度的措施優化

根據目前天然氣處理量為50×104m3/d彈性操作10%，

硫化氫含量在2980-3500mg/m3之間，天然氣脫硫系統MDEA胺液循環量為19m3/h，胺液循環泵設計排量為31.2m3/h，吸收塔為φ1600H=23150，再生塔為φ800H= 20000，貧富液換熱器負荷為1700kW，再生塔重沸器熱負荷為1200kW，過濾器處理能力為31.2m3/h，再生塔冷凝器負荷為324kW。經核算，在氣量不發生大的增加情況，目前系統還是能承受一定硫化氫含量波動的。為此輕烴站新建610kW天然氣冰機1座，主要用于冷卻吸收塔原料氣和貧胺液。

3.1 新增預冷冰機流程改造

3.1.1 含硫天然氣流程

流程描述：一級壓縮機來的原料氣經壓縮機空冷器冷卻后溫度在45～56℃，進入新建預冷機蒸發器冷卻，經制冷劑降溫至35℃后進入酸氣預分離器。

3.1.2 貧胺液流程

流程描述：胺液循環泵來的貧胺液50～55℃進入新建預冷機蒸發器冷卻，經制冷劑降溫至40℃后進入MDEA吸收塔，進入后續處理流程。

MDEA吸收塔（TF-T-1101A）（塔頂45℃，0.68MPa，塔底50℃，0.69MPa），且吸收塔塔液位（1300mm）穩定后，在塔天然氣出口壓力表（PG1148A）處做取樣分析，直至硫化氫含量合格（≤10ppm）。

3.2 機組調試情況

預冷冷機試運行調試，投入部分原料天然氣進預冷機蒸發器，倒入胺液胺液循環量23m3/h，R134A制冷劑總計56桶;分別對各階段天然氣量、貧胺液量、負荷、進行測試，一臺制冷壓縮機運行調試，當1臺螺桿壓縮機100%負荷滿足不了制冷工況時，第二臺螺桿壓縮機自動啟機運行進行分程控制;機組冷凝器由兩組32臺風機根據冷媒高壓數據進行階段控制;天然氣、貧胺液制冷溫度可根據環境溫度、工藝溫度進行設定，以適應冬夏、晝夜溫差的變化。壓縮機可根據工況進行25%、50%、75%、100%加減載控制，設定精度在±2℃范圍內。

4 應用效果

通過冷機對天然氣、貧胺液在蒸發器的溫度控制分別為35℃、38℃的精確控制能夠保證MDEA吸收塔塔頂氣中硫化氫含量≤10ppm/m3，機組最高運行負荷75%，仍有25%冗余量。

通過溫度的精準控制，可以將胺液循環量由原來的20t/h降低到17t/h，能耗可降低約20%，同時預冷機組一次加注R134A基本不用補充，換熱器熱載體走殼程檢修清理周期長，螺桿式壓縮機維護保養簡單運行平穩操作強度低，適用于輔助性制冷工況場合。

5 總結

MDEA溶液適用于處理含有H2S、CO2及其他微量雜質的酸性廢氣，并具有很高的選擇性;控制溶液中MDEA的濃度，降低塔高、采用較低的操作壓力和較低的吸收溫度有利于選擇性吸收H2S氣體;通過對輕烴站脫硫裝置參數分析可知，凈化氣中H2S質量濃度不達標的主要原因為：天然氣中H2S含量增加、天然氣進脫硫裝置的入口溫度高以及因MDEA再生不完全造成MDEA貧液中H2S質量濃度偏高，減少外屆因素造成胺液的污染，定期對貧胺液進行濃度檢測，在濃度較低時及時補充新胺液并做好數據跟蹤;合理調整MDEA系統的生產運行參數，尤其關注各壓力、溫度的變化，盡可能向設計參數靠攏，只要控制好進料污染源、選用高效過濾裝置、富液再生合格、及時添加配比濃度、補充合格的脫鹽水（凈化水）控制好壓力溫度，裝置運行低耗、高效、安全都能得到有效保障。

參考文獻：

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