高含硫天然氣凈化裝置節(jié)能技術(shù)研究

曹振濤，李長春，李景輝，李卓彥

（1.中石化廣元天然氣凈化有限公司，四川廣元 628400，2.四川中澤油田技術(shù)服務有限責任公司，四川廣元 628400）

十九大以來我國對節(jié)能降耗、綠色環(huán)保工作愈發(fā)重視，相關政策陸續(xù)發(fā)布。天然氣作為一種清潔能源，在我國能源結(jié)構(gòu)體系中所占比例逐年增加，成為我國新時期的安全高效的現(xiàn)代能源體系的重要戰(zhàn)略資源。隨著國內(nèi)含硫天然氣田大規(guī)模的開發(fā)，高含硫天然氣凈化裝置在我國能源工業(yè)中占有越來越重要的位置，天然氣凈化裝置的節(jié)能減排工作已逐步受到業(yè)界關注。由于天然氣脫硫工序涉及到高溫、高壓、高毒等高危過程，且其具有高含硫、收率低、腐蝕性強、單位能耗高、危險級別高等特點，致使天然氣凈化裝置運行能耗占整個天然氣開發(fā)過程的很大比例。研究高含硫天然氣凈化裝置能耗結(jié)構(gòu)，確定降低凈化過程能耗的技術(shù)和方法，對高含硫天然氣凈化的科學合理運行具有重要的科學意義和廣闊的實際應用前景。

1 天然氣凈化裝置能耗結(jié)構(gòu)分析

天然氣凈化廠主要使用一次能源和二次能源，一次能源有燃料氣，二次能源有電力與蒸汽，其中蒸汽為廠內(nèi)自產(chǎn)；耗能工質(zhì)包括各類水、壓縮空氣、氮氣等，其中新鮮水由外部供給，其他工質(zhì)由廠內(nèi)自產(chǎn)。川渝地區(qū)某天然氣凈化廠2019年全廠綜合能耗132 991.6t 標煤，凈化氣單位油氣綜合能耗為47.61kg/t，各能耗占比情況如圖1所示。

圖1 某凈化裝置能耗影響占比圖

由圖1可看出，凈化裝置的能耗主要以蒸汽、用電及燃料氣消耗為主，采用先進的節(jié)能工藝、節(jié)能設備、合理調(diào)控工藝參數(shù)以降低蒸汽、用電及燃料氣消耗，是凈化裝置節(jié)能減排的主要思路。

2 節(jié)能降耗技術(shù)分析

2.1 傳統(tǒng)節(jié)能降耗工藝技術(shù)

（1）串級吸收聯(lián)合再生工藝。凈化裝置最大的能耗為溶劑再生蒸汽消耗，提高吸收效率、降低再生溶劑量成為了最直接的節(jié)能方式；基于此考慮，目前國內(nèi)越來越多的凈化廠開始應用串級吸收聯(lián)合再生工藝，將天然氣脫硫塔分為兩段設計，一段使用貧溶劑吸收，二段使用一段及尾氣吸收塔的半富液進行吸收，溶劑混合后一起送入再生塔進行再生，有效提高了脫硫效率，降低了溶劑循環(huán)量，降低了溶劑再生成本。

（2）閃蒸汽回用工藝。目前國內(nèi)外的凈化裝置基本都對閃蒸汽進行了回收利用，主要做法為在閃蒸罐上設置小型的吸收塔，將閃蒸汽從閃蒸罐進入閃蒸汽吸收塔進行脫硫脫碳后并入燃料氣管網(wǎng)或直接送至尾氣焚燒爐燃燒。針對溶劑發(fā)泡后閃蒸汽攜帶胺液無法回用的情況，普光凈化廠通過增大閃蒸汽吸收塔的直徑、控制溶劑發(fā)泡趨勢等方式解決[4]。

（3）余熱回收工藝。傳統(tǒng)凈化工藝包在設計時對余熱回收方面已進行了充分考慮，如脫硫單元設置板式貧富液換熱器、硫磺回收單元設置余熱鍋等。在傳統(tǒng)余熱回收工藝的基礎上，目前業(yè)內(nèi)也開始更多的關注低溫余熱回收，如中國石化工程建設有限公司為元壩氣田設計的工藝包中，開發(fā)了新的TEG再生廢熱回收流程，利用貧TEG 溶劑回收TEG 再生塔頂?shù)牡蜏赜酂幔琓EG 再生能耗減少20%。

（4）工業(yè)水回用工藝。酸水汽提單元的凈化水經(jīng)處理合格后回用至循環(huán)水系統(tǒng)作為補充水使用，降低新鮮水的用量。采用凝結(jié)水回收器回收蒸汽凝結(jié)水，提高凝結(jié)水的回收壓力，降低二次蒸發(fā)的損失。

（5）選用節(jié)能設備。常見的節(jié)能設備主要有液力透平和蒸汽透平，分別利用高壓富溶劑和高壓蒸汽驅(qū)動透平機運轉(zhuǎn)，以節(jié)約電量消耗，節(jié)能工作的重點之一即是提高節(jié)能設備的投用率。

2.2 節(jié)能措施探討

（1）工藝參數(shù)優(yōu)化。①聯(lián)合裝置再生蒸汽調(diào)控；根據(jù)不同負荷下胺液吸收的酸性組分量不同，合理調(diào)控蒸汽用量，通常處理負荷越低，再生蒸汽量越少；在滿足硫磺回收單元對酸性氣壓力要求的條件下，盡可能降低脫硫單元溶劑再生塔的操作壓力，以降低溶劑再生塔底重沸器的熱負荷。②燃料氣用量優(yōu)化；通常尾氣焚燒爐溫度不宜高于600℃，放空火炬的密封氣流動速度控制小于0.02m/s，以降低燃料氣消耗。③處理負荷調(diào)控；裝置的單位能耗隨負荷增加而降低，故在生產(chǎn)過程中保持一個相對較高且穩(wěn)定的負荷。④胺液循環(huán)量優(yōu)化，通過調(diào)整吸收塔的進料位置，增加吸收塔的塔板數(shù)，可增加溶劑的吸收效果，以達到降低循環(huán)量的目的。此外，選用具有良好脫硫化氫及有機硫能力的復合脫硫溶劑，也可降低脫硫用的溶劑循環(huán)量。

（2）開停工節(jié)能降耗技術(shù)。①聯(lián)合裝置凈化氣反充壓技術(shù)。凈化裝置在開工過程中需對系統(tǒng)進行高壓氮氣充壓，在開工引原料氣過程中，大量的N2和原料氣混合，導致濕凈化氣中N2含量超過產(chǎn)品標準，引發(fā)產(chǎn)品氣不合格并放空。在產(chǎn)品氣出界區(qū)管線上設置一根副線，利用在運裝置的產(chǎn)品氣對停工裝置進行反向沖壓，以凈化產(chǎn)品氣替代氮氣進行系統(tǒng)開工前建壓，可避免開工過程天然氣放空。②停工燃料氣回用技術(shù)。裝置停工后脫硫脫水高壓區(qū)泄壓的燃料氣直接放空至高壓火炬，造成資源浪費；可在高壓區(qū)天然氣管線上增設一根連通至燃料氣管網(wǎng)的管線，將停工后脫硫脫水高壓區(qū)泄壓的燃料氣回用。

（3）低溫余熱利用。天然氣凈化工藝中采用了大量空冷和水冷器對100～150℃的介質(zhì)進行降溫，如：再生塔頂出口尾氣設置冷卻器、加氫反應器后設置急冷塔等，該方式直接放棄了介質(zhì)的低溫余熱的回收利用，開發(fā)耐腐蝕的熱回收設備及工藝技術(shù)，可提高余熱回收率。

（4）設備利用率提升。根據(jù)處理負荷變化和蒸汽供應情況及時投用蒸汽透平等節(jié)能設備。采用空冷加水冷的冷卻方案，在滿足工藝要求的前提下盡可能地節(jié)約用水，降低能耗，且在夏冬季節(jié)根據(jù)氣溫，評估水冷及空冷的能耗情況，合理調(diào)配。對部分設備采用變頻調(diào)節(jié)，以降低設備的電消耗。

（5）強化節(jié)能管理。抓好節(jié)能降耗基礎管理，制定節(jié)能管理制度和要求；摸清家底，主要包括節(jié)能計量器具、高耗低效設備、運行負荷不匹配、各類能耗占比等情況；根據(jù)摸底和分析，抓住重點，深挖各環(huán)節(jié)節(jié)能降耗工作點；抓好節(jié)能降耗技術(shù)引進和應用，結(jié)合生產(chǎn)實際加大節(jié)能技術(shù)的推廣。建立節(jié)能降耗工作機制，制定節(jié)能目標、計劃、組織結(jié)構(gòu)、各項報表等相關內(nèi)容。

3 總結(jié)

在資源短缺的大形勢下，天然氣凈化廠應在設計階段就采用先進的節(jié)能工藝技術(shù)，投產(chǎn)運行后開展節(jié)能降耗技術(shù)系統(tǒng)研究攻關，總結(jié)固化效果顯著的生產(chǎn)運行管理經(jīng)驗和指導制度，在水、電、蒸汽、燃料氣、廢氣等方面采取先進工藝和優(yōu)化措施，提高能源綜合利用效率，實現(xiàn)了能源利用最優(yōu)北、運行管理精細化、經(jīng)濟效益最大化。