醇胺法脱除天然气酸性气体的节能工艺技术.pdf

1 6 炼 油 与 化 工 R E F I NI N G A N D C HE MI C AL I N D U S T R Y 第 2 2 卷 醇胺法脱除天然气酸性气体的节能工艺技术 赵 丽， 董 群 东北石油大学 化学化工学院 ， 黑龙 江 大庆 1 6 3 3 1 8 摘要 用醇胺法脱除天然气中的酸性气体工艺以其较低的能耗广泛应用于天然气的净化处理 中。文中阐述了醇胺法的吸收剂选取方法、 工艺流程及设备的技术改进措施， 节能效果显著。 关键词 醇胺法； 酸性气体； 胺液分流； 节能 中图分类号 T E 6 4 4 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 4 9 6 2 2 0 1 1 0 6 0 0 1 6 0 3 醇胺法是天然气脱除酸性气体净化的主要方 法。常用的醇胺类吸收溶剂有一乙醇胺 M E A 、 二乙醇胺 D E A 、 二异丙醇胺 D I P A 、 甲基二乙醇 胺 M D E A 等。其吸收酸性气的反应活性依次为 ME AD E AD I P AMD E A。由于 MD E A溶液其 化学稳定性好， 溶剂不易降解变质 ， 再生效果最 好 ， 且溶液的发泡倾向和腐蚀性也优于其它醇胺 溶液； 在处理酸性气体时， 气体气相损失小 ， 对装 置腐蚀较轻微； 而且它的凝固点低、 蒸汽压小、 溶 剂挥发损失小， 对环境无污染和工艺灵活等优点， 故 MD E A的应用最为广泛。 1吸收剂 清华大学以M E A、 D E A、 A M P 、 M D E A等作为 吸收剂 ， 对吸收天然气 中的C O 工艺的运行成本进 行 了比较 ， 结果表 明 MD E A的运行成本 最低n ， 。 而使用M D E A溶液脱除C O 的关键是M D E A对C O 的吸收速率 问题 。B A S F公 司的MD E A工艺是添 加活化剂组成的M D E A混合水溶液， 来提高C O 的 吸收速率口 ] 。2 0 0 3 年长庆气田第三净化厂建成采 用MD E A配方溶液的脱硫脱碳装置， 但该装置的 能耗也相应较高 ] 。 为提高对C O 的吸收能力 、 降低腐蚀性和减少 因挥发而造成的损耗及再生时的能耗， 人们仍一 直在致力于开发更为高效的有机胺溶液， 主要有 混合有机胺吸收剂和哌嗪 或哌啶 ／ M D E A吸收 剂。研究的主要对象为提高溶液吸收速度 的活化 剂， 其稳定性、 副反应、 腐蚀性、 蒸汽分压、 损失等， 是筛选活化剂配方的依据 。 张旭等 选择了哌嗪 P Z 、 二乙醇胺 D E A 、 哌啶 P O 作为活化剂， 在保持溶液的总胺浓度为 3 ．0 k m o l ／ m 3 , 实验压力为0 ． 3 M P a 的条件下， 对活化 剂含量 为 3 ％ 质量分数 的 MD E A水溶液 的脱碳 性能进行了综合比较， 活化剂脱碳性能的相对次 序为P ZD E AP D， 评价结果见表 1 。 表 1 MD E A水溶液的脱碳性能比较 目前 ， 国外公司的M D E A配方溶液大多已发 展成为系列产品， 分别用于不同场合。比较著名 的有联碳公 司的 U e a r s o l 溶 液 ， D O W 化学公 司的 G a s ／ S p e c溶液 ， H u n t s m a n公司的 J e ff t r e a t 溶液以及 B A S F 公司的活化M D E A溶液等 ] 。我国一直在活 化M D E A溶液国产化方面做着诸多的努力。国产 溶液无论在发泡性和腐蚀性与国外配方溶液都存 在着一定的差距 ， 溶液国产化的实施应建立在设 计研究、 建模与中试的基础上 。 2工艺改进 传统流程中二氧化碳 ， 首先在吸收塔内原料 气中的酸性气体被胺液吸收， 富含二氧化碳的胺 液经减压阀闪蒸出部分酸气 ， 约占总二氧化碳量 的0 ．2 ％， 且绝热闪蒸为后续的二氧化碳脱出提供 了部分热量， 进入换热器 ， 换热后气化的二氧化碳 占总酸气总量的值从0 ．2 ％ 8 ％不等 ， 关键取决于 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年 第6 期 赵丽， 等． 醇胺法脱除天然气酸性气体的节能工艺技术 1 7 冷热流体的温差， 经进一步减压进人再生塔， 其中 减压贫液进一步气化 ， 气化的二氧化碳约占酸气 总量的2 0 ％， 再生塔提供 的蒸汽使占总量4 5 ％一 6 0 ％的二氧化碳闪蒸出来 ， 胺液得到再生， 其中再 生胺液中所含二氧化碳的量约 占总量的 3 ％～ 2 5 ％， 其主要取决于再生温度。而再生胺液中二氧化碳 含量影响净化效果 ， 从而影响溶剂用量。改进后 的半贫液分流工艺流程见 图 1 。 EX3 A 1 一 一段吸收塔； A 2 一 二段吸收塔； S 1 一 段汽提塔； s 2 一 二段汽提塔； s 3 一 换热区； S 4 一 酸水汽提塔； P 1 一 一段泵； P 2 一 二段泵； E X 1 一 主换热器； E X 2 一 溶剂冷却器 一段 ； E X 3 一 溶剂冷却器 二段 ； E X 4 一 初级冷凝器； E X 5 一 中间重凝器； E X 6 一 塔底重沸器 图 1改进的半贫液分流工艺流程 从图1 可以看出， 经减压换热就可使一部分胺 液得到再生和利用。富液不必完全再生， 减少了 再生塔的蒸汽用量 ， 降低过程能耗。其中吸收塔 上段吸收的C O 的量等于再生塔解吸的C O 的量 ， 下段 吸收的C O 的量等于降压 闪蒸出的C O 的 量。提高贫液流量可以提高吸收能力 ， 但也加大 了气体再生的热能耗和换热器的面积。为达到净 化气的净化指标， 半贫液可以为贫液的1 ．2 ～ 3 ．8 倍。 英国曼彻斯特大学理工学院的G ． P ． T o w e r 和 H ． K． S h e t h n a 等开发 出了高净化度 、 低能耗的天然 气酸气脱除新工艺。采用这种工艺对现有净化装 置进行改进 ， 既可提高天然气的净化度 ， 又能降 低能耗。这种新工艺包括改进的半贫液分流新工 艺和天然气循环净化新工艺n 。其中， 改进的半贫 液流程是增加了酸水汽提塔 ， 提高半贫液的胺浓 度 ， 降低半贫液循环量， 从而降低能耗。天然气循 环工艺是采用其它的气体代替汽提蒸汽， 大大降 低重沸器的热负荷 ， 其流程见图2 。 A 1 一 一段吸收塔； A 2 一 二段吸收塔； S 1 一 一段汽提塔 ； s 2 一 二段汽提塔； P 1 一 一段溶剂泵； P 2 一 二段溶剂泵； E X1 一 一段换热器 E X 2 一 溶剂冷却器； E X 3 一 一段重沸器； E X 4 一 一段冷凝器； E X 5 一 二段冷凝器； T 1 一 循环气膨胀机； T 2 一 循环气压缩机 图2 曼彻斯特大学的天然气循环净化工艺 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 炼 油 与 化 工 1 8 R E F I N I N G A N D C H E M I C A L I N D U S T R Y 第2 2 卷 3富液能量回收和两级加压流程 离开吸收塔塔底的高压富液通常流经液位调 节阀节流至较低压力后进人闪蒸罐， 造成了高压 富液压力能的浪费。如果将富液通过液力回收透 平， 就可回收约5 0 ％的能量。这对溶液循环量较 大的脱硫装置 ， 更具有节能意义。应用液力透平 进行能量 回收流程见 图3 。 j 便力透平 超越离合器 电动机 高压离心泵 图3 应用液力透平进行能量回收流程 回收 的能量用于贫液的增 压 吸收塔通常在 高压下操作 ， 而汽提塔则在常压下操作 ， 大大减 少 了循环泵的功耗 。一般若溶液循环量较大 ， 循 环泵功率更大， 需选用高压电动机驱动。若采用 液压透平则可以实现有效节能。这是 目前 国内厂 家 如重庆天然气净化总厂 脱硫脱碳装置高压富 液回收普遍使用的能量回收方式。由于液力透平 目 前尚需从国外引进， 价格较贵， 故需认真进行经 济比较以便决定是否选用。 由于液压透平经常处于高速啮合状态 ， 故障 率较高。可采用透平增压泵与一级增压泵串联工 作， 分级提升贫液压力 ， 透平增压泵的结构简单可 以使设备的故障率明显下降， 能量转化率最高达 到 8 1 ％ ] 。应用透平增压泵能量回收流程见图4 。 一 级增 压泵 电动 l 图4 应用透平增压泵能量回收流程 塔底热贫液靠一定位差流经贫／ 富液换热器、 贫液冷却器后再用循环泵加压进入吸收塔。透平 增压泵能量回收流程中， 将换热器、 冷却器设置在 一 级增压泵后 ， 即热贫液先用增压泵加压至一定 压力后换热、 冷却， 再用透平增压泵加压至所需高 压后进吸收塔 ， 改变 了贫液在贫， 富液换热器 、 贫液 冷却器中流速较低， 总传热系数较小的现状 ， 则贫／ 富液换热器 、 贫液冷却器 的外形尺寸就可 以明显 减小。 4结论 1 根据原料气酸性气体组成选取适宜的配 方溶液 ， 可大大缩减溶剂用量 ， 减少操作费用 。当 有若干个配方溶液可满足要求 ， 应根据各配方溶 液的性能通过工艺模拟计算结果对它们进行 比 较， 从中找出最佳的配方溶液。另外， 在选取配方 溶液时， 腐蚀性也是要考虑到的因素。 2 在设计工艺流程时， 要根据气体组成情 况， 选取适宜工艺流程， 达到设备投资与操作费用 最省的 目的。 3 天然气净化的处理工艺有别于一般的气 体处理， 由于原料气有很高的压力， 富液的能量回 收占有十分重要的地位。透平增压泵回收富液能 量是一项可行的先进技术。 参考文献 [ 1 ]王隆祥， 汪忖理． 甲基二乙醇胺 M D E A 选择性脱硫技术在川 东天然气净化总厂的应用[ J ] ．石油与天然气化工， 1 9 9 4 。 2 3 4 2 0 1 2 0 4 ． [ 2 ]朱迎新， 王淑娟． 胺法脱碳系统模拟及吸收剂的选择[ J ] ． 清华 大学学报， 2 0 0 6 ， 2 4 2 3 0 3 4 ． [ 3 ]陈赓良．醇胺法脱硫脱碳工艺的回顾与展望[ J ] ． 石油与天然气 化工 ， 2 0 0 3 ， 3 2 3 1 3 4 1 4 2 ． [ 4 ]王遇冬， 王登海． M D E A 配方溶液在天然气脱硫脱碳中的 选用[ J ] ． 石油与天然气化工， 2 0 0 3 ， 3 2 5 2 9 1 2 9 4 ． [ 5 ]张旭． M D E A溶液脱碳性能的综合评价[ J ] ．化肥工业， 2 0 0 1 ， 2 8 3 2 5 3 2 ． [ 6 ]高明． M D E A 溶液配方与国产化[ J ] ． 化工技术与发展， 2 0 0 7 ． 3 6 7 5 1 5 3 ． [ 7 ]闰光灿， 刘建民．气田节能降耗技术[ J ] ． 天然气与石油 ， 2 0 01 ， 1 9 2 5 8 6 4 ． [ 8 ]杨守志， 王遇冬． 天然气脱硫脱碳富液能量回收[ J ] ． 石油与天 然气化工． 2 0 0 6 ， 3 5 5 3 6 4 3 6 7 ． 收稿 日期 2 0 1 1 - 1 0 0 9 作者简介 赵丽， 女， 东北石油大学化学工程系在读研究生， 研究方 向化学工程。 征 稿 启 事 本刊欢迎作者 尤其是高校及科研单位 投稿， 请在稿件上注明您的联系方式 包括移动电话 。投稿邮箱 l y y h g c n p c ． c o rn．c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m