高含硫天然气净化装置分析.pdf

31 7 6 化 工 进 展 C HE MI C AL I ND US T R Y AN D E N GI NE E R I NG P R O GR E S S 2 0 1 4年第 3 3卷第 1 2期 高含硫天然气净化装置炯分析 李奇 ，李伟 ，姬忠礼 中国石化石油勘探开发研究院，北京 1 0 0 0 8 3 ； 中国石油大学 北京机械与储运工程学院，北京 1 0 2 2 4 9 摘要针对高含硫天然气净化装置运行能耗高的问题，本文建立了高含硫天然气净化过程中各类炯值计算方法， 并对 离子溶液体 系的炯值计算方法进行了修正，使其适用于酸气吸收过程中醇胺溶液的炯值计算。在天然气净化 过程模拟软件 P r o Ma x建立的净化过程全流程模型的基础上， 采用炯分析方法对高含硫净化装置的全流程进行用 能分析。分析结果表明，净化装置全流程的炯效率为 5 4 ． 2 ％，其中硫黄回收单元和尾气处理单元炯效率最高，分 别为 6 6 ． 8 ％和 6 6 ． 1 ％；脱酸气单元的炯损失最高，占全流程总炯损失的 4 3 ． 5 ％，这是由于净化装置处理的原料气 中 H ， S含量很高，需要更大溶剂循环量才能使净化气达到商品气标准，这导致吸收溶剂再生过程的能耗大大增 加。本文研究成果可指导高含硫天然气净化装置的用能评价及节能改造。 关键词高含硫天然气；净化装置；炯；醇胺溶液 中图分类号T Q 0 2 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 0 6 6 1 3 2 0 1 41 23 1 7 60 7 DoI 1 0 ． 3 9 6 9 ／j ． i s s n ． 1 0 0 0 6 6 1 3 ． 2 0 1 4 ． 1 2 ． 0 0 8 Ex e r g y a na l y s i s o f hi g hl y s o u r na t ur a l ga s pur i fic a t i o n pl a n t L I Q i ，L IW e i ，J I Z h o n g l i S I NOP E C E x p l o r a t i o nP r o d u c t i o n Re s e a r c h I n s t i t u t e ，B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 ，C h i n a S c h o o l o f Me c h a n i c a l a n d T r a n s p o r t a t i o n E n g i n e e r i n g ，C h i n a U n i v e r s i t y o f P e t r o l e u m，B e ij i n g 1 0 2 2 4 9 ，C h i n a Abs t r ac t To a d dr e s s t he p r o bl e m o f h i g h e ne r g y c o ns u mpt i o n of hi g h l y s o u r n a t u r a l ga s pu r i fic a t i o n pl a n t ， e x e r g y a na l ys i s wa s us e d t o s t u d y t h e e ne r g y pr oc e s s of hi g h l y s o u r g a s p ur i fic a t i o n pl a n t ．The e xe r g y c a l c u l a t i o n me t ho ds of n a t u r a l g a s pu r i fic a t i on pr oc e s s we r e e s t a b l i s h e d，a nd e x e r g y c a l c u l a t i o n m e t ho d of i o ni c s o l u t i o n s y s t e m wa s c o r r e c t e d t o c a l c u l a t e e xe r gy of me t h yl a m i ne s o l u t i o n．On t he b a s i s o f t h e wh o l e p r o c e s s mo d e l b u i l t wi t h s i mu l a t i o n s o f t wa r e o f g a s p u r i fi c a t i o n p r o c e s s P r o M a x ， e n e r g y c o n s umpt i o n p r o c e s s o f t h e who l e p r o c e s s o f hi g h l y s o u r na t ur a l ga s p u r i fic a t i o n pl a nt wa s a n a l yz e d b y e x e r g y a na l y s i s ．Th e e xe r g y e ffi c i e n c y o f t h e wh ol e p r o c e s s of pu r i fic a t i o n pl a nt wa s 5 4． 2％ ， wi t h t h e hi g h e s t e x e r g y e ffi c i e nc y v a l ue s o f s u l f ur r e c o ve r y u ni t a nd t a i l ga s t r e a t me n t un i t 6 6 ． 8 ％ a n d 66 ． 1 ％ r e s pe c t i v e l y ．And t he e x e r g y l os s o f a c i d g a s s we e t e n i ng u ni t wa s t he h i g he s t ． The r a w g a s o f p ur i fic a t i o n pl a nt wa s hi g h H2 S c on c e n t r a t i o n a nd n e e d e d a g r e a t e r a mo u nt o f c i r c u l a t i n g s o l v e n t t o r e m o v e a c i d ga s t o r e a c h c o m mo d i t y ga s s t a n da r d s ． So t h e e ne r g y c o ns ump t i o n o f a bs o r bi n g s o l v e n t r e g e n e r a t i o n p r oc e s s wa s g r e a t l y i n c r e a s e d ．Re s e a r c h c on c l us i o ns c o u l d be u s e d t o g ui d e e ne r g y e v a l ua t i on a nd e ne r g y s a v i n g r e t r o fit f o r hi g h l y s o ur n a t u r a l g a s p u r i fic a t i o n p l a n t ． Ke y wo r ds h i gh l y s o u r n a t ur a l g a s ； p ur i fic a t i on pl a nt ；e x e r g y ； m e t hy l a mi n e s o l u t i o n 含 H2 s天然气在全球分布广泛，目前世界上己 探明四百多个具有工业价值的含 H 2 s气田【 。我国 含硫气田 含硫 2 ％～4 ％的产气量 占全国天然气 产量的 6 0 ％77 ff [ 1 。天然气中 H2 S的存在给实际生 产带来了一系列复杂的问题 。天然气净化装置是连 收稿日期2 0 1 4 0 4 2 3 修改稿 日期2 0 1 4 ． 0 6 - 2 7 。 第一作者及联系人李奇 1 9 8 1 一 ，男，博士，工程师，主要研究领 域是天然气处理过程用能优化。E - ma i l | i q i 2 0 1 2 ． s y k y s i n o p e c ． c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 2期 李奇等高含硫天然气净化装置炯分析 3 1 7 7 接上游天然气集输系统与下游天然气长输管网系统 的重要组成部分 。我国工程 中一般将 H2 S体积分数 大于 5 ％ 7 1 ． 4 g ／ m 的含硫天然气统称为高含硫天 然气[ 引 。由于天然气中 H 2 S含量较高，致使天然气 净化装置溶液循环量大，净化工艺相对复杂，能源 消耗量大。 目前，过程系统能量分析方法主要分为基于热 力学第一定律 的焓分析法和基于热力学第二定律的 炯 分析法。焓分析法l 4 J 以热力学第一定律为指导， 以焓值表示体系的能量平衡 。C h e n和 E n c a n等 曲 J 应用焓分析方法，对化学反应过程和吸收过程做了 详细的用能过程分析。炯分析方法是应用最为广泛 的过程系统用能分析方法，该方法能够反映用能过 程 的不可逆性引起的能量贬值，因此可以更加准确 识别用能过程的薄弱环节。在天然气净化过程用能 过程分析中，G e u z e b r o e k等 j 基于 As p e n P l u s 模型 应用炯分析方法对 ME A溶液脱 C O 2 过程 的用能进 行 了分 析 ， 确 定 了 过 程 中主 要 的 炯 损 部 位 ； Amr o l l a h i 等l 8 ] 对燃气发电机组CO 2 捕集过程进行炯 分析 ，确定再生塔为主要的炯损部位；朱利凯 J 对 天然气处理过程进行了炯分析 ，表 明炯分析在天然 气处理过程用能分析 中的实用性。 针对高含硫天然气净化装置的高能耗，本文建 立 了净化过程中各种炯值 的计算方法，并对离子溶 液体系的炯值计算方法进行了修正，使其适用于醇 胺溶液的炯值计算。并在天然气净化过程模拟软件 P r o Ma x进行净化过程全流程模拟的基础上， 采用炯 平衡分析方法对高含硫净化装置的全流程进行用能 分析，确定净化装置用能的薄弱环节及节能改造 的 方 向。 1 高含硫净化装置工艺简述 含硫天然气净化装置是含硫天然气开发过程中 重要的组成部分，主要包括脱酸气、脱水、硫黄 回收、尾气处理、酸水汽提单元，且各操作单元之 间存在物流交换，从而组成一个复杂的大规模过程 系统。以川渝地区某高含硫天然气净化装置为例， 简述天然气净化过程 。该装置的原料气中 H S体积 分数在 1 3 ％～1 8 ％、C O 2 体积分数在 8 ％--1 0 o ／0 ，天 然气净化难度高。为满足高含硫天然气净化要求， 天然气净化装置采用 MD E A二级吸收法脱硫脱碳、 T E G法脱水、常规 C l a u s 硫黄回收、加氢还原吸收 尾气处理的天然气净化工艺路线。净化工艺路线如 图 1 所示。 2 炯计算方法 2 ． 1 炯值计算基准态 炯值计算基准状态包括两方面①环境的热力 基准状态，即环境大气的压力和温度；②环境基准 物质体系的组成 ，即环境物质的组分及浓度l l 。 J 。 对于热力基准状态，国家推荐标准 能量系统 炯分析技术导则 G B ／ T 1 4 9 0 9 --2 0 0 5 _ J l J 中采用 2 9 8 ． 1 5 K 2 5 ℃作为基准态温度 ，0 ． 1 MP a 1 b a r 作为基准态压力 。 而对于环境基准物质体系，根据所采用 的基准 物质源可分为两类①以自然界中的物质作为基准 物质源 ，该模型的基准物质均取 白自然物质，基准 物质浓度为它们在 自然界中的平均浓度。这类模型 的代表为斯察尔古特模型[ ] 。② 以寂态物质作为基 准物质源。寂态物质为能够稳定地保持寂态的物质 图 1 高含硫天然气净化工艺流程 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 化 工 进 展 2 0 1 4年第 3 3卷 体系。这类模型的代表是 日本的龟山． 吉田 S z a r g u t 模型，己作为 日本的工业标准 J I S l j 引 。 依据斯察尔古特模型制定的 能量系统炯分析 技术导则中规定为大气物质所含元素的基准物 质取大气中的对应成分 ，其组分如表 1 所示 ，即为 基准态温度和压力条件下饱和湿空气 的组分；氢的 基准物质为液态水；其他元素的基准物质所取的纯 物质详见 能量系统炯分析技术导则。 表 1 环境参考态下的大气组成 大气组分 组成 摩尔分数／ ％ 基准态的选取直接影响炯值的计算，本文炯计 算采用的基准为国家标准 能量系统炯分析技术导 则中所规定基准状态。 2 ． 2 净化装置炯能计算 根据天然气净化工艺过程 的用能特点，净化过 程主要涉及炯能计算公式_ l 4 _ 如下。 2 ． 2 ． 1 功炯计算 净化工艺中吸收剂循环泵和 C l a u s风机等流体 输送设备所需 的炯能均 由外界 的机械能或 电能供 入 。机械能和 电能均为宏观上的动能和位能，其在 理论上可以完全转换为驱动流体循环的有用功，因 而机械能和 电能的炯值如式 1 。 E x wW 1 式中，E x 为机械能和电能的炯值 ； 为输入 的机械能和 电能。 2 ． 2 ． 2 热能炯计算 净化过程的主要能耗为通过重沸器和加热器传 递给净化过程的热能 。依据热力学第二定律，热能 转换为有效功的程度受卡诺循环限制。在环境温度 为 时，对于热源温度为 的热量 Q，其热能炯如 式 2 。 r 7 1 、 E X Q 【 A T T o ln l 2 2 ／ 式中， 。为热能炯值 ；c 为热流体的定压 比 热容；△ 为热流体 的传热温降，△ 丁 T 1 一 ；T o 为 基准态温度。 2 - 2 - 3 稳定物流炯计算 物流的炯计算是任何过程体系炯分析 的基础。 稳定物流体系所具有 的炯是指从实际状态变化到基 准状态时，物流体系向外界所做的最大有用功。 忽略物流的势能和动能，对于稳定流动多组分 体系 ，物流炯值可分为两部分 化学炯 E x s 和物理炯 E x s ， ，如式 3 。 Ex sEx s ，c h e mEx s，p h y 3 物理炯是指由于体系的状态偏离基准态时，仅 通过物理过程，即体系通过热和功交换，对外界所 做 的最大机械功。物理炯可通过式 4 计算。 Ex s ，p h y Aa c t u a1 _ 0 f 一 H I 一 n lI f l F 1 ／ f 一 ∑ n y v ] H 1 ／ 4 式中， 为物流 中液相流率； 为物流中气相 的流率； X 为液相中 i 组分的摩尔分数； Y 为气相 中 i 组分的摩尔分数； 为液相 i 组分的单位焓值； 为液相 i 组分的单位熵值 ； ．v 为气相 i 组分的单位 焓值； v 为气相 i 组分的单位熵值。 化学炯为体系与环境的组分和成分不平衡而具 有的做功能力，即相对于完全平衡环境状态时，系 统在基准态 P 。 和 下所具有的最大做功能力 。对 于稳定流动体系的物流化学炯计算可分为两步骤 首先根据基准态规定的基准物系，计算基准物系中 各纯组分在基准态下的标准化学炯；对于气相基准 组分，假设气体为理想气体，则其标准化学炯可通 过式 5 计算 。 n ] ㈦ 式中， 、 为基准态的压力与温度；P 。 为 基准组分的分压。 对于基准物系 中不含有的组分，其标准化学炯 可通过该组分的反应方程式计算得到，如式 6 。 △ 一 ∑v ， ， 6 ， 式中，E x⋯ 为实际过程体系中的组分 的标c i 准化学炯；A c o 为 i 组分的生成吉布斯 自由能； 为 ， 元素的摩尔分数；E x s 为 ， 元素的标准炯 。 从式 可知，计算体系中．6 物流的化学炯 ，仅需要 知道实际体系中各组分的生产吉布斯 自由能。 各纯组分 由混合过程形成实际物流体系，在混 川 蕊 ∞ ～ ㈣ l 5 2 № ∞ № № 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 2期 李奇等高含硫天然气净化装置炯分析 3 1 7 9 合过程中体系 的化学炯值发生变化，对于理想混合 体系，其物流化学炯如式 7 。 E x ∑x iE x , ， Zx , In x i 7 i i 式中，尺 ∑X i In x i 表示物 流体系混 合过 程所 i 引起的化学炯值变化 ，即混合炯，E⋯o 对于稳定流动体系的物流总炯值如式 8 。 E x s t F E x lc h _口 h 8 式中，F为物流的流率。 2 ． 2 ． 4 分离过程理想功计算 天然气净化 中脱酸气和脱水过程就是将酸性气 及水分脱除的分离过程。在等温等压条件下，纯组 分混合成理想溶液的过程 △ 0，W 0 ，则混合过 程的能量平衡式如式 9 。 △ Q0 9 式 9 表 明，在等温等压条件下，由纯组分混 合成理想溶液的过程为绝热过程。同理，将理想溶 液分离成纯组分的过程也应为绝热过程。分离过程 所需的最小有用功，即分离炯如式 1 0 。 小 想 ，分 离 一 △ H 分 离 △ 分 离 △ 分 离 一 2 l n i 1 0 该式说明分离过程是一个耗功过程。 2 ． 2 ． 5 反应过程炯计算 净化过程中 C l a u s硫黄 回收过程是典型的化学 反应过程 。 根据炯 的普适定义， 化学反应炯是在 P 。 、 下的可逆化学反应才能得到，建立如图 2所示 的 热力学模型。 图 2 化学反应炯 的热力学模型 在图 2中 E x i 是参见反应系统的所有反应物 的 炯值总和 ， E x 。 为反应系统所有生成物的炯值总和。 由于所建的热力学模 型是可逆反应系统，因此不存 在有效能的损失，即炯损失，根据炯平衡原理如式 1 1 。 Ex i Ex 。 t Wm 1 1 在可逆 定温过程 中，稳定流动系统所做 的最大 反 应 有 用 功 等 于 系 统 吉 布 斯 函 数 的减 少 ， 即 一 AG。 则化学反应所做 的最大炯值如式 1 2 。 E X o t E x 一 AG 1 2 2 ． 2 ． 6 燃烧过程炯计算 Cl a u s燃烧炉、加氢燃烧炉及尾气焚烧炉都需 要燃烧燃气为系统提供能量及反应物质 。工业上使 用 的燃料大部分是组分复杂的物质， 它的炯包括 标 准 化学炯 。 h 。 和物理炯 。 h 两部分 。但在一般 情况下 E x 。 h e E x 。 h v ， 因此通常说的燃料炯指的就 是其 标准 化学娴。 由于燃料组分的复杂，燃料炯通常不是用一般 的化合物化学炯的计算式，而是依据燃料的元素分 析和发热值等采用一些经验公式进行计算的。 当燃料的发热值己知时， 可采用 R a n t l l 5 J 提 出的 近似计算式计算燃料炯能。 对于气体燃料的比标准炯如式 1 3 。 e 0 f 0 ． 9 5 O Q h 1 3 对于液体燃料的比标准炯如式 1 4 和式 1 5 。 P 0 o ． 9 7 5 Q h 1 4 P o Q h 1 5 式中， 为燃料发热值 ； 为水的汽化潜热， 取 2 4 3 8 k J ／ k g ；W为燃料 中的水含量 。 在对各种燃料炯计算公式对比分析后得出，在 对炯值计算要求不很高的情况下， 采用 R a n t 提出的 近似计算式是可取的。 2 ． 3 醇胺溶液体系物流炯值计算 含硫天然气净化过程 中所涉及的大部分炯能值 均可采用式 1 ～式 1 5 计算得到。然而，对于 酸气吸收过程的醇胺溶液体系 弱电解质体系， 由于酸气吸收过程存在电离子反应，因此式 3 ～ 式 8 所列物流炯值计算需要进行修正，以适用于 醇胺溶液体系的稳定物流炯值计算。 醇胺溶液主要通过离子化学反应方法吸收天然 气 中的 H 2 S和 C O2 等酸性气体。对于 H2 O ． MDE A C O2 ． H 2 S体系，主要发生如式 1 6 ～式 2 1 的 反 应 。 2 H2 O {H3 O OH 1 6 H2 S H2 O 一H3 O HS 1 7 HS H2 O H3 O S 1 8 CO2 2 H2 O 毒H3 O HCO3 一 1 9 HCO3 H2 0 H3 0 CO3 2 0 MDEA H3 0 {H2 0MDE AH 2 1 MDE A与 H 2 S和 C O2 的反应为可逆离子反应。 在吸收过程 中， 此反应放 出大量热量， 使溶液升温。 而在再生过程中，需要外界供入大量热量，使该反 应 向逆 向进行，解析 出酸性气体 。上述各反应的平 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 1 8 0 化 工 进 展 2 0 1 4年第 3 3卷 衡常数如式 2 2 。 I n k AB／ TCl n r DT 2 2 式中，k 为反应平衡常数； 为体系温度，K； 、B、C 、J [ 为常数，列于表 2中。 表 2 反应平衡 常数『 l 6 】 采 用 P r o Ma x 建 立 的高 含 硫净 化 装 置 中对 MD E A 吸收酸气过程 的模拟采用 中性分子进行物 流的组分表示，而忽略了液相 中的醇胺与酸气的离 子反应。如采用 P r o Ma x计算所得醇胺物流 中的中 性分子组分数据计算物流的化学炯 ，不能反映醇胺 与酸气反应的吸放热过程，必然将产生很大偏差 。 因此，需要根据醇胺溶液与酸性气体反应的实质 ， 修正醇胺． 酸气物流的的化学炯计算方法， 将醇胺与 酸气的反应过程加到物流的化学炯计算中，以便于 准确地计算醇胺一 酸气物流的化学炯值 。 对于化 学反应mA n B；pC q D 在一定 温 度 下达 到化 学平 衡时 ，其 平衡 常数表 达 式如 式 2 3 。 k 2 3 、 式 中，C A 、C B 、C C 、C D 为体系中 A、B、C、 D 的浓度 。 依据 P r o Ma x稳定模拟所得各醇胺物流的中性 分子的组分数据 ，根据各平衡反应的平衡常数，便 可确定在实际物流状态下 ， H 2 O ． MDE A C O2 一 H 2 S体 系中各电离物质 的浓度。表 3为计算得到的脱酸气 流程中富胺液和贫胺液物流的离子组分浓度数据。 分析 贫 富胺 液 中各离 子浓 度 可 知 ，胺 液 中 H 3 O 、C O3 2 - 和 8 2 - 的浓度很低，因此可 以不考虑 H 2 O MD E A． C O2 ． H 2 S体系中式 1 、式 3 和式 5 反应可 以不考虑 。 这样醇胺体系中主要发生的 反应如式 2 4 、式 2 5 。 H2 S MDE A MDE AH HS 2 4 C O2 H2 O MD E A MD E A H HC O ； 2 5 表 4为各组分的标准生成吉布斯 自由能数据 ， 根据表 5中醇胺溶液组分涉及各元素的标准炯，由 式 6 可计算出过程体系所涉及的纯化合物和无 限 稀释溶液中离子的的标准炯值， 如表 6和表 7 所示。 则醇胺溶液的化学炯为式 2 6 。 表 3 富胺液和贫胺液物流离子组分浓度 表 4 体 系中化合物及离子 的生成吉布斯 自由能 表 5 元素的标准炯 ] 元素 标准炯／ k J mo l 5 5 3 卯 ” 3 9 l 1 0 1 O 4 l 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 2期 李 奇等 高含硫 天然 气净化装置炯 分析 表 6 体系 中化合物的标 准炯 表 7 稀释水溶液离子的标准炯 离子 标准炯／ k J ‘ mo l 1 1 7 ． 5 7 2 - 3 7 ． 6 8 8 5 2 ． 7 4 9 7 3 0 ．7 3 8 3 4 4 3 ．0 3 5 Ex ． h 。 Ex h。 ． LL Ex ，。 h。 ， vV 2 6 式中， 为物流 中液相流率； 为物流 中气相 流 率 。 2 ． 4 基于流程模拟的炯值计算 炯值计算的准确性依靠于热力学参数计算的准 确性，只有在获得体系中各物流的组分和热力学数 据时，物流炯值才有可能被精确地计算 。流程模拟 软件采用严格的热力学模型可 以准确、方便地获得 过程物流的热力学数据。因此 ，借助流程模拟软件 计算物流炯值，可以显著提高炯分析的准确性。 P r o Ma x流程模拟软件基于 Wi n d o ws Vi s i o构 建 ，模拟数据可方便与 E x c e l 实现双向传递。本文 利用 P r o Ma x流程模拟软件计算复杂物流的热力学 参数，并将参数传递给 E x c e l ，在 E x c e l 中实现物流 物理炯和化学炯的计算，最后得到物流的炯值。基 于 P r o Ma x 的物流炯计算步骤如下①在 P r o Ma x 选择流程采用 的热力 学模 型及流程包含 的化学组 分； ②定义计算物流组分参数 C ；参考状态条件 P o ， ；实际状态条件 P ，T ；③运行 P r o Ma x得到物流 中各纯组分 在参考状态下的热力学参数 ； ④运行 P r o Ma x得到物流 中各纯组分 C ， 在实际状态下的热 力学参数；⑤运行 P r o Ma x得到多组分物流在参考 状态下的热力学参数；⑥运行 P r o Ma x得到多组分 物流在实际状态下的热力学参数 ；⑦将 P r o Ma x计 算得到的热力学数据传递给 E x c e l ， 在 E x c e l 中计算 E x c e l P r o Ma x 模拟器 纯组分G的标准化 学炯， h 。 m 』 『 选择物性包 参考态，多组分物 7 流化学炯， 点 g I 定义c ， P 【 l， T o ， P ， T 多组分物流的混 参考态，纯组分C i 合炯 2 ⋯ l 的热力学参数 ● 实际态 ，多组分物 l 参考态，多组分物 流的化学炯 E x s h _ _ 1 流的热力学参数 _ 实际态，多 组分物 l 实际态， 纯组分 流的物理 炯 E x s ，p h y I 的热力学参数 J ● 多组分物流的总炯 』 实际态，多组分物 值 t l 流的热力学参数 ● 、 、 ～- 。 -一一一一_一。．．_---．-__-．-， ， ， 、 、 _。．--．．__．．．__---．-_-． ， ， ， 图 3 基于流程模拟的物流炯值计算流程 各组分的标准化学炯值；⑧在 E x c e l中计算多组分 混合物流的物理值和化学炯值；⑨最后，计算得到 物流的总炯值。 图 3中描述了基于 P r o Ma x的多组分物流炯值 计算流程。为了便于在 P r o Ma x中计算纯组分的热 力学参数，将流程涉及 的各组分分别设置了一个独 立的物流。利用 P r o Ma x中物流复制功能，把待求 物流的组分数据复制，并将复制的物流 的状态设置 为参考状态 尸 1 、 。 3 净化过程炯分析 根据炯平衡 原理 ，天然气净化过程 的炯 方程 如式 2 7 ～式 3 0 。 ∑ ∑E X ga ∑ 2 7 ∑取 p Ⅲ ‰ p p 砜 ， uP 2 8 乏 E 。 。 ， E R ， E x w ，g 。 2 9 ∑ ， T lI。 ， 。 _10 ， R 110 S。 ， T I10。。 ， w l10 3 0 式中，Z E x Z E x 分别为外界供入净化过 程的炯能及产 品净化天然气物流获得的炯能；∑ 。 为净化过程产生的总炯损失； I s ， l O S S I D l 】0 。 、 I F | l l 、 ， T 。 ， 分别为脱硫、脱水、硫黄回收、尾气 处理和酸水处理单元的炯损失。 净化过程的炯效率为式 3 1 。 A 洲 眦 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 1 8 2 化 工 进 展 2 0 1 4年第 3 3卷 圳 净化单元 的局部炯损率为式 3 2 。 毒 1 】0 ％ 3 2 ∑ 。。 ～ ⋯ 对本文第 2部分所述的某高含硫天然气净化装 置的用能过程进行炯分析。根据 以上公式 ，表 8为 天然气净化过程的炯能分析。 由表 8可 以看出，净化装置全流程的炯效率为 5 4 ． 2 ％，其中硫黄回收单元和尾气处理单元炯效率 最高 ，分别为 6 6 ． 8 ％和 6 6 ． 1 ％，这是由于这两个单 元主要为过程余热回收单元，将过程反应产生的余 热通过余热锅炉进行回收；而脱酸气单元和 、脱水 单元及酸水汽提的炯效率较低 ，这是 由于其溶液再 生过程为一个用能低效的过程。从整个过程 的炯损 失分布来看，脱酸气单元的炯损失最高，占全流程 总炯损失的 4 3 ． 5 ％，这是 由于净化装置处理的原料 气 中 H 2 s含量很高，需要更大溶剂循环量才能使净 化气达到商品气标准，这导致再生过程 的能耗大大 增加，而溶液再生过程为典型的低炯效过程，因此 造成较高炯损失 。 表 8 天然气 争化 过程炯能分析 4 结 论 本文依据炯分析方法对高含硫天然气净化装置 的用能过程进行分析。建立了净化过程各类炯值的 计算方法 ，并应用醇胺酸气平衡反应常数确定醇胺 物流中各组分离子浓度 ，对醇胺物流炯计算式进行 修正，提高醇胺溶液物流炯值计算的准确性通过 实现 P r o Ma x与 E x c e l 间数据传递 ， 构建了复杂多组 分物流炯值简便、准确的计算方法。应用炯分析方 法对高含硫净化装置的用能进行分析 ，确定了主要 炯损失发生在脱硫过程和硫黄回收过程，其炯损失 率分别约 占全流程炯损失的 4 3 ． 5 ％和 3 5 ． 1 ％，从而 为净化装置 的节能改造明确 的方向。 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 1 0 ] [ 1 2 ] [ 1 3 ] [ 1 4 ] [ 1 5 ] [ 1 6 ] [ 1 7 ] [ 1 8 ] 参考文献 朱光有，戴金星，张永昌，等． 含硫化氢天然气 的形成机制及分 布规律研究 ．天然气地球科学，2 0 0 4 ，1 5 4 1 6 6 1 7 1 ． 邢宪锋，赵会军，王树立． 中空纤维膜吸收法脱除 H2 s的实验研 究_J _ ． 石油与天然气化工，2 0 0 8 ，3 7 3 1 9 9 - 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1 3 2 ． 朱利凯．天然