高含硫天然气脱硫装置操作条件的优化-.pdf

l 66 石 油 化 工 P E T R 0C H E MI C AL T E C H N0 L 0 GY 2 0 1 3 年第4 2卷第 2期 ___ _I Cj 同 含硫天然气脱硫装置操作条件的优化 邱 奎 ，吴基荣 ，雷文权 ，梁建伟。 ，邱正阳 ，何柏 1 ． 重庆科技学院 化学化工学院，重庆 4 0 1 3 3 1 ；2 ． 西南石油大学 化学化工学院，四川 成都 6 1 0 5 0 0 ； 3 ． 中国石化 中原油田普光分公司天然气净化厂，四川 达州 6 3 6 1 5 6 ； 4 ． 中国石油 乌鲁木齐石化公司化肥厂，新疆 乌鲁木齐 8 3 0 0 1 9 [ 摘要]采用A s p e n P l u s 流程模拟软件对高含硫天然气脱硫工艺流程进行了模拟和操作条件优化 ，以脱硫装置年利润为优化 目 标 ，主要操作条件为决策变量，净化气中H S 和C O 含量为约束条件，建立稳态优化模型。模拟结果表明，操作条件对脱硫净 化效果影 响由强 至弱顺序为溶液循环量 吸收塔板数 吸收塔压力 吸收塔温度 ；脱硫装 置能耗构 成中蒸 汽占6 ．3 6 ％，冷却器能 耗 占 2 5 ． 5 3 ％，机泵类电力能耗占8 ． 1 1 ％； 影响脱硫装置年利润的主要因素是净化气流量和操作费用，受溶液循环量、吸收塔 塔板数和吸收塔压力影响，宜采用相对低的吸收塔压力和适当的吸收塔塔板数；在吸收塔塔板数1 4 块 、吸收塔压力6 MP a 、 溶液循环量2 3 ．2 6 Mmo l ／ h 的优化操作条件下，脱硫装置年利润最大值为1 ．0 l X 1 0 元，年操作费用为2 ．3 X 1 0 元。 [ 关键词 ]天然气脱硫 ；流程模拟；醇胺溶液 [ 文章编号 ]1 0 0 0 8 1 4 4 2 0 1 3 0 2 0 1 6 6 0 9 [ 中图分类号 ]T E 6 4 6 [ 文献标志码 ]A Op t i mi z a t i o n o f Ope r a t i ng Co nd i t i o ns o f Hi g h S u l f ur Ga s S we e t e n i n g Uni t Q i u Ku i 一，W u J i r o n g 3 ，L e i W e n q u a n ，L i a n g J i a n g w e i ，Q i u Z h e n g y a n g ，He B a i 1 ． S c h o o l o f C h e mi s t r y a n dC h e mi c a l E n g i n e e r i n g ，C h o n g q i n gU n i v e r s i tyo f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ，C h o n g q i n g4 0 1 3 3 1 ，C h i n a ； 2． Sc h o o l of Ch e mi s t r y a n d Ch e mi c a l En g i n e e r i n g，So u t h we s t Pe t r o l e u m Un i v e r s it y， Ch e n d u S i c h u a n 61 0 5 0 0， Ch i n a； 3． Na tur a l Ga s Co nd i t i o ningPl a n t ，P ug u a ngBr a n c ho f Zh o n g y uan Oi l fie l dCo mp an y， SI NOPEC， Da z h o u S i c h u a n 6 3 61 5 6，Chin a； 4 ． F e r t i l i z e r P l a n t ，P e t r o C h i n a Ur u mq i P e t r o C h e mi c a l Co mp a n y ，Ur u mq i Xi n j i a n g 8 3 0 0 1 9 ，C h i n a l Ab s t r a c t J P r o c e s s s i mu l a t i o n a n d o p e r a t i n g c o n d i t i o n o p t i mi z a t i o n f o r h i g h s u l f u r n a t u r a l g a s s we e t e n i n g we r e c o n d u c t e d b y u s i n g As p e n P l u s s i mu l a t i o n s o f t wa r e ． A s t e a d y s t a t e o p t i mi z a t i o n mo d e l wa s e s t a b l i s h e d a i mi n g a t t h e a n n u a l p r o fi t o f a s we e t e n i n g u n i t wi t h i t s ma i n o p e r a t i n g c o n d i t i o n s a s t h e v a r i a b l e s a n d t h e c o n c e n t r a t i o n s o f H2 S a n d CO2 i n t h e t r e a t e d g a s a s t h e c o n s t r a i n t s ． T h e s i mu l a t i o n r e s u l t s s h o w t h a t t h e o r d e r o f t h e o p e r a t i n g c o n d i t i o n i mp a c t o n t h e p u r i fic a t i o n e ffi c i e n c y i s a s f o l l o ws s o l u t i o n c i r c u l a t i o n r a t e a b s o r b e r t r a y n u mb e r a b s o r b e r p r e s s u r e a b s o r b e r t e mp e r a t u r e ． Th e c o n s t i t u t i o n o f e n e r g y c o n s u mp t i o n i n t h e p r o c e s s i s s t e a m 6 6 ． 3 6 ％ ．c o o l e r 2 5 ． 5 3 ％ a n d p u mp 8 ． 1 l ％ ． Ma i n f a c t o r s a f f e c t i n g t h e a n n u a l p r o fi t o f t h e s we e t e n i n g u n i t a r e t h e t r e a t e d g a s fl o wr a t e a n d o p e r a t i n g c o s t s ． Co n s i d e r i n g t h e e f f e c t o f t h e s o l u t i o n c i r c u l a t i o n r a t e ， a b s o r b e r t r a y n u mb e r a n d a b s o r b e r p r e s s u r e ，r e l a t i v e l y l o w a b s o r b e r p r e s s u r e a n d a p p r o p r i a t e a b s o r b e r t r a y n u mb e r s h o u l d b e a d o p t e d i n t h e p r o c e s s ． The a n n ua l p r o fit of t he s we e t e n i ng u n i t a n d a nn u a l o pe r a t i n g c o s t s a r e 1 ． 01 b i l l i o n Yua n a n d 2 3 mi l l i o n Yu a n r e s p e c t i v e l y u n d e r t h e o p t i mi z e d c o n d i t i o n s o f a b s o r b e r t r a y n u mb e r 1 4，a b s o r b e r p r e s s u r e 6 M P a a n d s o l u t i o n c i r c u l a t i o n r a t e 2 3 ． 2 6 M mo l ／ h ． 1 Ke y wo r d s]n a t u r a l g a s s we e t e n i n g ；p r o c e s s s i mu l a t i o n ；a l k a n o l a mi n e s o l u t i o n 我国西南地区目前正在大规模开发 、加工高 含硫天然气。由于天然气中H S 、C O 、有机硫等 酸I生 组分浓度高，使天然气处理技术难度增大，同 时加大TJJ w 成本⋯。醇胺法是天然气脱硫的主流 方法，也适合高含硫天然气脱硫加工。国外一些高 含硫气田，如法国拉克气田_ 2 ] 、俄罗斯阿斯特拉罕 [ 收稿日期 ]2 0 1 2 0 8 1 5 ； [ 修改稿日期 ]2 0 1 2 1 2 1 3 。 [ 作者简介 ]邱奎 1 9 7 3 一 ，男，重庆市人，博士，副教授 电话 0 2 3 6 5 0 2 3 7 6 2 ，电邮 q i u c q u s t 1 6 3 ． t o m 。 [ 基金项目]重庆市教委科学技术研究项目资助 K J 1 0 1 4 0 7 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石 油 化 工 P E T R 0C H E MI C A L T E C H NO L O GY 2 0 1 3 年第 4 2 卷 表1 3 0 0 x 1 0 m ／ d 脱硫装置的主要操作参数 T a b l e 1 Op e r a t i n g p a r a me t e r s o ft h e 3 0 01 0 m ／ d s we e t e n i ng u nit P r e s s ur e o f f e e d g a s ／ M Pa 5 - 9 Ami n e c i r c u l a t i o n r a t e ／ Mmo l h 。 。、 1 4 2 2 Ami n e t e m p e r a t ur e a t i n l e t o f t h e f i r s t a n d c 。 n d a b s o r b e r ／ ℃ 3 0 - 45 T r a y n u mb e r i n t he s e c o n d ma i n a b s o r b e r 3 -1 1 R e b o i l e r h e a t d u t y ／ GJ h 。 。 1 1 2 0 1 8 0 F e e d g a s f l o w r a t e ／ k mo l h 5 2 0 2 Tr a y n u mb e r in fir s t ma i n a bs o r b e r 7 Tt r a y n u m b e r i n s tri p p e r 6 S t r i p p e r p r e s s u r e ／ M P a O．2 2 T e mp e r a tur e o f l e a n a mi n e HC 1 28 ，7 0，5 5 Te mp e r a t u r e o f s e mi r i c h a mi n e ／ C 3 9 Te mp e r a t u r e o f r i c h a mi n e fla s h HC 6 0 P r e s s u r e o fr i c h a mi n e fl a s h ／ M Pa 1 ． 1 Te mp e r a t u r e o f r i c h a mi ne ／ C 6 0， 1 05 №r a I g a s t e r a tur e ／ C 5 ,4 4 , 。 ’ 。． s c n 鹕 e pr e s s u r e o fp u ／ I V l Pa Te m p e r a t u r e o f a c i d g a s ／ C 9 9， 5 0 S t e a m pr e s s ur e o f r e b o i l e r ／ ／V l Pa 0 ． 4 5 s t e a m pr e s s u r 。。f h y d r o l y s i s 3 ． 5 1 1 28℃ ，7 0 a n d 5 5℃ we r e t he t e mp e r a t u r e s o fa mi ne a t o u t l e t of s t r i p p e r ． 1 e a n a mi ne i n t o l e a n a m i n e c o o l e r a n d l e a n a mi ne i n t o a mi n e t r i m c o o l e r ， r e s p e c t i v e l y ． 26 O℃ a n d 1 O 5 ℃ we r e t h e t e mpe r a t u r e s o fr i c h a mi n e i n t o fa s h t a n k a nd r i c h a mi n e int o s t r i p p e r ， r e s p e c t i v e l y ． 3 3 5 ℃ ，4 4 q C， 1 1 0 ℃ ， 1 4 l ℃ a n d 5 0 ℃ we r e t h e t e mpe r a t u r e s o f f e e d g a s ， na t ur a l ga s a t o u t l e t o f t h e f i r s t a b s o r b e r ， na t u r a l g a s a t i nl e t o f h yd r o l y s i s r e a c t o r p r e h e a t e r ， na t u r a l g a s a t ou t l e t o fh y d r o l ys i s r e a c t o r a n d n a tur a l g a s a t i n l e t o f t h e s e c o n d ma i n a b s o r b e r ． 4 8 ． 8 6 MP a ，0 ． 8 1 MP a ，O ． 5 2 MP a a n d 8 ．4 0 MP a we r e t h e di s c h a r g e p r e s s u r e s o f l e a n a mi n e p u mp， l e a n a mi n e b o o s t e r p u mp， s i p p e r r e fl ux p u mp a n d int e r s t a g e p u mp，r e s p e c t i v e l y ． 5 、99℃ a n d 5 0℃ we r e t h e t e mpe r a t ure s o f a c i d g a s a t o u t l e t o f s t r i p p e r a nd a c i d g a s a t o u t l e t of s t r i p p e r c o n d e ns e r ， r e s p e c t i v e l y ． 2 脱硫工艺流程的模拟 2 ． 1 稳态优化模型 2 ． 1 ． 1 脱硫反应机理 模拟采用A s p e n P l u s 流程模拟软件 V 7 ． 1 版 本 ，脱硫数据包选用K MD E A，非理想性溶液的 计算采用电解质溶液方程E L E C N R T L ，气相的计算 模 型采用R e d l i c h Kw o n g 方程 ，脱硫反应选用 以吸 收H ， S 为主的MD E A AC I 方程 。 H ， s 与MD E A 反应属瞬间质子传递反应，受化 学平衡控制，见式 1 。C O 与醇胺反应较复杂， 必须有水参与才能反应，属假一级反应， 受动力学 控制，反应速率比式 1 慢许多，其总反应式见式 2 [ 1 2 ] 。 H2 S MD E A． HS 一 MD E A H 1 C O2 H2 O MDE A HC 0 ； MD E AH 2 工业上正是利用MDE A溶液与H S 和C O 发生 化学 、物理吸收速率上的巨大差异实现选择性脱 硫。脱硫效果以净化气中H s 和C O 含量来衡量。 脱硫选择性 是指天然气中同时存在H s 和C O 时，溶液选择性地脱除H s 的能力 ，其定义见式 3 E S 一1 0 0 ％ 3 H ， S十／ ／ co ， ⋯ 2 ． 1 ． 2 关键工艺条件 根据操作经验，影响天然气脱硫净化效果和 装置能耗的关键工艺条件通常是吸收塔压力、吸收 塔温度、吸收塔塔板数、溶液循环量和重沸器热负 荷。因此，选取这5 个操作参数作为模拟优化的决 策变量，首先通过敏感性分析，明确各操作参数对 脱硫效果影响的强弱程度，然后再进一步对参数进 行优化，以获得最优操作条件。 以表1 中的操作条件及天然气组成作为模拟优 化的参数设定值，通过改变决策变量的取值，考察 操作参数对脱硫净化效果影响的敏感性。 2 ． 1 ． 3 目标 函数 目标函数的选择 ，不能仅仅以脱硫装置操作 费用最低作为优化 目 标 ，因为操作费用最低不一 定能保证脱硫装置经济效益最好。根据脱硫操作 经验，溶液再生占据脱硫操作能耗及费用中绝大 部分 ，因此，单从降低操作费用角度出发，只要 减少溶液循环量 ，则公用工程消耗将减少 ，操作 费用降低。但这通常是以提高吸收塔压力、增加 吸收塔塔板数来实现的，这样会导致脱硫选择性 降低 、净化气流量减小和销售收入降低。所以， 优化 目标宜设置为脱硫装置年利润 ，操作条件作 为决策变量，建立混合整数非线性规划模型 ，见 式 4 ～ 6 。 Q l s c 0 一 ∑ z f 4 h x ， 0 5 ， ≤ ， ≤“ 6 式中，Q为最大年利润，元／ a ；h ， Y 函数为工 艺中系列等式约束方程 ，如物料、能量衡算方程； g x ， Y 函数为工艺中系列不等式约束方程，如净 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第2期 邱奎等 ．高含硫天然气脱硫装置操作条件的优化 化气中H ， s 和C O 含量约束条件。脱硫装置全年工 作时间按3 3 0 d 计算，寿命周期为1 5 a 。 2 ． 2 求解方法 该高含硫天然气脱硫装 置为 已建装置 ，操作 条件优化目的就是在设备投资和劳动力成本已确定 情况下，使脱硫经济效益最大化。利用As p e n P l u s 流程模拟软件的优化工具，调整各操作参数，可计 算出设备能耗及净化气流率等数据。将相关的数据 代人 目标函数式 4 ，当满足年利润最大化时 ，即 得到优化结果，具体求解过程如下。 2 ． 2 ． 1 基本参数和经济数据设定 为了将脱硫工艺的公用工程中各种耗能工质方 便转化成操作费用，采用耗能工质能源折算值 进 行换算 见表2 。 表2 耗能工质能源折算值 T a b l e 2 Eq u i v a l e n t c o e ffi c i e n t o f t he e n e r g y c o ns u mp t i o n o f e n e r g y t r a ns f e r me d i u m 1 、S t a n d a r d 0i l _ 2 1 0 ． 4 5 MP a s t e a m u s e d in t h e r e bo i l e r ． 3 1 3 ． 5 M P a s t e a m us e d i n t h e h y d r o l y s i s r e a c t o r p r e h e a t e r 工艺优化中涉及 的一些经济数据做如下假 设平均固定资产投资8 ．4 1 0 。 元／ a ，设备维修成 本6 - 3 1 0 元／ a ，人工成本7 ．01 0 元／ a ，净化气 1 ．4元／ m ，汽油9 0 0 0 元／t ，标准油的价格可参照释 放相同热值的汽油的价格来计算。循环水在换热器 进、 出口温差 t o u t - 为7℃ 2 ．2 ．2 计算步骤 ／ 3 3 O c p 7 C 0 ∑ f ∑C F f ∑c H 8 ∑ Z Z 2 9 在脱硫工艺中，操作费用主要体现在公用工 程的工质消耗，为便于统计相同工质的操作费用， 式 8 中c 按照机泵操作费用、冷却器操作费用和 蒸汽加热器操作费用3 项进行分类统计 ，各项 目 计算如下 ∑c P 尸c P 5 C P 8 c P 9 c P l l s c P 1 6 c P l 8 1 0 c P F 90 0 0 ／ 1 O 0 0 b 1 1 式 1 0 中下标的数字对应流程图1 中设备的编号， 以下相 同。 ∑C E 尸C E l 0 c E l l 1 2 C F 9 o o o b ／ [ 1 0 0 0 a f 0 u 广 f i n ] 1 3 在操作费用计算中未统计换热设备E 4 和E 1 7 ， 因为它们的换热介质并非来自公用系统，计算中不 作考虑。 ∑C H C H 2 C H 1 2 1 4 C H ,-- 9 O 0 0 b f ． ／ 1 0 0 0 a 叩 1 5 式中，叩 为蒸汽的热效率，取值0 ．7 5 ～ 0 ． 8 0 。 由目标函数可知，脱硫装置年利润取决于年 销售收入， s 、年操作费用 和年平均投资费用∑ Z f等 3 个因素。∑ z 是 固定值。， s 取决于净化气价格和净 化气流量，设定净化气出厂价格为固定值，则净化 气流量会影响年利润。对于高含硫天然气脱硫，由 于酸『生 组分含量远高于普通含硫天然气，所以净化 加工后获得的净化气流量会明显低于原料气流量。 因此，获得尽可能高的净化气流量是提高年利润的 重要手段之一。C 0 由操作参数决定，在∑ Z f 、净化 气价格和净化气流率一定的情况下，C n 是影响脱硫 装置年利润的主要因素。 2 ． 2 ． 3 变量范围与初值设定 为提高工艺优化计算的准确性和减少迭代计 算时间，各变量的取值范围参照表1 执行，初值的 设定为吸收塔温度3 9℃，吸收塔压力8 MP a ，溶液 循环量2 2 ． 0 0 Mmo l ／ h ，吸收塔塔板数1 8 块 ，重沸器 热负荷 1 3 l G J ／ I l 。 2 ． 2 _ 4 约束条件 脱硫工艺中的物料 、能量平衡的等式约束方 程采用ME S H 方程 。不等式约束条件主要包括净 化气CH S 和C O 含量，应分别满 H S ≤6 m g ／ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石 油 化 工 P E T R 0 C HE MI C A L T E C HN 0L 0G Y 2 0 1 3 年第 4 2 卷 m 。 ，x C O ， ≤3 ％。 3 结果与讨论 3 ． 1 操作条件对天然气净化效果影响 3 ． 1 ． 1 吸收塔温度 吸收塔温度对天然气净化效果的影 响见 图2 。 由图2 可见，在3 O ～ 4 5 内，净化气中H S 和c 0 量均随温度 的升高而下降 ，说明尽 管热力学上醇 胺与H s 和CO 反应属放热反应 ，低温有利于酸气 吸收，但升温在动力学上加快了醇胺与H s 和C O 反应的速率，净化效果提高。在3 O 一 4 5℃内，H ， s 含量仅从5 ． 1 8 mg ／ m 降至4 ．7 7 mg ／m ，而C O ， 含量从 0 ． 9 2 ％ X 降至0 ．7 4 ％ X ，说明吸收塔温度对H ， s 净 化效果影响不敏感 ，而对C O ， 净化影响敏感。 Te mpe r a t u r e ／ 图2 吸收塔温度对净化气中H s 和C O 含量的影响 F i g ． 2 E f f e c t s o f a b s o r b e r t e mp e r a t u r e o n t h e c o n t e n t s o f H2 S a n d CO2 i n t r e a t e d g a s ． Co n d i t i o n s a bs o r b e r p r e s s u r e 8 M P a， a bs o r b e r t r a y n u mb e r 1 8， s o l u t i o n c i r c ul a t i o n r a t e L2 2 ． O 0 M m o l ／ h ． 3 ． 1 ． 2 吸收塔压力 吸收塔压力对天然气净化效果的影响见图3 。 由图3 可见 ，当压力从5 MP a 升至9 MP a 时，净化气 中H， S 含量从6 ． 6 1 mg ／ m 降至4 ． 1 1 mg ／ m ，变化幅度 较小 ，说明压力对H ， s 净化效果影响不敏感 ，6 MP a 以上操作就能保证 s 净化达标。这可解释为醇胺 吸收H ， s 是瞬间质子传递反应，化学作用占绝对主 导地位 ，所 以压力对H， S 吸收影响较小 ；随压力 的升高，净化气中C O ， 含量由1 ．4 6 ％ 降至0 ． 5 5 ％ ，降幅明显，但在压力变化范围内C O 含量始 终能满足天然气的质量要求 。醇胺吸收C O ， 属物理 吸收占主导地位下同时存在化学吸收的过程。根据 亨利定律，酸气分压与平衡溶解度成正比。总压越 高，酸气分压也越高 ，这有利于提高反应传质速 率， 增大溶液酸气负荷，提高气体净化效果u 。 吸 收塔压力升高主要增加了醇胺对C O 的吸收，C O 的过度吸收会减少净化气流量 ，因此需要在后续工 艺优化 中做进一步分析。 图3 吸收塔压力对净化气中H S 和C O 含量的影响 Fi g _ 3 Effe c t s o f a b s o r b e r p r e s s u r e o n t h e c o n t e n t s o f H2 S a nd CO2 i n tre a t e d g a s ． Co nd i t i o n sa b s o r b e r t e mp e r a t u r e 4 0 ， a b s o r b e r tra y n u mb e r 1 8 L 2 2．O 0 M m o l／ h ． 3 ． 1 ． 3 吸收塔塔板数 保持第一吸收塔塔板数为7 块 ，第二吸收塔塔 板数在3 ～1 1 块之间变化 ，即总塔板数变化范围为 1 0～1 8 块 ，考察吸收塔塔板数对净化效果 的影响， 模 拟结果见 图4 。由图4 可知 ，吸收塔塔板数从 1 0 块增至1 8 块，净化气中H S 含量则从1 5 ．9 4 m g ／ m 降 至4 ． 8 7 mg ／ m ，塔板数超过 1 3 块后 ，随塔板数的增 加，H ， s 含量下降趋势变缓；当塔板数达到1 4 块即 可满足净化气中 p H s ≤6 m g ／ m 3 的质量要求； C O 2 含量 随塔板数 的增加基 本呈线性递减 ，由2 ． 0 2 ％ X 降至0 ．7 8 ％ ，整个塔板数变化范围内C O ， 含 量都能满足天然气的质量要求。吸收塔塔塔板数的 选择主要应考虑对 s 的脱除效果 。 ’ I r a y n u mb e r 图4 吸收塔塔板数对净化气中H S 和C O 含量的影响 F i g．4 Effe c t s o f a b s o r b e r t r a y n u mb e r o n t h e c o n t e n t s o f H2 S a n d CO2 i n tre a t e d g a s ． Co n d i t i o ns a b s o r b e r t e mp e r a t ur e 4 0℃ ，a b s o r b e r p r e s s u r e 8 MP a L 2 2 0 0 M mo l ／ h． 通常在满足净化气质量要求的前提下，都希 望通过减少吸收塔塔板数来提高脱硫选择性，以得 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 期 邱奎等 ． 高含硫天然气脱硫装置操作条件的优化 到更多净化气，并获得高H ， s 含量的酸气供硫回收 装置使用，此时以增加一定的溶液循环量为代价是 值得考虑的。分析模拟数据还可得出，高含硫天然 气脱硫吸收塔的塔板数与常规含硫天然气脱硫塔的 无异 ，不会 因为酸I 生 组分含量剧增而导致塔板数增 加 ， 仅仅是溶液循环量增加较多，有限的塔板数量 足以保证净化气的质量 。 3 ． 1 ． 4 溶液循环量 溶液循环量对天然气 净化效果 的影响见图5 。 溶液循环量从 1 3 ． 0 0 Mmo l ／ h 增至 1 6 ． O 0 Mmo l ／ h 时， 净 化气中H 2 S 含量由2 9 ． 0 0 m g ／ m 降至8 ． 7 0 m g ／ m ，C O 含量由2 ． 6 0 ％ 降至1 ．3 0 ％ ，降幅都很大；如 再增加溶液循环量 ，则净化气中H s 和C O 含量下 降趋势就变得平缓；溶液循环量达到1 9 ． 1 0 Mm o l ／ h 时可满足p H ， S ≤6 m g ／ m 。 的净化要求，此时净化 气中C O 含量为0 ． 9 6 ％ 。 图5 溶液循环量对净化气中H s 和C O 含量的影响 F i g． 5 E f f e c t s o fL o n t h e c o n t n e t s o f H2 S a n d CO2 i n t r e a t e d g a s ． Co n d i t i o ns a b s o r b e r t e mp e r a t u r e 4 0℃ ．a b s o r b e r p r e s s u r e 8 MP a a b s o r b e r tr a y n u mb e r 1 8 ． 在给定吸收塔温度和压力的情况下 ，醇胺溶 液的酸气负荷是确定的，溶液循环量的值将取决于 天然气处理量和酸气含量。在满足净化气质量前提 下，通常希望吸收塔在低液气比下操作，以确保更 低的溶液循环量 ，富液再生所消耗的蒸汽量也就更 低，而蒸汽的耗费在脱硫操作费用中所占比重是最 大的，通常达到7 O ％以上u 。对于常规含硫天然气 脱硫，在较低液气比下操作可满足气体净化要求， 但高含硫天然气由于酸性组分含量高，必须采用很 高的溶液循环量才能达到净化要求。通过与相同规 模装置对比，高含硫天然气脱硫装置的溶液循环量 是常规脱硫装置的1 0 倍以上_ 2 ，溶液循环量大幅 提高将带来再生能耗的增大和操作费用显著增加， 因此是工艺优化研究的重点。 3 ． 2 重沸器热负荷对溶液再生温度 的影响 重沸器热负荷对溶液再生温度的影响见图6 。 由图6 可知，随重沸器热负荷的增大，溶液再生温 度稳步升高。当热负荷达1 4 0 ． 6 G J ／ h E I ，溶液温度 可达到1 2 8 o C ，满足再生要求。由此计算出，每再 生1 Mm o l ／ l 1 醇胺溶液约需要6 3 9 1 MJ d a J Il 热负荷。 Re b o i l e r d u ／ GJ l1 图6 重沸器热负荷对溶液再生温度的影响 F i g ． 6 Effe c t o fr e b o i le r d u ty o n s o l u t i o n r e g e n e r a t i o n t e mp e r a tur e ． Co n d i t i o n s a bs o r be r t e mpe r a t ur e 4 0℃ ．a bs o r be r p r e s s u r e 8 MPa． a b s o r b e r t r a y n u m b e r 1 8， L 2 2 ． 0 0 M mo l ／ h ． 醇胺溶液再生既要保证H s 和C O 从溶液中得 到彻底解吸，还要防止再生温度过高导致溶液发 生热降解 。工业 实践表 明 ，溶液再生温度控制在 1 2 0 ～1 3 5℃就可使醇胺溶液彻底再生 。当溶液 循环量一定时，提高重沸器热负荷可使溶液再生温 度升高，相应能耗也增大。 3 ． 3 净化效果敏感性分析 为比较各操作条件对H 2 s 和C O 净化效果影响 的相对强弱性，为工艺优化奠定基础，特将各操作 条件的变化幅度R 以满负荷1 0 0 ％作为参照 作为 横坐标，净化效果为纵坐标，则操作条件对H ， S 和 CO ， 净化效果影 响的敏感性 对 比见 图7 ；操作条件 对脱硫选择性影响的敏感性对比见图8 。 由图7 可知，各操作参数中，溶液循环量对 净化气中H ， s 含量的影响最显著，其次是吸收塔塔 板数，而吸收塔温度和压力对H ， s 净化的影响不灵 敏。由图7 还可知，操作参数变化对C O ， 净化效果 影响从大到小的顺序为溶液循环量 吸收塔塔板 数 吸收塔