1 脱碳工艺的能耗分析
1.1 净化厂工艺概况
徐深气田已建天然气净化厂1座, 处理量为200×104m3/d, 脱碳、脱水装置分两列建设。高含二氧化碳天然气管输至净化厂, 经MDEA溶液脱碳后, 产品气输至下游用户;副产品二氧化碳气经增压、干燥处理后, 输送至二氧化碳液化站进行液化, 用于油田二氧化碳驱油试验。
1.2 净化厂的能耗分析
天然气在净化过程中需要消耗一次能源为燃料气, 蒸汽来自燃料气燃烧热量转换, 二次能源为电能, 主要供压缩机、机泵、电加热等设备用电。对全厂耗能点进行分析估算, 净化厂消耗能源很大, 年消耗87936.6×104MJ/a, 每年的电费支出约为1538.96万元, 运行成本很高。
通过对各单元能耗分析发现:脱碳单元二段贫液泵、尾气回收单元一段二氧化碳压缩机、锅炉房分别占全厂年总能耗的6.37%、14.24%、64.68%;上述三个单体设备占到了净化厂年总能耗的85.29%, 是净化厂的主要能耗点, 也是重点节能方向。
2 脱碳工艺中的节能技术
2.1 减少天然气损耗, 回收利用闪蒸气
由吸收塔底流出的MDEA富液中吸收了大量的CO2和少量的烃类组分, 进入闪蒸塔后, 在低压状态下闪蒸出烃类气体和CO2, 烃类气体含量达到59.46%, 可做燃料气使用。
2.2 高效利用系统余热
脱碳工艺吸收塔操作温度为47 (9) , 再生塔操作温度为100 (9) 。贫液进吸收塔前需要降温, 而富液进入闪蒸塔前需要升温, MDEA贫/富液换热器使两者进行热交换, 富液温度由升高, 贫液温度降低。回收了贫液的热量, 减少富液再生蒸气耗量。
原料气进吸收塔前与湿净化气进入下游TEG脱水装置前进行换热, 使湿净化气温度, 原料气升高, 减少了装置循环冷却水耗量。
2.3 合理设定富液再生温度, 有效降低蒸汽耗量
MDEA溶液再生温度与原料气CO2含量及装置对CO2含量波动的适应性有着密切关系, 分三种再生温度工况优化再生塔的再生温度, 在再生压力确定的情况下, 再生温度与蒸汽耗量的关系如下:
由表对比分析, 再生温度过低, 溶液循环量增加, 综合能耗高;再生温度过高, 蒸汽耗量急剧升高;选择再生温度100 (9) 适宜装置工况, 上下调节的余地较大, 对原料气中CO2含量上升的适应性强, 能耗相对最低。
3 净化厂的节能潜力
针对脱碳工艺特点, 就上述能耗点进行了分析, 参考同类天然气净化装置经验, 提出以下节能思路:
3.1 富液能量回收
脱碳装置吸收塔在高压下吸收CO2, 吸收CO2后的MDEA富液离开吸收塔经减压阀降压至闪蒸塔进行闪蒸。需要用两段溶液循环泵将再生后的贫液加压后进入吸收塔, 溶液循环泵的扬程较高, 电机功率较大。此过程中造成高压富液压力能的浪费, 其能量可以回收节能。
透平就是将连续稳定流体所含的动能转化为机械能。根据液力透平技术的流量和扬程的范围考虑, 净化厂设计溶液循环最大量为115m3/h, H=588m, 符合液力透平的应用条件。
采用透平泵回收系统中稳定的压力能, MDEA富液自吸收塔底流出后进入透平泵透平端, 透平泵将富液压力能转换为动能, 驱动贫液泵, 电机作为补偿动力驱动。当透平端出现故障时, 电机可为贫液泵提供全部动力。透平泵的操作弹性为40%~100%。最高可回收80%的流体能量, 其有良好的节能效果。
3.2 半贫液循环
目前, 脱碳工艺采用全贫液循环, MDEA富液再生能耗约占净化厂总耗能的64%。胺液再生后期能量消耗大, 而对CO2吸收量影响较小, 只是提高CO2的吸收精度。因此从节能角度考虑, 只要吸收塔出口CO2含量能控制在指标范围内即可, 这样降低贫液流量, 采用半贫液流量循环, 根据吸收塔出口气体的CO2残余量来适当调整半贫液和贫液的流量。MDEA脱碳装置的半贫液与贫液比值越高, 越节能。
吸收塔采用两段填料, 在两段填料之间增加一个半贫液进料口, 从再生塔中段引出半贫液出料口, 根据装置运行期间的原料气量及CO2含量降低时, 可以根据工况, 调整贫液、半贫液的流量, 已达到降低再沸器负荷, 减少能耗的目的。同时增强装置的适应性。
4 结语
4.1 回收富液能量工艺可降低电耗。可通过后期技术改造来实现。
4.2 采用半贫液循环, 分段进料方式, 能够减少燃料气消耗, 装置适应性更强。
4.3 除了工艺设计上, 在生产运行上还需要通过优化工艺参数, 精细管理操作, 降低装置运行能耗, 节约生产成本。
摘要：天然气在脱除二氧化碳过程中能源消耗大, 运行成本高, 本文浅析天然气脱碳工艺节能措施, 以进一步降低净化厂脱碳的运行成本。
关键词：节能,潜力,技术