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【摘要】高含硫天然气净化厂需对H2S含量较高的原料气进行处理，溶液循环量大、工艺流程长、公用工程消耗量大、能耗高。通过对天然气净化厂脱硫单元的耗能点及耗能关联因素进行分析，从优化工艺方案、采用先进节能设备、回收可回收的能量、减少工艺过程能量损失等方面，提出了热泵、贫液与半贫液分流工艺及板式换热器在MDEA脱硫单元中的应用及改造措施，详细阐述了各种节能措施的优势及适用条件。充分挖掘天然气净化厂的节能潜力，能够创造良好的经济效益和环境效益。
【关键词】天然气；脱硫装置；节能
在天然气净化工作中的开展节能措施工作，能够有效的降低能源消耗和生产成本，是天然气企业生产工作中的重中之重，而在天然气净化工程中脱硫单元的能耗占到整个生产过程中能耗的90%以上，所以做好脱硫装置的节能降耗工作对整体节能降耗工作有着非常重要的意义。
1.脱硫原理及工艺流程
1.1原理
原料气被分离掉其中的绝大部分杂质和游离水后，进入脱硫装置脱除其所含的H2S和部分CO2，从脱硫装置出来的湿天然气送至脱水装置进行脱水处理，脱水后的干净化天然气即产品天然气经输气管道外输至用户。与其它脱硫方法相比，甲基二乙醇胺（MDEA）脱硫法具有选择性好、解吸温度低、能耗低、腐蚀性弱、溶剂蒸汽压低、气相损失小、溶剂稳定性好等优点，是目前天然气工业中普遍采用的脱硫方法。但MDEA溶液的再生过程能耗较大，再生塔重沸器消耗了净化厂全厂蒸汽消耗总量的90%以上。因此，对脱硫工艺过程本身的能量进行合理而高效的回收利用是天然气脱硫工艺节能的重要途径。
1.2工艺流程
MDEA法脱硫工艺原料天然气在约20℃、4～7MPa条件下进入脱硫装置，在塔内 40～50℃、4～7MPa的低温高压条件下进行脱硫脱碳反应；吸收了酸气的富胺液（40～50℃、4～6MPa）从吸收塔底部抽出，经液位控制后压力降至约0.6MPa进入闪蒸罐；经液位控制从闪蒸罐底部抽出的富液经贫/富液换热器与从再生塔底来的贫液换热，温度升至约90℃后进入再生塔。再生塔顶酸气出口含有大量的潜在热能，温度为100～110℃，其中水蒸气含量约为70%。典型MDEA脱硫工艺使用风冷、水冷将其冷却至约40℃，冷却后酸气送至硫磺回收装置，液体部分回流至再生塔顶进行循环。在此过程中，水蒸汽的潜热不仅没有被有效回收利用，而且消耗了电能及大量循环冷却水。
2.换热器在MDEA脱硫单元中的应用
板式换热器在MDEA脱硫单元中的应用在天然气净化装置中，主要设备除吸收塔、再生塔外，贫富液换热设备也是保证脱硫工艺正常进行的重要环节。经液位控制从闪蒸罐底部抽出的富液经贫/富液换热器与从再生塔底来的120～130℃贫液换热，温度升至约90℃后进入再生塔。在典型工艺流程中，所有换热器均采用管壳式换热器或蛇管换热器，由于其传热系数较低，故各换热器的换热面积相对较大，因而装置占地面积较大。若能以传热效率高的换热器取代传统的低效换热器，无论是从投资角度还是从能耗角度考虑，对天然气净化装置都十分有利。由于板式换热器的散热量极少，热效率通常在90%以上，反映不出有太多的能量损失。高效板式换热器替代在役套管换热器是一种较为经济、合理的优化方案。
3.节能措施
3.1采用先进节能工艺
3.1.1应根据天然气的组成、压力和对产品气质量的要求，选用能耗低、经济效益好的脱硫工艺方法。采用溶剂吸收法脱硫时，宜选用溶液酸气负荷高的溶剂，以降低溶液循环量。对含二氧化碳与硫化氢比例高的原料气，在二氧化碳含量已符合产品气要求时，宜选用对硫化氢具有选择性的溶剂，如甲基二乙醇胺（MDEA）及配方溶液。溶液循环量少，则贫胺液增压的电力消耗、冷却贫胺液耗用的循环冷却水量及再生胺液的蒸气消耗量均较低。同时，酸气量少，酸气浓度高，硫磺回收装置过程气量少，过程气再热等过程能耗低。另外，进入尾气处理装置的尾气量少，则尾气处理装置在线炉加热消耗的燃料气小，溶液循环量小，溶液循环泵消耗的电能低。再则进入焚烧炉的尾气量少，焚烧炉消耗的燃料气小，节能效果明显。
3.1.2适当降低硫磺回收装置的配风量，提高硫磺回收装置出口尾气中还原气量，确保尾气中的还原气量能满足尾气处理装置加氢反应的需要，在线炉仅起进加氢反应器前尾气的再热作用，燃料气采用等当量燃烧，减少尾气处理装置在线炉的燃料气消耗。
3.1.3根据全厂蒸气量的平衡，中压、低压蒸气宜实现梯级利用，合理利用装置自产蒸气，溶液循环泵、主风机、中压锅炉给水泵、循环水泵宜采用背压式气轮机驱动。汽轮机排出的背压蒸气经减温后进入低压蒸气系统，向重沸器及其他需热点供热，将大大节约电量。
3.2选用先进节能设备
①脱硫装置的贫/富液换热器采用板式换热器，大大提高了热量回收率，减少了循环冷却水用量和富液再生蒸气耗量，降低了工厂能耗。②蒸气凝结水回收采用凝结水回收器，提高凝结水回收压力，减少凝结水二次蒸发损失，提高了回收率。③选用效率高的锅炉，热效率达90%。
3.3回收可利用能源
①将脱硫装置和脱水装置的闪蒸气回收用作燃料气，以降低燃料气消耗。②甘醇吸收法脱水工艺中，若汽提气用量较大，应根据将含水汽提气回收利用。③脱水装置在贫液循环泵前设置贫/富液换热器，有效地回收了部分热量，减少了贫液冷却的循环冷却水用量和富液再生的燃料气耗量，降低了工厂能耗。④根据尾气焚烧炉出口尾气量大、温度高、可回收热量大的实际情况，将该热量回收产生过热蒸气供装置使用。⑤将酸水汽提后的汽提水用作循环水装置的补充水，减少新鲜水用量，降低取水及水处理系统规模，降低能耗。
4.结语
高含硫天然气净化厂因H2S含量高，溶液循环量大，公用工程负荷大，需要的能量大，同时，因酸气量大，硫磺回收装置工艺过程将产生大量可回收利用的热能，节能的潜力巨大。优化工艺方案，尽量回收能量，合理利用热量，将大大降低工厂能耗，提高工厂经济效益是非常明显的。
参考文献
[1]王正权，王瑶，席红志，王毅，匡国柱.MDEA吸收法天然气脱硫过程节能途径探讨[J].天然气技术，2010（02）
[2]刘家洪，周平，陈运强，等1高含硫天然气净化厂硫磺回收尾气处理工艺[M].油气地面工程科技成果专辑，长春：吉林科学技术出版社，2004（4）
【关键词】天然气；脱硫装置；节能
在天然气净化工作中的开展节能措施工作，能够有效的降低能源消耗和生产成本，是天然气企业生产工作中的重中之重，而在天然气净化工程中脱硫单元的能耗占到整个生产过程中能耗的90%以上，所以做好脱硫装置的节能降耗工作对整体节能降耗工作有着非常重要的意义。
1.脱硫原理及工艺流程
1.1原理
原料气被分离掉其中的绝大部分杂质和游离水后，进入脱硫装置脱除其所含的H2S和部分CO2，从脱硫装置出来的湿天然气送至脱水装置进行脱水处理，脱水后的干净化天然气即产品天然气经输气管道外输至用户。与其它脱硫方法相比，甲基二乙醇胺（MDEA）脱硫法具有选择性好、解吸温度低、能耗低、腐蚀性弱、溶剂蒸汽压低、气相损失小、溶剂稳定性好等优点，是目前天然气工业中普遍采用的脱硫方法。但MDEA溶液的再生过程能耗较大，再生塔重沸器消耗了净化厂全厂蒸汽消耗总量的90%以上。因此，对脱硫工艺过程本身的能量进行合理而高效的回收利用是天然气脱硫工艺节能的重要途径。
1.2工艺流程
MDEA法脱硫工艺原料天然气在约20℃、4～7MPa条件下进入脱硫装置，在塔内 40～50℃、4～7MPa的低温高压条件下进行脱硫脱碳反应；吸收了酸气的富胺液（40～50℃、4～6MPa）从吸收塔底部抽出，经液位控制后压力降至约0.6MPa进入闪蒸罐；经液位控制从闪蒸罐底部抽出的富液经贫/富液换热器与从再生塔底来的贫液换热，温度升至约90℃后进入再生塔。再生塔顶酸气出口含有大量的潜在热能，温度为100～110℃，其中水蒸气含量约为70%。典型MDEA脱硫工艺使用风冷、水冷将其冷却至约40℃，冷却后酸气送至硫磺回收装置，液体部分回流至再生塔顶进行循环。在此过程中，水蒸汽的潜热不仅没有被有效回收利用，而且消耗了电能及大量循环冷却水。
2.换热器在MDEA脱硫单元中的应用
板式换热器在MDEA脱硫单元中的应用在天然气净化装置中，主要设备除吸收塔、再生塔外，贫富液换热设备也是保证脱硫工艺正常进行的重要环节。经液位控制从闪蒸罐底部抽出的富液经贫/富液换热器与从再生塔底来的120～130℃贫液换热，温度升至约90℃后进入再生塔。在典型工艺流程中，所有换热器均采用管壳式换热器或蛇管换热器，由于其传热系数较低，故各换热器的换热面积相对较大，因而装置占地面积较大。若能以传热效率高的换热器取代传统的低效换热器，无论是从投资角度还是从能耗角度考虑，对天然气净化装置都十分有利。由于板式换热器的散热量极少，热效率通常在90%以上，反映不出有太多的能量损失。高效板式换热器替代在役套管换热器是一种较为经济、合理的优化方案。
3.节能措施
3.1采用先进节能工艺
3.1.1应根据天然气的组成、压力和对产品气质量的要求，选用能耗低、经济效益好的脱硫工艺方法。采用溶剂吸收法脱硫时，宜选用溶液酸气负荷高的溶剂，以降低溶液循环量。对含二氧化碳与硫化氢比例高的原料气，在二氧化碳含量已符合产品气要求时，宜选用对硫化氢具有选择性的溶剂，如甲基二乙醇胺（MDEA）及配方溶液。溶液循环量少，则贫胺液增压的电力消耗、冷却贫胺液耗用的循环冷却水量及再生胺液的蒸气消耗量均较低。同时，酸气量少，酸气浓度高，硫磺回收装置过程气量少，过程气再热等过程能耗低。另外，进入尾气处理装置的尾气量少，则尾气处理装置在线炉加热消耗的燃料气小，溶液循环量小，溶液循环泵消耗的电能低。再则进入焚烧炉的尾气量少，焚烧炉消耗的燃料气小，节能效果明显。
3.1.2适当降低硫磺回收装置的配风量，提高硫磺回收装置出口尾气中还原气量，确保尾气中的还原气量能满足尾气处理装置加氢反应的需要，在线炉仅起进加氢反应器前尾气的再热作用，燃料气采用等当量燃烧，减少尾气处理装置在线炉的燃料气消耗。
3.1.3根据全厂蒸气量的平衡，中压、低压蒸气宜实现梯级利用，合理利用装置自产蒸气，溶液循环泵、主风机、中压锅炉给水泵、循环水泵宜采用背压式气轮机驱动。汽轮机排出的背压蒸气经减温后进入低压蒸气系统，向重沸器及其他需热点供热，将大大节约电量。
3.2选用先进节能设备
①脱硫装置的贫/富液换热器采用板式换热器，大大提高了热量回收率，减少了循环冷却水用量和富液再生蒸气耗量，降低了工厂能耗。②蒸气凝结水回收采用凝结水回收器，提高凝结水回收压力，减少凝结水二次蒸发损失，提高了回收率。③选用效率高的锅炉，热效率达90%。
3.3回收可利用能源
①将脱硫装置和脱水装置的闪蒸气回收用作燃料气，以降低燃料气消耗。②甘醇吸收法脱水工艺中，若汽提气用量较大，应根据将含水汽提气回收利用。③脱水装置在贫液循环泵前设置贫/富液换热器，有效地回收了部分热量，减少了贫液冷却的循环冷却水用量和富液再生的燃料气耗量，降低了工厂能耗。④根据尾气焚烧炉出口尾气量大、温度高、可回收热量大的实际情况，将该热量回收产生过热蒸气供装置使用。⑤将酸水汽提后的汽提水用作循环水装置的补充水，减少新鲜水用量，降低取水及水处理系统规模，降低能耗。
4.结语
高含硫天然气净化厂因H2S含量高，溶液循环量大，公用工程负荷大，需要的能量大，同时，因酸气量大，硫磺回收装置工艺过程将产生大量可回收利用的热能，节能的潜力巨大。优化工艺方案，尽量回收能量，合理利用热量，将大大降低工厂能耗，提高工厂经济效益是非常明显的。
参考文献
[1]王正权，王瑶，席红志，王毅，匡国柱.MDEA吸收法天然气脱硫过程节能途径探讨[J].天然气技术，2010（02）
[2]刘家洪，周平，陈运强，等1高含硫天然气净化厂硫磺回收尾气处理工艺[M].油气地面工程科技成果专辑，长春：吉林科学技术出版社，2004（4）