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摘 要：由于实际进厂原料气的酸气含量与设计酸气含量的差异，相关的工艺参数需要作出相应调整。其中胺液循环量、再生塔顶回流比、吸收温度、吸收压力对脱硫效果有很大影响。本文对现气质条件下胺液循环量的控制进行了分析，并对再生塔顶回流比及其他关键操作参数控制作了探讨。按调整后的工艺参数运行的装置表现出良好的脱硫效果和达到了节能减排的目的。
关键词：气质条件 胺液循环量 再生塔顶回流比 调整
一、装置概况
龙王庙组气藏300万试采净化厂工程脱硫撬装装置于2013年5月15日开始安装，于2013年10月24日竣工，并于2013年10月30日投入生产。 脱硫装置单元编号为1100（III），装置的设计处理能力为日处理300×104 m3 （体积基准为20℃、101.325kPa，下同）的原料天然气，装置操作弹性50%～100%，年生产时间为8000小时。
但由于原料气酸气含量的变化，装置运行的相关参数需要作出相应的调整。表1对原料气气质条件设计值和实际值作了比较。
二、工艺流程
原料气经分离器除去游离的液滴及夹带的固体杂质后进入吸收塔第18、14和12层塔盘（多层塔盘进入增大气液接触面积），气体在塔内自下而上地与CT8-5溶液逆流接触而脱除其中的酸性气体组分，出吸收塔的净化气经分离器后去脱水装置。
吸收塔排出的富液先经闪蒸罐，尽可能闪蒸出溶解于脱硫溶液中的烃类后，以避免损失原料气中所含的烃类组分和影响再生酸气质量。经液位控制从闪蒸罐底部抽出的富液进入胺液预过滤器除去溶液中的机械杂质，进入活性炭过滤器和胺液后过滤器进行过滤，除去溶液中变质、降解产物以及可能夹带的细小活性炭颗粒。之后经贫/富液换热器与从再生塔底来的贫液换热，升温后进入再生塔第18块板，自上而下流动，与塔内自下而上的蒸汽逆流接触，上升蒸汽汽提出富液中的H2S和CO2气体。再生热量由再生塔重沸器提供。
再生塔底部排出的贫液经贫/富液换热器及冷却器，冷却后返回吸收塔上部。再生出来的酸气和水蒸气出塔后经冷凝和冷却。冷凝水作为回流液返回再生塔，分离出的酸气则送往硫磺回收装置。
三、分析与讨论
1.胺液循环量的控制分析
溶液循环量是在一定酸气流量下，为达到吸收效果，单位时间需要的溶液量（m3/h）。它是影响净化结果和过程经济性的首要因素，也是操作过程中最容易调节的工艺参数。
设计进厂原料气中H2S摩尔含量为1.0588%，CO2摩尔含量3.28%。而实际上我们进厂原料气中H2S摩尔含量为0.57%，CO2摩尔含量为2.0%，酸气流量为124km3/h，由于酸气组分含量的变化，设计的胺液循环量95 m3/h应作出相应的调整。
实际生产中CT8-5（主要成分为MDEA，下文按MDEA估算）溶液浓度等操作条件不变时，提高溶液循环量便增加了气液两相的接触时间，也增加了溶液吸收CO2的量， CO2的共吸收率上升，但是能耗也增大。而降低溶液循环量意味着装置能耗下降，直接影响经济效益。为了满足生产的需要，对胺液循环量调整值作了如下估算：
现气质条件为：原料气处理量为： 300×104m3/d；温度20℃；压力为5.0MPa；H2S摩尔含量为0.57%；CO2摩尔含量为2.0%；酸气流量为124km3/h。
每小时天然气的处理量为：
气体吸收过程中非酸性组分假设不被吸收，则其摩尔流量为：
kmol/s
MDEA的酸气负荷由《天然气利用手册》和《天然气加工工程》可查，通常取0.5kmol酸气/kmolMDEA， 45%的MDEA溶液相当于含3.882kmol（MEDA）/m3（溶液）；
单位时间内H2S的处理量为：
胺的循环量：
为了保证运行安全和达到处理要求，胺的循环量需留有一定安全欲度，这里取75m3/h.
其中：G—原料气惰性组分流量，kmol/h；
q—MDEA酸气负荷，mol/mol；
CM—MDEA的摩尔浓度，kmol/m3。
经过计算，现有气质条件下的溶液循环量应调整到75 m3/h。调整溶液循环量和蒸汽用量时应缓慢进行，分步到位，以便影响装置的平稳运行。先将溶液循环量调整到位后，再将蒸汽调整到位，调整蒸汽时，应保证再生塔顶温度在105℃左右。
2.再生塔顶回流比的分析
由冷凝器来的塔顶产物进入回流罐，在罐内酸气和冷凝水分离。酸气经捕雾器除去夹带液滴后送往硫磺回收装置或放空灼烧，冷凝水作为回流液返回再生塔。水摩尔数与酸气摩尔数之比称为回流比。
贫液质量影响酸气的吸收率，而贫液质量与再生塔顶回流比有关。在再生塔底温度不变的情况下，提高蒸汽流率就提高了再生塔顶回流比，贫液中H2S含量也随之下降。《天然气处理与加工》表明装置在其他条件不变时，回流比为0.8～1.0时贫液中H2S含量很低，进一步加大回流比对改善贫液质量的效果就不太明显，反而增加蒸汽消耗；但回流比也不宜控制过低，否则贫液中的H2S含量就急剧上升。
关于再生塔顶回流比计算如下：
目前操作过程中送入回收单元酸气量为1645.4 m3/h，回流液的量为2554 m3/h，再生塔顶温度110℃（偏高）。
实际回流比。
由此可以看出虽然贫液质量虽好但蒸汽量大，增加了能耗。应当适当降低蒸汽流率，以降低再生塔顶回流比，达到节能减排效果，调整时应缓慢进行，分步到位，同时要注意再生塔顶回流罐压力，并保证再生塔顶温度在105℃左右，以保证装置的正常运行。
3.其他控制条件的分析
H2S和CO2在MDEA水溶液中主要化学反应为：
R3N + H2S ? R3NH+ + HS- + Q；
R3N + HS- ? R3NH+ + S2-；
R3N + CO2 + H2O ? R3NH+ + HCO3- + Q；
R3N + HCO3- ? R3NH+ + CO32-。
（上式中，R3N表示MDEA。）
由于H2S和CO2与MDEA溶液中发生的反应是放热可逆反应，因此在低温高压下，有利于反应向右进行，利用此特点，在吸收塔内使几乎全部的H2S和部分CO2从原料气中脱除，从而实现净化天然气的目的；在高温低压下，有利于反应从右向左进行，利用此特点，在再生塔内使H2S和CO2从溶液中解析出来，使溶液得以再生，以便循环使用。
四、结论与建议
由前面分析结果可知，由于进厂原料气中酸气含量的变化，相关工艺参数如溶液循环量应当调整到75 m3/h左右，再生塔顶回流比应当适当降低，通过降低蒸汽量来调整，从而达到节能减排的目的。另外，严格按照工艺参数一览表控制溶液温度、液位、流量和气体的压力、流量，以保证装置平稳运行。最后，加强对相关数据的分析化验并做好记录，以便为工艺参数的调整提供依据。
参考文献：
[1]朱利凯，陈庚良. 天然气处理与加工. 北京：石油工业出版社，1997
[2]徐文渊，蒋长安. 天然气利用手册. 中国石化2006.10
[3]诸林. 天然气加工工程. 石油工业出版社2008.7
[4]魏顺安. 天然气化工工艺学. 化学工艺出版社 2008.1
关键词：气质条件 胺液循环量 再生塔顶回流比 调整
一、装置概况
龙王庙组气藏300万试采净化厂工程脱硫撬装装置于2013年5月15日开始安装，于2013年10月24日竣工，并于2013年10月30日投入生产。 脱硫装置单元编号为1100（III），装置的设计处理能力为日处理300×104 m3 （体积基准为20℃、101.325kPa，下同）的原料天然气，装置操作弹性50%～100%，年生产时间为8000小时。
但由于原料气酸气含量的变化，装置运行的相关参数需要作出相应的调整。表1对原料气气质条件设计值和实际值作了比较。
二、工艺流程
原料气经分离器除去游离的液滴及夹带的固体杂质后进入吸收塔第18、14和12层塔盘（多层塔盘进入增大气液接触面积），气体在塔内自下而上地与CT8-5溶液逆流接触而脱除其中的酸性气体组分，出吸收塔的净化气经分离器后去脱水装置。
吸收塔排出的富液先经闪蒸罐，尽可能闪蒸出溶解于脱硫溶液中的烃类后，以避免损失原料气中所含的烃类组分和影响再生酸气质量。经液位控制从闪蒸罐底部抽出的富液进入胺液预过滤器除去溶液中的机械杂质，进入活性炭过滤器和胺液后过滤器进行过滤，除去溶液中变质、降解产物以及可能夹带的细小活性炭颗粒。之后经贫/富液换热器与从再生塔底来的贫液换热，升温后进入再生塔第18块板，自上而下流动，与塔内自下而上的蒸汽逆流接触，上升蒸汽汽提出富液中的H2S和CO2气体。再生热量由再生塔重沸器提供。
再生塔底部排出的贫液经贫/富液换热器及冷却器，冷却后返回吸收塔上部。再生出来的酸气和水蒸气出塔后经冷凝和冷却。冷凝水作为回流液返回再生塔，分离出的酸气则送往硫磺回收装置。
三、分析与讨论
1.胺液循环量的控制分析
溶液循环量是在一定酸气流量下，为达到吸收效果，单位时间需要的溶液量（m3/h）。它是影响净化结果和过程经济性的首要因素，也是操作过程中最容易调节的工艺参数。
设计进厂原料气中H2S摩尔含量为1.0588%，CO2摩尔含量3.28%。而实际上我们进厂原料气中H2S摩尔含量为0.57%，CO2摩尔含量为2.0%，酸气流量为124km3/h，由于酸气组分含量的变化，设计的胺液循环量95 m3/h应作出相应的调整。
实际生产中CT8-5（主要成分为MDEA，下文按MDEA估算）溶液浓度等操作条件不变时，提高溶液循环量便增加了气液两相的接触时间，也增加了溶液吸收CO2的量， CO2的共吸收率上升，但是能耗也增大。而降低溶液循环量意味着装置能耗下降，直接影响经济效益。为了满足生产的需要，对胺液循环量调整值作了如下估算：
现气质条件为：原料气处理量为： 300×104m3/d；温度20℃；压力为5.0MPa；H2S摩尔含量为0.57%；CO2摩尔含量为2.0%；酸气流量为124km3/h。
每小时天然气的处理量为：
气体吸收过程中非酸性组分假设不被吸收，则其摩尔流量为：
kmol/s
MDEA的酸气负荷由《天然气利用手册》和《天然气加工工程》可查，通常取0.5kmol酸气/kmolMDEA， 45%的MDEA溶液相当于含3.882kmol（MEDA）/m3（溶液）；
单位时间内H2S的处理量为：
胺的循环量：
为了保证运行安全和达到处理要求，胺的循环量需留有一定安全欲度，这里取75m3/h.
其中：G—原料气惰性组分流量，kmol/h；
q—MDEA酸气负荷，mol/mol；
CM—MDEA的摩尔浓度，kmol/m3。
经过计算，现有气质条件下的溶液循环量应调整到75 m3/h。调整溶液循环量和蒸汽用量时应缓慢进行，分步到位，以便影响装置的平稳运行。先将溶液循环量调整到位后，再将蒸汽调整到位，调整蒸汽时，应保证再生塔顶温度在105℃左右。
2.再生塔顶回流比的分析
由冷凝器来的塔顶产物进入回流罐，在罐内酸气和冷凝水分离。酸气经捕雾器除去夹带液滴后送往硫磺回收装置或放空灼烧，冷凝水作为回流液返回再生塔。水摩尔数与酸气摩尔数之比称为回流比。
贫液质量影响酸气的吸收率，而贫液质量与再生塔顶回流比有关。在再生塔底温度不变的情况下，提高蒸汽流率就提高了再生塔顶回流比，贫液中H2S含量也随之下降。《天然气处理与加工》表明装置在其他条件不变时，回流比为0.8～1.0时贫液中H2S含量很低，进一步加大回流比对改善贫液质量的效果就不太明显，反而增加蒸汽消耗；但回流比也不宜控制过低，否则贫液中的H2S含量就急剧上升。
关于再生塔顶回流比计算如下：
目前操作过程中送入回收单元酸气量为1645.4 m3/h，回流液的量为2554 m3/h，再生塔顶温度110℃（偏高）。
实际回流比。
由此可以看出虽然贫液质量虽好但蒸汽量大，增加了能耗。应当适当降低蒸汽流率，以降低再生塔顶回流比，达到节能减排效果，调整时应缓慢进行，分步到位，同时要注意再生塔顶回流罐压力，并保证再生塔顶温度在105℃左右，以保证装置的正常运行。
3.其他控制条件的分析
H2S和CO2在MDEA水溶液中主要化学反应为：
R3N + H2S ? R3NH+ + HS- + Q；
R3N + HS- ? R3NH+ + S2-；
R3N + CO2 + H2O ? R3NH+ + HCO3- + Q；
R3N + HCO3- ? R3NH+ + CO32-。
（上式中，R3N表示MDEA。）
由于H2S和CO2与MDEA溶液中发生的反应是放热可逆反应，因此在低温高压下，有利于反应向右进行，利用此特点，在吸收塔内使几乎全部的H2S和部分CO2从原料气中脱除，从而实现净化天然气的目的；在高温低压下，有利于反应从右向左进行，利用此特点，在再生塔内使H2S和CO2从溶液中解析出来，使溶液得以再生，以便循环使用。
四、结论与建议
由前面分析结果可知，由于进厂原料气中酸气含量的变化，相关工艺参数如溶液循环量应当调整到75 m3/h左右，再生塔顶回流比应当适当降低，通过降低蒸汽量来调整，从而达到节能减排的目的。另外，严格按照工艺参数一览表控制溶液温度、液位、流量和气体的压力、流量，以保证装置平稳运行。最后，加强对相关数据的分析化验并做好记录，以便为工艺参数的调整提供依据。
参考文献：
[1]朱利凯，陈庚良. 天然气处理与加工. 北京：石油工业出版社，1997
[2]徐文渊，蒋长安. 天然气利用手册. 中国石化2006.10
[3]诸林. 天然气加工工程. 石油工业出版社2008.7
[4]魏顺安. 天然气化工工艺学. 化学工艺出版社 2008.1