陳道兵 張慶

摘 要：MDEA選擇性脫硫造成凈化氣H2S超標(biāo)的一系列因素問題，近年來隨著甲基二乙醇胺（MDEA）溶液在石油化工行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，企業(yè)對(duì)MDEA濕法脫硫工藝的安全、平穩(wěn)、節(jié)能運(yùn)行控制度要求越來越高。西北油田三號(hào)聯(lián)輕烴處理站MDEA脫硫工藝裝置因吸收溫度過高導(dǎo)致脫硫不合格，通過對(duì)系統(tǒng)溫度精度控制的改造，而制冷冰機(jī)控溫使脫硫合格從而為推廣應(yīng)用提供可靠的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：MDEA;制冷冰機(jī);溫度;脫硫效果

1 前言

甲基二乙醇胺（MDEA）屬于水溶性烷基醇胺，目前作為脫硫劑被廣泛應(yīng)用于煉廠氣和油田含硫氣脫硫領(lǐng)域，主要緣于其本身在H2S和CO2共存的場(chǎng)合，具有選擇性脫除H2S的優(yōu)點(diǎn)，但容易發(fā)泡也是醇胺類溶劑所固有的特性、溫度等參數(shù)控制不穩(wěn)造成降解，溫度控制波動(dòng)大及胺液發(fā)泡引發(fā)系統(tǒng)脫硫不穩(wěn)定并引起一系列問題。所以對(duì)于目前系統(tǒng)的狀況，通過分析原因，針對(duì)性的提出優(yōu)化措施和技術(shù)改造關(guān)乎行業(yè)胺液系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵。

MDEA的性質(zhì)和用途。MDEA即甲基二乙醇胺，分子式為CH3-N（CH2CH2OH）2，無色透明或微黃色液體，沸點(diǎn)246-248℃，閃點(diǎn)260℃，密度（20℃下）1038-1041kg/m3，汽化潛熱（101.325kPa下）419kJ/kg;能與水、醇混溶，微溶于醚。在一定條件下，能很好的吸收H2S、CO2等酸性氣體，且反應(yīng)熱小、解吸溫度低。MDEA為叔胺，呈弱堿性，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，幾乎不降解變質(zhì)。由于以上特性，MDEA已被作為一種優(yōu)良的化學(xué)吸收劑廣泛用于氣體凈化工業(yè)。

①原料氣提濃H2S回收硫磺，可節(jié)省投資和操作費(fèi)用;②脫除煉廠氣、天然氣和煤氣尾氣中的H2S，以達(dá)排放要求，解決環(huán)保問題。

2 概述胺液脫硫系統(tǒng)及現(xiàn)狀

2.1 主要參數(shù)工藝流程

西北油田三號(hào)聯(lián)輕烴處理站凈化工藝采用MDEA+自循環(huán)LO-CAT工藝進(jìn)行脫硫及硫磺回收，其處理規(guī)模為50×104m3/d，H2S含量為2980mg/m3，吸收劑選用35%（wt）的MDEA溶液，設(shè)計(jì)溶劑的循環(huán)量為25m3/h。設(shè)計(jì)要求經(jīng)過MDEA吸收塔之后的天然氣中硫化氫含量≤10ppm。

2.1.1 MDEA脫硫裝置的氣工藝流程

由原料氣壓縮機(jī)一級(jí)壓縮后的含硫天然氣經(jīng)重力分離器、過濾分離器后，進(jìn)入MDEA吸收塔的下部，與由塔上部進(jìn)塔的MDEA貧液逆流接觸器，天然氣中的幾乎全部硫化氫及部分二氧化碳組分被MDEA貧液吸收進(jìn)入液相從而脫除。脫硫后的濕凈化天然氣自塔頂經(jīng)凈化器分離、捕集出攜帶的少量脫硫溶劑后進(jìn)入二級(jí)增壓后去輕烴回收單元。吸收含硫天然氣中上訴酸性組分的MDEA富液自塔底排出，經(jīng)MDEA富液管線上設(shè)置的吸收塔底液位調(diào)節(jié)閥節(jié)流降壓后，進(jìn)入閃蒸罐閃蒸和氣液分離，依次進(jìn)預(yù)過濾器、活性炭過濾器和后過濾器，進(jìn)行再生前的溶液凈化。

2.1.2 MDEA溶液過程部分流程

過濾凈化后的MDEA富液進(jìn)貧富液換熱器，與來自再生塔再生后的MDEA貧液進(jìn)行貧富液進(jìn)行逆流換熱，對(duì)貧液進(jìn)行冷卻。換熱后的MDEA貧液溫度降至57℃;MDEA富液溫度則升高至95℃后由再生塔上部進(jìn)塔，在塔內(nèi)熱動(dòng)力推動(dòng)下解析出吸收的含硫天然氣的酸性組分從而降低其酸氣負(fù)荷，恢復(fù)脫硫活性成為MDEA貧液后由再生塔下部出塔，解析出的酸氣由塔頂出塔進(jìn)入硫磺回收部分。貧液出塔后先經(jīng)經(jīng)過貧富液換熱、貧液空冷器冷卻后由胺液循環(huán)泵升壓至1.40MPa，再次去吸收塔和閃蒸罐頂部循環(huán)利用。

2.2 目前實(shí)際生產(chǎn)情況

天然氣氣量：50×104m3/d;原料氣H2S含量：3000mg/m3左右;夏季脫硫溫度：45～56℃;夏季凈化氣H2S含量：60mg/m3;冬季凈化氣H2S含量：<20mg/m3;輕烴站原料氣經(jīng)壓縮機(jī)一級(jí)增壓后，經(jīng)壓縮機(jī)空冷器冷卻至35℃，但從4月份～10月份期間干式空冷器冷卻天然氣溫度基本上在45～56℃之間。根據(jù)近年來的運(yùn)行數(shù)據(jù)，天然氣溫度超過40℃后，脫硫基本上就不會(huì)合格。根據(jù)生產(chǎn)報(bào)數(shù)據(jù)得出結(jié)論圖表1。

凈化氣中H2S質(zhì)量濃度隨吸收塔溫度的降低而減少，這是因?yàn)镸DEA溶液吸收H2S為放熱過程，吸收塔溫度越低，脫硫效果越好。當(dāng)吸收塔溫度超過40℃時(shí)，溫度每降低5℃，凈化氣中H2S質(zhì)量濃度約降低50mg/m3，此時(shí)，溫度對(duì)凈化氣中H2S質(zhì)量濃度的影響較為顯著。當(dāng)吸收塔溫度低于40℃時(shí)，溫度每降低5℃，凈化氣中H2S質(zhì)量濃度僅降低約10mg/m3，故溫度對(duì)凈化氣中H2S質(zhì)量濃度影響非常小，通過取樣現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)化驗(yàn)。目前，夏季吸收塔操作溫度為47～50℃。由圖1可以看出，脫硫進(jìn)氣溫度、貧液溫度偏高是該裝置凈化不徹底的主要原因之一。

因此，為了將天然氣進(jìn)入MDEA吸收塔溫度降低至40℃以下，需要新增其他形式的冷卻器來冷卻吸收塔進(jìn)口的天然氣、循環(huán)液。因此，為了解決目前存在問題，消除安全隱患，對(duì)存在問題進(jìn)行改造是非常必要的。

3 吸收塔氣液溫度的措施優(yōu)化

根據(jù)目前天然氣處理量為50×104m3/d彈性操作10%，

硫化氫含量在2980-3500mg/m3之間，天然氣脫硫系統(tǒng)MDEA胺液循環(huán)量為19m3/h，胺液循環(huán)泵設(shè)計(jì)排量為31.2m3/h，吸收塔為φ1600H=23150，再生塔為φ800H= 20000，貧富液換熱器負(fù)荷為1700kW，再生塔重沸器熱負(fù)荷為1200kW，過濾器處理能力為31.2m3/h，再生塔冷凝器負(fù)荷為324kW。經(jīng)核算，在氣量不發(fā)生大的增加情況，目前系統(tǒng)還是能承受一定硫化氫含量波動(dòng)的。為此輕烴站新建610kW天然氣冰機(jī)1座，主要用于冷卻吸收塔原料氣和貧胺液。

3.1 新增預(yù)冷冰機(jī)流程改造

3.1.1 含硫天然氣流程

流程描述：一級(jí)壓縮機(jī)來的原料氣經(jīng)壓縮機(jī)空冷器冷卻后溫度在45～56℃，進(jìn)入新建預(yù)冷機(jī)蒸發(fā)器冷卻，經(jīng)制冷劑降溫至35℃后進(jìn)入酸氣預(yù)分離器。

3.1.2 貧胺液流程

流程描述：胺液循環(huán)泵來的貧胺液50～55℃進(jìn)入新建預(yù)冷機(jī)蒸發(fā)器冷卻，經(jīng)制冷劑降溫至40℃后進(jìn)入MDEA吸收塔，進(jìn)入后續(xù)處理流程。

MDEA吸收塔（TF-T-1101A）（塔頂45℃，0.68MPa，塔底50℃，0.69MPa），且吸收塔塔液位（1300mm）穩(wěn)定后，在塔天然氣出口壓力表（PG1148A）處做取樣分析，直至硫化氫含量合格（≤10ppm）。

3.2 機(jī)組調(diào)試情況

預(yù)冷冷機(jī)試運(yùn)行調(diào)試，投入部分原料天然氣進(jìn)預(yù)冷機(jī)蒸發(fā)器，倒入胺液胺液循環(huán)量23m3/h，R134A制冷劑總計(jì)56桶;分別對(duì)各階段天然氣量、貧胺液量、負(fù)荷、進(jìn)行測(cè)試，一臺(tái)制冷壓縮機(jī)運(yùn)行調(diào)試，當(dāng)1臺(tái)螺桿壓縮機(jī)100%負(fù)荷滿足不了制冷工況時(shí)，第二臺(tái)螺桿壓縮機(jī)自動(dòng)啟機(jī)運(yùn)行進(jìn)行分程控制;機(jī)組冷凝器由兩組32臺(tái)風(fēng)機(jī)根據(jù)冷媒高壓數(shù)據(jù)進(jìn)行階段控制;天然氣、貧胺液制冷溫度可根據(jù)環(huán)境溫度、工藝溫度進(jìn)行設(shè)定，以適應(yīng)冬夏、晝夜溫差的變化。壓縮機(jī)可根據(jù)工況進(jìn)行25%、50%、75%、100%加減載控制，設(shè)定精度在±2℃范圍內(nèi)。

4 應(yīng)用效果

通過冷機(jī)對(duì)天然氣、貧胺液在蒸發(fā)器的溫度控制分別為35℃、38℃的精確控制能夠保證MDEA吸收塔塔頂氣中硫化氫含量≤10ppm/m3，機(jī)組最高運(yùn)行負(fù)荷75%，仍有25%冗余量。

通過溫度的精準(zhǔn)控制，可以將胺液循環(huán)量由原來的20t/h降低到17t/h，能耗可降低約20%，同時(shí)預(yù)冷機(jī)組一次加注R134A基本不用補(bǔ)充，換熱器熱載體走殼程檢修清理周期長(zhǎng)，螺桿式壓縮機(jī)維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單運(yùn)行平穩(wěn)操作強(qiáng)度低，適用于輔助性制冷工況場(chǎng)合。

5 總結(jié)

MDEA溶液適用于處理含有H2S、CO2及其他微量雜質(zhì)的酸性廢氣，并具有很高的選擇性;控制溶液中MDEA的濃度，降低塔高、采用較低的操作壓力和較低的吸收溫度有利于選擇性吸收H2S氣體;通過對(duì)輕烴站脫硫裝置參數(shù)分析可知，凈化氣中H2S質(zhì)量濃度不達(dá)標(biāo)的主要原因?yàn)椋禾烊粴庵蠬2S含量增加、天然氣進(jìn)脫硫裝置的入口溫度高以及因MDEA再生不完全造成MDEA貧液中H2S質(zhì)量濃度偏高，減少外屆因素造成胺液的污染，定期對(duì)貧胺液進(jìn)行濃度檢測(cè)，在濃度較低時(shí)及時(shí)補(bǔ)充新胺液并做好數(shù)據(jù)跟蹤;合理調(diào)整MDEA系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)，尤其關(guān)注各壓力、溫度的變化，盡可能向設(shè)計(jì)參數(shù)靠攏，只要控制好進(jìn)料污染源、選用高效過濾裝置、富液再生合格、及時(shí)添加配比濃度、補(bǔ)充合格的脫鹽水（凈化水）控制好壓力溫度，裝置運(yùn)行低耗、高效、安全都能得到有效保障。

參考文獻(xiàn)：

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