石武斌

摘 要：伴隨著我國經(jīng)濟(jì)與科技力量的雙重騰飛，人們的生活水平顯著上升，但是能源的消耗也是與日俱增，能源消耗的增加對秉承可持續(xù)發(fā)展的國家來說是一項(xiàng)重大的挑戰(zhàn)。能源短缺又是束縛國家經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步增長的重要因素，所以在這種關(guān)鍵發(fā)展階段，節(jié)約能源降低耗能成為了解放經(jīng)濟(jì)束縛的重要途經(jīng)。我國地大物博，但是對于能源的利用率相較于發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)水平低了十多個(gè)百分點(diǎn)，因此，探究高含硫天然氣凈化節(jié)能措施和方法，對推進(jìn)凈化廠的可持續(xù)發(fā)展有著不可忽視的影響。

關(guān)鍵詞：高含硫天然氣;節(jié)能措施; 凈化

1 回收可利用資源

高含硫天然氣與低含硫天然氣相比，原料氣中H2S和CO2的含量較高，為了保證使用天然氣后排出的氣體不進(jìn)一步污染環(huán)境，國內(nèi)采用脫硫脫碳技術(shù)和硫磺回收技術(shù)來進(jìn)行凈化。我國的氣田規(guī)模大、儲(chǔ)量多，而且原料氣中雜質(zhì)含量多，傳統(tǒng)的方法難以完全清除雜質(zhì);而硫磺回收尾氣中含硫量較高，必須設(shè)置尾氣處理裝置，所以工藝流程長，耗能較多，但是脫硫后的酸氣含有較多的硫化氫，硫磺回收裝置可以將其轉(zhuǎn)化成可以利用的硫，這樣，硫副產(chǎn)物的量就會(huì)降低，二氧化碳的排放量也會(huì)大大減少。近年來，國家油氣田開放量越來越大，天然氣的產(chǎn)量也在不斷增加，天然氣中所含的硫化氫的含量也在不斷上升，所以硫磺回收裝置的有效合理利用甚至能夠影響硫磺的產(chǎn)量。此外從環(huán)境保護(hù)的角度來看，硫磺回收裝置的技術(shù)水平能夠減少尾氣中二氧化硫的排放量。

從設(shè)備的耗能關(guān)系來看，針對處理裝置轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的高負(fù)荷運(yùn)作、硫磺回收裝置可回收能量高的特點(diǎn)，脫硫裝置的溶液循環(huán)泵可以采用能量回收透平驅(qū)動(dòng)，回收高壓富胺液的部分能量。通過對凈化廠的蒸汽平衡和能耗設(shè)備的具體情況分析，準(zhǔn)確合理定位高低位熱能，充分發(fā)揮蒸汽帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備和加熱設(shè)備的熱源，進(jìn)行合理的利用。

高含硫天然氣凈化廠中主要的耗能設(shè)備包括脫硫裝置、脫水裝置、硫磺回收裝置、尾氣處理裝置、鍋爐房以及酸水汽提裝置。在這其中，主要的耗能工質(zhì)是蒸汽、電、循環(huán)水，高含硫天然氣凈化廠相較于低含硫天然氣凈化廠的能耗量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越的，但是能源利用率卻在30%左右，所以節(jié)能的潛力是巨大的。首先，從最簡單的脫除有機(jī)硫的工藝技術(shù)路線來看，原料氣經(jīng)過脫硫裝置后有兩條路徑，一條是經(jīng)過脫水裝置后產(chǎn)生的產(chǎn)品氣，在下文中進(jìn)行節(jié)能講述;另一條是經(jīng)過硫磺回收裝置時(shí)，使用的酸氣是來自后續(xù)工藝也就是尾氣處理裝置和酸水氣體裝置中產(chǎn)生的。而在不需要脫除有機(jī)硫的工藝中，尾氣處理裝置中的半貧液可以用在脫硫裝置中。

在脫硫裝置中，再生塔重沸器主要依靠蒸汽提供能量，在此處可以通過加熱溶液來達(dá)到再生的目的;在再生塔回流泵中，溶液的循環(huán)量大，富液壓力高，可以充分的利用可回收的壓力能;在硫磺回收裝置中，再熱爐可以回收工藝裝置產(chǎn)生的富余蒸汽，優(yōu)化蒸汽平衡，充分的利用熱能，可以優(yōu)先考慮利用蒸汽加熱;在尾氣處理裝置中，焚燒爐出口尾氣量大，溫度高，可以將熱量回收產(chǎn)生過熱蒸汽供裝置使用。

上述是降低能耗的辦法，然而在高含硫天然氣凈化廠中，循環(huán)水的利用更加普遍。甘醇吸收法脫水工藝中，可以將含水汽提氣回收利用起來;將酸水汽提后的汽提水用作循環(huán)水裝置的補(bǔ)充水，可以減少新鮮水的用量;尾氣回收裝置的貧胺液、酸水和冷卻水可以采用空冷加水冷的冷卻方案，可以盡量節(jié)約用水;污水處理達(dá)標(biāo)后還可以回收利用，減少新鮮用水量還可以減少污水排放量;在回收脫硫裝置大修時(shí)首次清洗水用作MDEA溶液循環(huán)系統(tǒng)的補(bǔ)充用水，能夠減少凝結(jié)水的用量，在此處減少了水的用量。

2 減少耗能損失

在高含硫天然氣凈化廠的設(shè)備中，能量損耗是不可忽視的。所以在節(jié)能的大前提下，減少能量的損失也是節(jié)能的一部分。首先，選用高效率的絕熱材料可以將保溫結(jié)構(gòu)有效的完善，能夠減少管道和設(shè)備的散熱，減少能耗，能夠大幅度的提升能量的利用率。再者選用先進(jìn)的節(jié)能型的設(shè)備，降低設(shè)備的自身消耗。圍護(hù)結(jié)構(gòu)可以采用導(dǎo)熱系數(shù)低的材料，門窗選用氣密性良好或者增加密封條，將密封性提升到國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定?？s短氣和液流管道的長度能夠減少熱損失，同時(shí)設(shè)備應(yīng)當(dāng)具有良好的保溫措施。自備電廠的選址應(yīng)當(dāng)適當(dāng)接近用電場所，導(dǎo)線的材料也應(yīng)當(dāng)根據(jù)電流密度決定，減少電流運(yùn)輸中的電能損耗。

在損耗方面可以選用消耗能量較少的材料外，還可以選擇使用先進(jìn)的節(jié)能設(shè)備來減少能量損耗。脫硫裝置貧/富液換熱器可以選擇板式換熱器，可以在減少冷卻水用量的前提下，減少富液再生蒸汽的用量;選用高效率的鍋爐可以提升熱效率;采用凝結(jié)水回收器能夠增強(qiáng)凝結(jié)水的回收壓力，減少蒸發(fā)損失，回收率能夠上升。同樣的，選擇廠址接近氣田也能夠保證運(yùn)輸管道的安全，減少損耗。

3 優(yōu)化工藝設(shè)備降低能耗

根據(jù)天然氣的組成和產(chǎn)品的氣質(zhì)量的要求，可以選擇能耗低而且效益好的脫硫工藝方法，從板式換熱器舉例，具有換熱效率高、熱損失小、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、使用壽命長的特點(diǎn)。在相同的壓力損失的情況下，他的導(dǎo)熱系數(shù)比管式換熱器高出3-5倍，熱回收效率也是在90%以上。而且因?yàn)楦吆蛱烊粴獾膿Q熱負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于低含硫天然氣，所以傳統(tǒng)的換熱器經(jīng)常出現(xiàn)腐蝕穿孔情況，而板式換熱器能夠在相同的負(fù)荷情況下工作，并且數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于列管換熱器，能夠大幅度的減輕維修工作。

在脫硫裝置中，再生塔回流泵可以采用選擇性好的脫硫工藝，這樣能夠降低塔頂?shù)乃釟饬?，減少回流量;循環(huán)泵可以選用效率較好、性價(jià)比較高的泵，能夠有效的利用電能;在硫磺回收裝置中，配風(fēng)量可以略微減少，這樣可以提高出口尾氣的還原氣量，確保滿足加氫反應(yīng)的條件;根據(jù)蒸汽量的平衡，合理利用裝置分配蒸汽的高壓、中壓和低壓，舉例說明，當(dāng)有中壓蒸汽可以利用在硫磺回收裝置過程氣再熱上;冷卻器可以選用空氣冷卻器，這樣在氣溫較低和負(fù)荷較少的情況下，可以選擇關(guān)閉一些空氣冷器風(fēng)機(jī)。

目前來看，高含硫天然氣凈化裝置主要存在以下問題，第一，產(chǎn)品天然氣的質(zhì)量過剩，氣液比遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過預(yù)期水平，胺液循環(huán)量過剩。針對這一問題，可以對原料氣負(fù)荷進(jìn)行提升，原料氣處理量在128km3/h時(shí)裝置的綜合耗能量最低;第二，MDEA溶液再生系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽量非常的有限，所以在這里要對MDEA溶液循環(huán)量進(jìn)行優(yōu)化處理，當(dāng)然大前提不能能變動(dòng)，產(chǎn)品氣質(zhì)量和尾氣的排放標(biāo)準(zhǔn)要符合國家規(guī)定，適當(dāng)?shù)慕档蚆DEA溶液的循環(huán)量，不僅僅可以降低電能的能耗，還可以降低胺液的再生蒸汽用量;第三，尾氣焚燒系統(tǒng)的能量消耗過高，原定的焚燒爐的溫度在650°，但是略微降至638°，燃料氣就可以每小時(shí)減少169m3;最后一條，蒸汽管網(wǎng)損失嚴(yán)重，無論在中壓還是低壓的情況下，管網(wǎng)損失都在10%以上，低壓條件下甚至達(dá)到了30%以上，而此時(shí)可以采用的優(yōu)化措施包括：加強(qiáng)保養(yǎng)、減少蒸汽放空，提升疏水閘的性能。

4 加強(qiáng)科技創(chuàng)新力度，從技術(shù)層面減少耗能

除了現(xiàn)有階段的減少能耗的方法，天然氣凈化發(fā)展也是值得重視的一件大事。從長遠(yuǎn)的發(fā)展趨勢可以看出，商品氣質(zhì)量的提升可以帶動(dòng)凈化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，兩者是相互輔助相互推進(jìn)的。而溶液的系列化趨勢也是呈現(xiàn)出良好的發(fā)展勢頭，也就意味著低排放、節(jié)能環(huán)保的新工藝可以不斷地發(fā)展問世。

伴隨著老氣井的挖潛和新氣井的不斷地開發(fā)，目前看來，我國的原料氣的氣質(zhì)也是逐漸復(fù)雜化，那么如何在除去雜質(zhì)的基礎(chǔ)上有效的減少烴類的損失，是現(xiàn)在的基本問題，也是目前科技的難題。常規(guī)的MDEA溶液已經(jīng)不再是萬能的解決問題的辦法，設(shè)計(jì)合成具有特殊功能的有機(jī)胺是十分重要的科技問題。首先在分析出具有特定功能的分子結(jié)構(gòu)以及理化特征后，在利用計(jì)算機(jī)輔助運(yùn)算，生成醇胺類官能團(tuán)的數(shù)據(jù)庫，再將醇胺類分子結(jié)構(gòu)上模擬添加官能團(tuán)，最后設(shè)計(jì)合成路線實(shí)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)物的制備。這樣在研究過程中可以減少人力物力，還能夠脫除雜質(zhì)，實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約利用。

隨著科技力量的逐步發(fā)展，天然氣等能源的利用也將越來越廣泛，而目前的天然氣中仍然含有較多的硫化氫和二氧化碳，在滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，天然氣的科技人員仍然需要不斷地探索新興的凈化技術(shù)，發(fā)展相應(yīng)的設(shè)備，減少能量損失。這樣才能夠順應(yīng)國家的發(fā)展趨勢，保證高含硫天然氣凈化工作的順利發(fā)展。

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