醇胺法脱碳工艺参数中试实验与模拟优化

醇胺法脱碳已广泛应用于天然气净化工艺中,为了达到降能增效的目的,需要对醇胺法脱碳的工艺操作参数进行优化。在前期优选配方研究的基础上,笔者利用一套中试实验装置,分析中试实验操作参数变化对配方胺液吸收和再生效果的影响,得到较优的吸收和再生工艺操作参数范围。结合实验结果,采用HYSYS软件建模,对于不同CO_2含量的原料气在处理量为50Nm~3/h时进行醇胺法脱碳工艺参数的优化分析,确定在相应的醇胺循环量下最优的吸收温度为55℃、吸收压力为3.0 MPa、再生温度117℃、再生压力45kPa及不同CO_2含量的原料气处理量与醇胺循环流量的最大气/液比,为醇胺法脱碳的工业应用提供参考。     

MDEA脱碳装置模拟与优化

CO2脱除是天然气预处理等工业过程的重要工序之一,在天然气终端处理厂,特别是海上气田陆上终端,受气田开采周期及产量波动影响,装置通常分期建设,往往导致脱碳单元设计工况与实际工况偏差较大。针对实际工况合理选择操作参数对装置稳定运行、节能降耗及提高经济效益有重要意义。应用Aspen HYSYS软件对某天然气陆上终端一套采用MDEA工艺的脱碳装置进行了模拟及优化。对闪蒸塔压力、贫液及半贫液循环量配比等参数进行工况研究的结果表明:对于该装置,闪蒸塔压力由680 k Pa调整为830 k Pa,即富液压降为2 250 k Pa时,回收闪蒸气生产脱碳气,可以解决吸收塔底富液闪蒸气放空的问题;同时,贫液循环量由120 m3/h调整为100 m3/h,半贫液循环量调整为470 m3/h时能够有效降低脱碳工序能耗,增加脱碳气产量。研究结果对现场生产实现降本增效具有参考作用,闪蒸气回收方案在同类型装置中具有一定的推广性。     

半贫液工艺再生过程闪蒸及能耗模拟优化

半贫液工艺在天然气脱碳领域因能有效降低能耗而被广泛应用。笔者利用HYSYS软件建立了半贫液工艺流程模型,并通过与工厂天然气脱碳半贫液工艺中相关参数对比进行准确性验证。利用所建立的模型对半贫液工艺再生过程中的闪蒸及能耗进行了相关工艺参数影响规律探究。结果表明：对于闪蒸过程,醇胺溶液CO₂释放量随着闪蒸压力降低呈现增大趋势;吸收酸气负荷(二氧化碳/N-甲基二乙醇胺摩尔比,n(CO₂)/n(Amine))在大于0.65时对CO₂释放量影响较明显,CO₂释放量随着吸收压力升高呈现线性增长;吸收塔富液出塔温度低于353.15 K时,其温度变化对闪蒸过程影响占主导作用。对于再生能耗方面,当再沸器温度为387.15 K、半贫液分流比为0.85、富液进料温度为348.15 K、醇胺溶液循环量为46000 kmol/h时,在保证净化效果的同时再生能耗较低。     

MDEA吸收塔操作参数的优化

吸收塔作为脱碳装置中的核心设备,其设计选型是设计中的重点与难点。固定其他操作参数,分别研究贫液进吸收塔温度、MDEA循环量及再生塔底温度(贫液浓度)各单因素对吸收塔顶CO2含量及脱碳装置运行费用的影响,结果发现运行费用对三个因素均较敏感,尤其是贫液循环量及再生塔底温度的微小变化即会引起运行费用的大幅变化。将Box-Behnken响应曲面法应用于MDEA脱碳操作参数的优化,在净化天然气的同时可节省装置运行费用,优化后年运行费用可减少450万元。该方法可推广至同类项目的优化过程,为获取最优设计参数提供借鉴。     

高含CO2天然气胺法脱碳工艺设计

醇胺法作为目前比较成熟和可行的脱碳技术,存在再生能耗高的缺点。基于传统的胺法脱碳流程,设计出低能耗的新型三塔半贫液脱碳工艺,借助Aspen HYSYS 8.6流程模拟软件进行了新型三塔半贫液胺法脱碳流程关键工艺参数(吸收剂、贫液/半贫液分流比、再生塔温度和循环吸收剂总流量)的灵敏度优化分析。研究结果表明,与传统的胺法脱碳流程对比可知,最佳三塔半贫液胺法脱碳流程的总等量功降低了45.47%,且净化气中CO₂摩尔分数为1.97%,满足GB 17820-2018《天然气》对商品气的气质要求。      

影响N-甲基二乙醇胺脱碳装置二氧化碳吸收性能的工艺参数优化

基于N-甲基二乙醇胺(MDEA)脱碳工业装置,考察了贫胺液MDEA浓度、吸收塔贫胺液与合成气的质量比、吸收塔压力、再生塔蒸汽用量与贫胺液循环量的质量比等工艺条件对CO2脱除效果的影响。结果表明,随着上述各工艺参数的增大,净化气中CO2的含量均呈先快后慢的降低趋势,MDEA溶液对CO2的吸收性能明显增强。在吸收塔压力为3.1 MPa,温度为45℃,贫胺液中MDEA的质量分数为30%,贫胺液循环量为75 t/h,合成气的进料量为17 t/h,再生塔蒸汽用量与贫胺液循环量的质量比为0.08的优化条件下,合成气中CO2组分的摩尔分数由10.22%可降至0.01%,脱碳率大于99.5%。     

天然气脱硫装置适应性模拟计算

天然气净化过程中,常常会遇到原料气气质条件发生变化的情况,此时需及时对过程的操作参数进行调整,以使过程高效平稳运行。本文利用流程模拟软件PROII,采用Amine物性包及Kent—Eisenberg模型,对某天然气净化厂天然气脱硫装置在原料气条件发生变化时的操作参数进行了适应性模拟计算。在验证计算模型的基础上,研究了原料气中H。S含量变化（6g／m3～16g／m3）、C02含量变化（25g／m3～45g／m3）、处理量变化（150×104m3／d～300×104m3／d）、温度变化（10℃～25℃）、压力变化（4．0MPa～6．0MPa）时,贫胺液循环量、贫胺液进料位置的调节范围。     

低含硫天然气脱硫装置关键参数对净化气质量影响研究

随着GB 17820—2018 《天然气》的实施,天然气质量要求愈加严格。应用HYSYS软件对中国石油某低含硫净化厂脱硫装置系统构建流程模型,通过模拟计算分析了胺液循环量和浓度、吸收塔塔板数、原料气温度和压力、贫液温度参数变化对净化气中H2S、CO_2含量的影响程度。研究结果表明:各参数因素对H2S净化效果的影响由大到小依次为胺液循环量、原料气温度、贫液温度、原料气压力、吸收塔塔板数、胺液浓度;对CO_2净化效果的影响由大到小依次为胺液循环量、原料气温度、吸收塔塔板数、贫液温度、原料气压力、胺液浓度;通过模拟调节胺液循环量为95.50 m~3/h、原料气压力为5.25 MPa、温度20℃和贫液入塔温度34.3℃,可满足低能耗下的净化气H2S、CO_2含量达标。基于影响程度排序的胺液循环量、原料气温度和压力、贫液温度的多参数调节,可为现场脱硫装置生产运行优化提供一定指导参考。     

海上天然气液化装置中酸性气体的脱除技术

海上油田伴生气是一种宝贵的能源,但其日产量小,不适合管道运输。为此,自主研发了一套建在自升式移动平台上的橇装天然气液化装置。根据海上油田伴生气的气质特点,探讨了天然气脱除酸性气体工艺的选择原则,确定了适合该装置的MDEA+MEA混合醇胺溶液脱酸性气体净化工艺,分析了CO2含量、醇胺循环量的变化对再沸器热负荷、富液温度的影响,并对填料塔的高度进行了优化分析。结果认为:定期分析原料气中CO2含量,适当调节MDEA胺液循环量,能够有效降低净化系统的运行成本,提高净化装置对海上油田伴生气不同组成的适应性;对于天然气处理量为11.6×104m3/d的脱碳工艺,天然气中CO2体积分数在0.45%～5.54%时,MDEA醇胺溶液循环量宜为200～500kmol/h,再沸器热负荷宜为200～600kW。该装置集天然气液化、LNG的储存与卸载于一身,简化了海上油田伴生气的开发过程,具有适应性强、投资小、建设周期短、现金回收快等优点。     

哌嗪活化N-甲基二乙醇胺半贫液脱碳工艺配方优选及参数优化

哌嗪(PZ)活化N-甲基二乙醇胺(MDEA)半贫液脱碳工艺是高含碳天然气预处理能耗高问题的解决途径之一。针对某天然气处理陆上终端采用的PZ活化MDEA半贫液脱碳工艺(设计天然气处理能力为8×109 m3/a,原料气中CO2体积分数为35%),采用吸收再生实验方法对系统中存在的贫液、半贫液吸收CO2性能以及富液解吸CO2性能进行考察,优选适用于半贫液脱碳工艺的胺液配方,并采用HYSYS软件建立半贫液工艺模型,对筛选出较优工艺配方下的工艺参数进行优化。结果表明：随着总胺浓度增加,贫液、半贫液吸收CO2性能及富液解吸CO2性能先增加后减小,较优总胺质量分数为40%;总胺质量分数一定时,随PZ添加量增加,贫液及半贫液吸收CO2性能先增加后减小,解吸CO2相对再生能耗先增加后降低,PZ较优添加质量分数为3%,之后随着PZ添加量的增加,解吸CO2相对再生能耗又缓慢升高,较优胺液配比(质量分数)为37%MDEA+3%PZ;模拟得到较优工艺参数为再沸器温度386.15 K,贫液吸收温度323.15 K,贫液循环量253 m3/h、半贫液循环量1147 m3/h。     

MDEA混合胺法脱碳在珠海天然气液化项目中的应用

介绍了广东珠海天然气液化项目中利用MDEA混合胺法进行天然气深度脱碳的工艺。在分析MDEA醇胺溶剂与CO2的反应原理以及珠海天然气液化厂气源特点的基础上,确定了脱碳工艺和脱碳流程,并对溶剂配比、塔型选择以及堰高、吸收塔操作温度、再生蒸气流率和胺液循环量等重要工艺参数进行了优化比选。     

某含硫气井MDEA脱硫工艺参数优化分析

以某含硫气井天然气参数为基础,利用化工流体模拟软件HYSYS对该井MDEA脱硫工艺进行模拟计算,研究了脱硫塔进气压力、进气温度、MDEA贫液温度、MDEA循环量以及理论塔板数对脱硫工艺的影响,并得到了以下最佳操作参数:脱硫塔压力1.1MPa、脱硫塔进气温度20℃、MDEA贫液温度45℃、MDEA循环量16000kg/h、脱硫塔理论塔板数为20,为该含硫气井MDEA脱硫装置生产操作提供了一定的参考。     

天然气净化工艺设计要点及优化

胺法至今仍是国内外应用最广泛的酸性天然气脱硫脱碳工艺方法,国内已有超过五十年的使用经验。脱硫脱碳装置在生产中出现不同程度的拦液现象,导致脱硫脱碳装置处理能力严重下降;天然气净化度不合格,溶液发泡引起雾沫夹带,导致大量胺溶液随气流带走,造成溶液损耗急剧增加及严重的经济损失。在总结过去几十年天然气净化工艺设计和生产操作经验的基础上,提出了天然气净化工艺设计要点,重点为脱硫脱碳装置工艺流程设计和关键设备选型;阐述了脱硫脱碳装置的原料气分离系统、胺液再生系统、胺液过滤及惰气保护、胺液和酸气冷却、贫胺液增压及循环泵等方面应重点注意的问题和工艺设计方案的优化;分析了净化工艺流程中的塔、容器、冷换设备、泵类等关键设备的设计要点。     

制氢装置脱碳单元工艺设计参数的选取

在满足产品指标的前提下,为了使脱碳装置能耗最低、投资最省,需对各参数进行详细的模拟分析。运用ASPEN软件对MDEA脱碳系统进行了模拟计算。详细列出了塔盘数、塔压及贫液循环量等各工艺参数变化时对净化气中CO2摩尔分率的影响。分析得出了最优的工艺参数。选取的工艺参数比较忠实的反应了MDEA脱碳系统过程中的设计要求。     

天然气脱硫脱碳工艺的模拟优化

为了解决某天然气净化厂天然气硫、碳含量超标的问题,采用HYSYS模拟软件,对吸收塔的胺液进料量、吸收塔塔板数、胺液进料方式及再生塔的塔板数进行模拟。结果表明:在脱硫脱碳过程中,混合胺溶液m(H_2O)∶m(甲基二乙醇胺)∶m(二乙醇胺)为52∶45∶3最佳;吸收塔最优操作条件为:贫胺液总进料量为1 600 kmol/h,吸收塔塔板数为12块,贫胺液Ⅰ由吸收塔第1块塔板进料,贫胺液Ⅱ由吸收塔第5块塔板进料,m(贫胺液Ⅰ)/m(贫胺液Ⅱ)为7∶3时,吸收过程具有良好的脱酸气效果,天然气中H_2S的质量浓度为2 mg/m~3,CO_2的体积分数为2.32%。再生塔宜选用14或15块塔板。     

Selexol脱碳工艺的参数优化及适应性研究

在高含碳、徽含H2S的特殊天然气气藏中,Selexol脱碳工艺因其溶剂绿色环保、腐蚀性小而备受关注。利用HYSYS 2006软件优化Selexol脱碳工艺的吸收塔控制参数以及闪蒸再生条件,进一步体现了Selexol脱碳工艺的适应性。优化结果表明：吸收塔操作条件为原料气入塔温度-5～5℃,贫液注入量约750m^3／h,注入温度越低越佳,实际运行中不得低于-18℃。闪蒸再生时,优化的三级压力分别为2400、500和50kPa。Selexol脱碳工艺适用于CO2含量在60％以下,C4^＋重烃小于1％（φ）的贫天然气脱碳处理。     

基于粒子群优化算法的化工稳态流程模拟参数优化

化工流程模拟已广泛应用于石油化工行业,是工艺优化与辅助设计的主要手段。化工过程中工艺参数具有多样性和复杂性,传统优化方法普遍针对少量的关键参数进行灵敏度分析并优化,较难达到全局最优。因此,本文提出了基于粒子群优化算法的化工工艺流程模拟操作参数优化方法。以天然气脱碳工艺过程为研究对象,基于Aspen HYSYS的接口实现了流程模拟与优化算法之间的耦合,结合工艺机理知识,实现了基于粒子群优化算法的天然气脱碳稳态流程模拟操作参数的最优化。在产品满足工艺要求的条件下,以最高脱碳率和最小装置运行成本为目标函数,以对工艺有较大影响且可控的操作参数为决策变量,对某5.8×10⁶ m³/d天然气净化装置进行操作参数的优化。优化结果表明,采用更少的吸收塔和再生塔塔板数即可满足酸性气体的脱除需求;在保证每层塔板处于良好的操作状态的条件下,降低再生塔回流比,塔内的气液相负荷降低,使得再沸器负荷降低;降低贫胺液入吸收塔温度,有利于增大CO₂与醇胺液反应的正向进行程度,同时吸收推动力的增大会降低设备的腐蚀程度;提高吸收塔压力,塔内传质推动力增加,...     

高含硫天然气脱酸气装置提效降耗优化

为了提高高含硫天然气脱酸气装置的净化气产量并降低净化过程的综合能耗,依据中国石化普光天然气净化厂脱酸气装置的现场运行数据,采用ProMax建立了相应的工艺仿真模型,针对主要操作参数包括甲基二乙醇胺(MDEA)溶液的循环量,浓度和进入一、二级吸收塔的温度等开展灵敏度分析与优化研究,并结合现场实际,在优化工况下,分析原料气负荷降低、压力降低及H——2S含量升高对净化气气质与收率的影响规律。研究结果表明:①降低MDEA溶液循环量、浓度以及进塔温度可提高胺液吸收的选择性,有利于提高净化气的收率,其中MDEA溶液循环量是影响脱酸气装置综合能耗的主要因素;②当原料气负荷、压力以及H2S含量波动时,在优化工况下能够满足高含硫天然气的净化要求;③在低负荷下可通过减少再生蒸汽量和调整胺液进二级吸收塔位置实现节能;④H2S含量每增加1%,需将MDEA溶液循环量提高约20×10~3 kg/h;⑤经过参数优化,在满负荷工况下净化气收率可以提高0.5%,综合能耗降低19.1%。     

半贫液天然气脱酸工艺优化与能耗分析

为提高天然气净化品质,利用Hysys软件,在原有传统工艺的基础上,增加从再生塔到吸收塔的半贫液管线,建立了适合原料气酸性含量较大的脱酸工艺流程,并针对工艺参数进行敏感性分析,利用黑箱优化算法实现对半贫液脱酸工艺的优化和能耗分析。结果表明,MDEA含量、贫液和半贫液的循环量、再生塔回流比与总输入能耗呈正相关,再生塔富液进料温度、原料气温度、原料气压力与总输入能耗呈负相关;优化后半贫液工艺中净化气品质优于传统工艺和优化前的半贫液工艺,净化气满足二类气的质量标准,且总输入能耗分别降低了11.16%、7.52%,证明了半贫液工艺改进的有效性和实用性。研究结果可为同类型工艺流程的改进提供实际参考。     

基于HYSYS的天然气混合醇胺法脱酸仿真及工艺参数优化

借助化工软件HYSYS对现有醇胺法脱酸工艺与改进配方后的新型混合醇胺工艺分别进行模拟,考察了在不同工艺参数对脱酸单元装置的净化效果影响。结果表明:当来气中酸性组分浓度在5%～25%之间,选取MDEA+MEA工艺、胺液浓度为45%～55%、循环量为75～85m~3/h的方案,能够合理调配装置运行负荷完成脱酸净化。