1 脫碳工藝的能耗分析
1.1 凈化廠工藝概況
徐深氣田已建天然氣凈化廠1座, 處理量為200×104m3/d, 脫碳、脫水裝置分兩列建設。高含二氧化碳天然氣管輸至凈化廠, 經MDEA溶液脫碳后, 產品氣輸至下游用戶;副產品二氧化碳氣經增壓、干燥處理后, 輸送至二氧化碳液化站進行液化, 用于油田二氧化碳驅油試驗。
1.2 凈化廠的能耗分析
天然氣在凈化過程中需要消耗一次能源為燃料氣, 蒸汽來自燃料氣燃燒熱量轉換, 二次能源為電能, 主要供壓縮機、機泵、電加熱等設備用電。對全廠耗能點進行分析估算, 凈化廠消耗能源很大, 年消耗87936.6×104MJ/a, 每年的電費支出約為1538.96萬元, 運行成本很高。
通過對各單元能耗分析發現:脫碳單元二段貧液泵、尾氣回收單元一段二氧化碳壓縮機、鍋爐房分別占全廠年總能耗的6.37%、14.24%、64.68%;上述三個單體設備占到了凈化廠年總能耗的85.29%, 是凈化廠的主要能耗點, 也是重點節能方向。
2 脫碳工藝中的節能技術
2.1 減少天然氣損耗, 回收利用閃蒸氣
由吸收塔底流出的MDEA富液中吸收了大量的CO2和少量的烴類組分, 進入閃蒸塔后, 在低壓狀態下閃蒸出烴類氣體和CO2, 烴類氣體含量達到59.46%, 可做燃料氣使用。
2.2 高效利用系統余熱
脫碳工藝吸收塔操作溫度為47 (9) , 再生塔操作溫度為100 (9) 。貧液進吸收塔前需要降溫, 而富液進入閃蒸塔前需要升溫, MDEA貧/富液換熱器使兩者進行熱交換, 富液溫度由升高, 貧液溫度降低?；厥樟素氁旱臒崃? 減少富液再生蒸氣耗量。
原料氣進吸收塔前與濕凈化氣進入下游TEG脫水裝置前進行換熱, 使濕凈化氣溫度, 原料氣升高, 減少了裝置循環冷卻水耗量。
2.3 合理設定富液再生溫度, 有效降低蒸汽耗量
MDEA溶液再生溫度與原料氣CO2含量及裝置對CO2含量波動的適應性有著密切關系, 分三種再生溫度工況優化再生塔的再生溫度, 在再生壓力確定的情況下, 再生溫度與蒸汽耗量的關系如下:
由表對比分析, 再生溫度過低, 溶液循環量增加, 綜合能耗高;再生溫度過高, 蒸汽耗量急劇升高;選擇再生溫度100 (9) 適宜裝置工況, 上下調節的余地較大, 對原料氣中CO2含量上升的適應性強, 能耗相對最低。
3 凈化廠的節能潛力
針對脫碳工藝特點, 就上述能耗點進行了分析, 參考同類天然氣凈化裝置經驗, 提出以下節能思路:
3.1 富液能量回收
脫碳裝置吸收塔在高壓下吸收CO2, 吸收CO2后的MDEA富液離開吸收塔經減壓閥降壓至閃蒸塔進行閃蒸。需要用兩段溶液循環泵將再生后的貧液加壓后進入吸收塔, 溶液循環泵的揚程較高, 電機功率較大。此過程中造成高壓富液壓力能的浪費, 其能量可以回收節能。
透平就是將連續穩定流體所含的動能轉化為機械能。根據液力透平技術的流量和揚程的范圍考慮, 凈化廠設計溶液循環最大量為115m3/h, H=588m, 符合液力透平的應用條件。
采用透平泵回收系統中穩定的壓力能, MDEA富液自吸收塔底流出后進入透平泵透平端, 透平泵將富液壓力能轉換為動能, 驅動貧液泵, 電機作為補償動力驅動。當透平端出現故障時, 電機可為貧液泵提供全部動力。透平泵的操作彈性為40%~100%。最高可回收80%的流體能量, 其有良好的節能效果。
3.2 半貧液循環
目前, 脫碳工藝采用全貧液循環, MDEA富液再生能耗約占凈化廠總耗能的64%。胺液再生后期能量消耗大, 而對CO2吸收量影響較小, 只是提高CO2的吸收精度。因此從節能角度考慮, 只要吸收塔出口CO2含量能控制在指標范圍內即可, 這樣降低貧液流量, 采用半貧液流量循環, 根據吸收塔出口氣體的CO2殘余量來適當調整半貧液和貧液的流量。MDEA脫碳裝置的半貧液與貧液比值越高, 越節能。
吸收塔采用兩段填料, 在兩段填料之間增加一個半貧液進料口, 從再生塔中段引出半貧液出料口, 根據裝置運行期間的原料氣量及CO2含量降低時, 可以根據工況, 調整貧液、半貧液的流量, 已達到降低再沸器負荷, 減少能耗的目的。同時增強裝置的適應性。
4 結語
4.1 回收富液能量工藝可降低電耗?？赏ㄟ^后期技術改造來實現。
4.2 采用半貧液循環, 分段進料方式, 能夠減少燃料氣消耗, 裝置適應性更強。
4.3 除了工藝設計上, 在生產運行上還需要通過優化工藝參數, 精細管理操作, 降低裝置運行能耗, 節約生產成本。
摘要：天然氣在脫除二氧化碳過程中能源消耗大, 運行成本高, 本文淺析天然氣脫碳工藝節能措施, 以進一步降低凈化廠脫碳的運行成本。
關鍵詞：節能,潛力,技術