胺液脱碳工况分析与提升方法

1 引言

某脱碳装置是某处理厂的主要耗能设备，长期以来，因为缺乏有效的计算，其整体运行工况一直比较模糊，不便于实现该系统的科学经济管理。本文从脱碳系统主要设备研究出发，对运行工况进行了数据计算分析，并通过提高 MDEA 贫液流量实现了脱碳运行工况的提升，对胺液脱碳运行管理提供了一定的参考意义。

2 某脱碳装置工艺

某脱碳装置主要包括吸收塔、闪蒸塔、再生塔、贫液泵、半贫液泵、回流泵、溶液泵、贫富液换热器、贫液冷却器等设备。脱碳流程主要包括高压吸收和低压再生两部分。原料气进入低温高压的吸收塔底部，与塔顶注入的 MDEA 贫液逆流接触而脱除溶液中的 CO2，湿净化气由塔顶排出，进入下游的脱水装置。吸收了 CO2 后的 MDEA富溶液由吸收塔底流出，进入闪蒸塔减压闪蒸 ，闪蒸塔后的富 MDEA 液进再生塔上段进一步常压解吸，溶液沿再生塔向下与来自汽提段的水蒸汽逆流接触，大部分 CO2被解吸。再生塔的半贫液大部分经半贫液泵进入吸收塔上段，少部分经溶液泵提升后在溶液换热器内与贫液换热到进入再生塔汽提段上部进行加热再生。半贫液在重沸器中被加热，高温条件下 CO2 进一步解吸，溶液得到完全再生。完全再生后的 MDEA贫液由再生塔底流出，在换热器溶液换热器中与半贫液换热，温度降低后经经贫液冷却器冷却、贫液泵增压后返回到吸收塔上段，再生塔顶排出的酸气和水蒸气经过二氧化塔冷却器冷却，冷凝水作为回流液返回到再生塔，分离出的酸气放空处理，自此循环往复实现脱碳装置的原料气脱碳和 MDEA 溶剂的再生过程。

3 某脱碳装置工况分析

脱碳装置运行工况主要取决于两个方面，一是工效即处理效果，二是能效情况，综合两方面的研究可以针对性行的提出优化方案，实现装置效率提升。

3.1 工效分析

脱碳系统进料天然气组分和气量相对稳定的前提下，脱除 CO2 的能力主要取决于两个因素：一是富液降压生成半贫液以及半贫液经加热再生成贫液的效果；二是经贫液泵和半贫液泵加压进入吸收塔的贫液和半贫液的流量。

3.1.1 贫液和半贫液的再生及其决定因素

贫液再生效果主要取决于蒸汽在重沸器内提供热量的多少，当前脱碳系统的蒸汽锅炉提供的蒸汽完全可以满足贫液的再生需求，而且有余量，贫液温度已达到设计温度，所以贫液再生效果已完全达到设计要求。

半贫液的再生效果主要取决于闪蒸塔和再生塔的压力，压力越低再生效果越好。在正常生产的过程中，整个天然气处理系统要求闪蒸塔和再生塔的压力需保持稳定，所以通过降低再生压力来提高半贫液的再生效果，贫液和半贫液的再生效果没有提升空间。

3.1.2 贫液和半贫液的流量分析

贫液和半贫液的流量主要由泵的设计排量以及泵的实际工况决定，贫液泵设计排量 120m3/h ，实际 39m3/h ，半贫液泵设计排量 330m3/h ，实际排量 320m3/h ，贫液泵只有设计流量的 35‰ 。因此，可以通过增加贫液泵的实际流量实现对脱碳系统的工效的提升。

3.2 能效计算

3.2.1 计算公式

根据脱碳装置的组成结构，脱碳装置的主要能耗设备包括耗电、耗热设备两大类：耗电设备是指贫液泵、溶液泵、半贫液泵、酸液回流泵。耗热设备是指重沸器。根据脱碳装置工艺流程，能耗指标主要包括：电耗、单位天然气电耗、MDEA 贫富液换热器效率、MDEA 贫液能量回收率、MDEA 贫液泵、MDEA 半贫液泵、溶液泵、回流泵效率、重沸器热耗和单位天然气处理量热耗。

电耗是指统计报告期内脱碳装置各用电设备耗电量总和，由式（1）计算：

P_##=P_###+P_###+P_###+P_###+P_###

单位天然气处理量电耗，由式（2）计算：

MDEA 贫富液换热器效率是指换热器实际传热速率与理论上的可能的最大的传热速率的百分比，由式（3）计算：

MDEA 贫液能量回收率是指MDEA 富液通过MDEA 贫/富液换热器以换热的方式回收到的能量与 MDEA 贫液需要被排弃的能量的百分比，由式（4）计算：

泵机组效率是指泵机组的效率为泵的有效功率与机组电动机输入功率的百分比，由由式（5）计算：

3.2.2 测试分析

对目前最大流量下脱碳装置进行能耗设备测试和脱碳装置 MDEA 贫富液温度测试耗能分析，脱碳装置电耗非常大，每天耗电 1.5 万度，电耗上主要体现在半贫液泵和贫液泵上，其中贫液泵效率较低；贫富液溶液换热器效率、MDEA 贫液能量回收率、MDEA 贫液泵泵效率较小，以上指标均需要提升优化。

4 脱碳装置工况提升解决方案

4.1 贫液泵实际流量达不到设计流量的原因分析

贫液泵的进口流程很长，泵进口管线上有两个换热器，实际上每个换热器前都有过滤器，泵前也有过滤器，因而流体阻力较大，使泵的进口流程压力降达到 0.1MPa ，从而造成贫液泵进口压力低，供液不足。供液量不足是贫液泵实际排量达不到设计要求的主要原因。

4.2 增加贫液泵进口压力的方法增加贫液泵的进口压力有以下三个方法① 提高再生塔的工作压力；

② 提高再生塔下段的液位来提高出口压力；

③ 用其他方法增加贫液泵进口的压力。

对 ①② 两个方法进行分析，因在正常生产过程中，根据整个系统运行的要求，再生塔的压力和下段液位应基本保持不变（压力为 0.06MPa ，液位为 65% ），所以增加再生塔的压力和提高下段液位的方法不可行。

而对 ③ 项分析如下：因在实际工况中贫液从再生塔出口到贫液泵进口之间的压降较大，达到 0.1MPa ，这是由于换器和过滤器自身结构的原因，加上管线、阀门阻力而形成的，要减小这个压降，考虑在再生塔出口增加贫液增压泵。

在再生塔出口管线上增加两个三通，在两个三通之间的原管线上加装单向阀，再生塔出口管线保留。新增贫液增压泵的进出口管线就连接在两个三通上，贫液增压泵进出口管线之间加一个自励式压力控制阀，以调节贫液增压泵的出口压力，保证系统正常运行。

贫液增压泵的流量按贫液泵流量设计，与贫液泵的设计流量匹配。增压泵设计扬程为 25.5 米， 即再生塔出口压力提高 0.25MPa ，使贫液泵进口压力增加，以此实现提高贫液泵排量的目的。

5 脱碳装置工况提升实施效果

5.1 工效指标情况

脱碳装置的贫液增压泵使用后，根据实测，贫液泵实际排量提高了 2.5 倍，相应的提高了系统处理天然气的能力，改造方案实施前后的天然气处理量了 4 倍，换算成进净化气量约为 46 万方/天，效果明显。

5.2 能效指标情况

根据实测，一方面，溶液换热器换热效率提高了 5% ，使回流到再生塔的热量增多，因而可以减少蒸汽消耗量，同时随着经贫液冷却器让冷却循环水带走的热量减少，继而降低了锅炉负荷，减少了锅炉天然气和电能的损耗量；另一方面，由于贫液循环量的增大，半贫液泵可经常停止运转，每月可节约电费开支 20 万元，成本效益可观。

6 结论

本文以某脱碳装置为实例，分析研究了脱碳装置的工况指标，确定了脱碳装置能效改善方法，并通过现场运用取得了明显的效果，经济和环保价值显著。结果表明：有效地开展能效分析有利于解决思路的提出，提升脱碳系统运行质量。该方法为现场开展能耗对标及技术改进提供了技术思路参考，具有一定的现实意义。