塔河油田二号联轻烃处理站2004年建成投产，主要处理塔河二号联合站所产含硫伴生气，建设初期采用干法脱硫。2011年，新建天然气处理量为40×104 m3/d(20 ℃，101.325 kPa，下同)的MDEA脱硫装置，代替原来的干法脱硫。目前，原料气中H2S含量明显增加，导致净化气中H2S质量浓度达不到GB 17820-2012《天然气》中二类天然气指标。针对此问题，对脱硫装置运行参数进行分析，并提出调整方案。
塔二联轻烃处理站脱硫装置由天然气净化和MDEA溶液再生两部分组成，其工艺流程如图 1所示。
酸性原料气增压至2.40 MPa进入脱硫塔，天然气中的酸性气体被MDEA贫液吸收，脱硫后的湿净化气进入轻烃回收单元。吸收酸性组分的MDEA富液经节流降压后进入闪蒸罐闪蒸和气液分离，闪蒸罐底部富液在过滤器中除去溶解在富液中的杂质[1]。
净化后的MDEA富液进入贫富液换热器，与来自再生塔底部的MDEA贫液进行换热。换热后的MDEA贫液由再生塔上部进塔，在塔内解析出吸收的酸性组分，解析出的酸气出塔顶，进入硫磺回收装置。换热后的贫液经胺液循环泵升压，再经贫液空冷器冷却后进入MDEA吸收塔循环利用[2]。
塔二联轻烃处理站脱硫装置天然气处理量设计值为40×104 m3/d，原料天然气中H2S质量浓度为20 122 mg/m3，设计H2S总处理量为8 049 kg/d，天然气进脱硫装置的压力为2.90 MPa，温度为45 ℃。
油田开采中后期，气量递减，且H2S含量波动较大，天然气中H2S平均质量浓度为31 880 mg/m3，最高为47 385 mg/m3。目前，实际生产时进脱硫装置的天然气处理量递减至19×104 m3/d，天然气进装置的压力为2.40 MPa，温度为47 ℃。装置目前主要运行参数见表 1。
由表 1可以看出，贫液中H2S质量浓度高达2 990 mg/m3，净化气中H2S质量浓度已达到230 mg/m3。塔二联脱硫装置净化后的天然气按GB 17820-2012《天然气》中二类天然气指标(即ρ(H2S)≤20 mg/m3)执行。由此可以看出，目前净化气中H2S质量浓度超标，无法满足天然气外输标准。
在天然气净化过程中，吸收塔操作压力和温度、MDEA循环量、MDEA再生塔操作压力和温度、MDEA再生后的溶液质量等是影响脱硫效果的主要因素[3]。因此，对上述参数进行敏感性分析，找出对净化工艺影响程度大的参数并对其进行调整，以改善净化效果。
按照表 1中运行参数分析吸收塔操作压力对净化气中H2S质量浓度的影响，如图 2所示。
由图 2可知，对于吸收脱硫过程，随着吸收塔操作压力的增加，净化气中H2S质量浓度降低。压力每提高200 kPa，净化气中H2S质量浓度仅降低约14.8 mg/m3。因此，吸收塔操作压力对净化气中H2S质量浓度影响并不显著。
吸收塔操作温度主要取决于原料气入塔温度，按照表 1中运行参数分析吸收塔操作温度对净化气中H2S质量浓度的影响，如图 3所示。
由图 3可知，净化气中H2S质量浓度随吸收塔温度的降低而减少，这是因为MDEA溶液吸收H2S为放热过程，吸收塔温度越低，脱硫效果越好。当吸收塔温度超过30 ℃时，温度每降低5 ℃，净化气中H2S质量浓度约降低63 mg/m3，此时，温度对净化气中H2S质量浓度的影响较为显著。当吸收塔温度低于30 ℃时，温度每降低5 ℃，净化气中H2S质量浓度仅降低约6 mg/m3，故温度对净化气中H2S质量浓度影响非常小。
目前，吸收塔操作温度为47 ℃。由图 3可以看出，脱硫进气温度偏高是该装置净化不彻底的主要原因之一。
由于吸收塔操作压力和操作温度受到上游设施的限制[4]，故吸收塔压力和温度不能随意调整。
保持MDEA再生塔塔底温度为114 ℃不变，只改变MDEA再生塔压力进行模拟计算，得到MDEA再生塔塔底压力与净化气及再生贫液中H2S质量浓度的关系曲线，如图 4所示。
由图 4可知，MDEA再生塔塔底压力对净化气及再生贫液中H2S质量浓度的影响非常显著，压力每降低4 kPa，净化气中H2S质量浓度降低约122 mg/m3，再生贫液中H2S质量浓度降低约1 164 mg/m3。MDEA再生塔塔底压力越低，净化气中H2S质量浓度越小，其原因是富液再生过程中，降低压力有利于溶液析出酸气，故再生贫液中H2S质量浓度显著降低，从而使净化气中H2S质量浓度随之降低[5-6]。
保持MDEA再生塔压力不变(塔底164 kPa，塔顶162 kPa)，只改变MDEA再生塔塔底温度进行模拟计算，得到MDEA再生塔塔底温度与净化气及再生贫液中H2S质量浓度的关系曲线，如图 5所示。
由图 5可以看出，MDEA再生塔塔底温度对净化气及再生贫液中H2S质量浓度影响也很明显，温度每升高1 ℃，净化气中H2S质量浓度降低约134 mg/m3，再生贫液中H2S质量浓度降低约1 388 mg/m3。随着MDEA再生塔塔底温度的升高，净化气中H2S质量浓度明显减少。原因是温度升高，溶解在MDEA富液中的酸气更容易解吸，故有利于贫液再生。
根据表 1中的运行参数，分析MDEA循环量的变化对脱硫的影响[7]，图 6为MDEA循环量与净化气中H2S质量浓度的关系曲线。
由图 6可以看出，随着MDEA循环量的增加，净化气中H2S质量浓度降低，当循环量达到550 m3/h时，净化气中H2S质量浓度最小(220 mg/m3)。循环量超过550 m3/h后，净化气中H2S质量浓度反而随循环量的增加而增大，这是由于贫液中H2S质量浓度高达2 990 mg/m3所造成的。因此，在目前操作条件下，过多地增大循环量不利于提高净化气质量。
通过对上述参数进行敏感性分析可知，塔二联脱硫装置受多种因素的影响。其中吸收塔操作压力和操作温度受上游来气的限制，难以改变。目前，MDEA贫液循环量已达500 m3/h，再增加循环量不利于提高净化气的质量。因此，不考虑改变循环量以降低净化气中的H2S质量浓度。而再生塔操作参数对贫液中H2S质量浓度影响显著，故只对MDEA再生塔操作参数进行调整。
通过分析MDEA再生塔操作参数对净化气中H2S质量浓度的影响可知，降低再生塔压力和升高再生塔塔底温度，可有效降低再生贫液中H2S质量浓度，从而提高净化气质量。经计算得出装置参数调整值如表 2所示。
由表 2可以看出，当再生塔压力降低4 kPa，再生温度升高2 ℃时，贫液中H2S质量浓度降低2 982.9 mg/m3，净化气中H2S质量浓度降低至0.8 mg/m3，达到GB 17820-2012《天然气》中二类天然气指标的规定。因此，通过微调MDEA再生塔操作压力和温度，可有效降低塔二联净化气中的H2S质量浓度并使其达标。
(1) 通过对塔二联脱硫装置参数分析可知，净化气中H2S质量浓度不达标的主要原因为：天然气中H2S含量增加、天然气进脱硫装置的入口温度高以及因MDEA再生不完全造成MDEA贫液中H2S质量浓度偏高。
(2) 通过对运行参数进行敏感性分析可知，对塔二联脱硫效果影响最大的操作参数是MDEA再生塔操作参数。通过微调再生塔操作参数，可使再生贫液中H2S质量浓度明显降低，从而使净化气中H2S质量浓度达标。
2015, Vol. 44 Issue (1): 21-24
2015, Vol. 44 Issue (1): 21-24