天然气预冷机（BGYL-1400F/10Y-2G(A)）在MDEA脱硫装置上的应用

陈道兵 张庆

摘 要：MDEA选择性脱硫造成净化气H2S超标的一系列因素问题，近年来随着甲基二乙醇胺（MDEA）溶液在石油化工行业的应用越来越广泛，企业对MDEA湿法脱硫工艺的安全、平稳、节能运行控制度要求越来越高。西北油田三号联轻烃处理站MDEA脱硫工艺装置因吸收温度过高导致脱硫不合格，通过对系统温度精度控制的改造，而制冷冰机控温使脱硫合格从而为推广应用提供可靠的依据。

关键词：MDEA;制冷冰机;温度;脱硫效果

1 前言

甲基二乙醇胺（MDEA）属于水溶性烷基醇胺，目前作为脱硫剂被广泛应用于炼厂气和油田含硫气脱硫领域，主要缘于其本身在H2S和CO2共存的场合，具有选择性脱除H2S的优点，但容易发泡也是醇胺类溶剂所固有的特性、温度等参数控制不稳造成降解，温度控制波动大及胺液发泡引发系统脱硫不稳定并引起一系列问题。所以对于目前系统的状况，通过分析原因，针对性的提出优化措施和技术改造关乎行业胺液系统平稳运行的关键。

MDEA的性质和用途。MDEA即甲基二乙醇胺，分子式为CH3-N（CH2CH2OH）2，无色透明或微黄色液体，沸点246-248℃，闪点260℃，密度（20℃下）1038-1041kg/m3，汽化潜热（101.325kPa下）419kJ/kg;能与水、醇混溶，微溶于醚。在一定条件下，能很好的吸收H2S、CO2等酸性气体，且反应热小、解吸温度低。MDEA为叔胺，呈弱碱性，化学性质稳定，几乎不降解变质。由于以上特性，MDEA已被作为一种优良的化学吸收剂广泛用于气体净化工业。

①原料气提浓H2S回收硫磺，可节省投资和操作费用;②脱除炼厂气、天然气和煤气尾气中的H2S，以达排放要求，解决环保问题。

2 概述胺液脱硫系统及现状

2.1 主要参数工艺流程

西北油田三号联轻烃处理站净化工艺采用MDEA+自循环LO-CAT工艺进行脱硫及硫磺回收，其处理规模为50×104m3/d，H2S含量为2980mg/m3，吸收剂选用35%（wt）的MDEA溶液，设计溶剂的循环量为25m3/h。设计要求经过MDEA吸收塔之后的天然气中硫化氢含量≤10ppm。

2.1.1 MDEA脱硫装置的气工艺流程

由原料气压缩机一级压缩后的含硫天然气经重力分离器、过滤分离器后，进入MDEA吸收塔的下部，与由塔上部进塔的MDEA贫液逆流接触器，天然气中的几乎全部硫化氢及部分二氧化碳组分被MDEA贫液吸收进入液相从而脱除。脱硫后的湿净化天然气自塔顶经净化器分离、捕集出携带的少量脱硫溶剂后进入二级增压后去轻烃回收单元。吸收含硫天然气中上诉酸性组分的MDEA富液自塔底排出，经MDEA富液管线上设置的吸收塔底液位调节阀节流降压后，进入闪蒸罐闪蒸和气液分离，依次进预过滤器、活性炭过滤器和后过滤器，进行再生前的溶液净化。

2.1.2 MDEA溶液过程部分流程

过滤净化后的MDEA富液进贫富液换热器，与来自再生塔再生后的MDEA贫液进行贫富液进行逆流换热，对贫液进行冷却。换热后的MDEA贫液温度降至57℃;MDEA富液温度则升高至95℃后由再生塔上部进塔，在塔内热动力推动下解析出吸收的含硫天然气的酸性组分从而降低其酸气负荷，恢复脱硫活性成为MDEA贫液后由再生塔下部出塔，解析出的酸气由塔顶出塔进入硫磺回收部分。贫液出塔后先经经过贫富液换热、贫液空冷器冷却后由胺液循环泵升压至1.40MPa，再次去吸收塔和闪蒸罐顶部循环利用。

2.2 目前实际生产情况

天然气气量：50×104m3/d;原料气H2S含量：3000mg/m3左右;夏季脱硫温度：45～56℃;夏季净化气H2S含量：60mg/m3;冬季净化气H2S含量：<20mg/m3;轻烃站原料气经压缩机一级增压后，经压缩机空冷器冷却至35℃，但从4月份～10月份期间干式空冷器冷却天然气温度基本上在45～56℃之间。根据近年来的运行数据，天然气温度超过40℃后，脱硫基本上就不会合格。根据生产报数据得出结论图表1。

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40℃时，温度每降低5℃，净化气中H2S质量浓度约降低50mg/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40℃时，温度每降低5℃，净化气中H2S质量浓度仅降低约10mg/m3，故温度对净化气中H2S质量浓度影响非常小，通过取样现场数据化验。目前，夏季吸收塔操作温度为47～50℃。由图1可以看出，脱硫进气温度、贫液温度偏高是该装置净化不彻底的主要原因之一。

因此，为了将天然气进入MDEA吸收塔温度降低至40℃以下，需要新增其他形式的冷却器来冷却吸收塔进口的天然气、循环液。因此，为了解决目前存在问题，消除安全隐患，对存在问题进行改造是非常必要的。

3 吸收塔气液温度的措施优化

根据目前天然气处理量为50×104m3/d弹性操作10%，

硫化氢含量在2980-3500mg/m3之间，天然气脱硫系统MDEA胺液循环量为19m3/h，胺液循环泵设计排量为31.2m3/h，吸收塔為φ1600H=23150，再生塔为φ800H= 20000，贫富液换热器负荷为1700kW，再生塔重沸器热负荷为1200kW，过滤器处理能力为31.2m3/h，再生塔冷凝器负荷为324kW。经核算，在气量不发生大的增加情况，目前系统还是能承受一定硫化氢含量波动的。为此轻烃站新建610kW天然气冰机1座，主要用于冷却吸收塔原料气和贫胺液。

3.1 新增预冷冰机流程改造

3.1.1 含硫天然气流程

流程描述：一级压缩机来的原料气经压缩机空冷器冷却后温度在45～56℃，进入新建预冷机蒸发器冷却，经制冷剂降温至35℃后进入酸气预分离器。

3.1.2 贫胺液流程

流程描述：胺液循环泵来的贫胺液50～55℃进入新建预冷机蒸发器冷却，经制冷剂降温至40℃后进入MDEA吸收塔，进入后续处理流程。

MDEA吸收塔（TF-T-1101A）（塔顶45℃，0.68MPa，塔底50℃，0.69MPa），且吸收塔塔液位（1300mm）稳定后，在塔天然气出口压力表（PG1148A）处做取样分析，直至硫化氢含量合格（≤10ppm）。

3.2 机组调试情况

预冷冷机试运行调试，投入部分原料天然气进预冷机蒸发器，倒入胺液胺液循环量23m3/h，R134A制冷剂总计56桶;分别对各阶段天然气量、贫胺液量、负荷、进行测试，一台制冷压缩机运行调试，当1台螺杆压缩机100%负荷满足不了制冷工况时，第二台螺杆压缩机自动启机运行进行分程控制;机组冷凝器由两组32台风机根据冷媒高压数据进行阶段控制;天然气、贫胺液制冷温度可根据环境温度、工艺温度进行设定，以适应冬夏、昼夜温差的变化。压缩机可根据工况进行25%、50%、75%、100%加减载控制，设定精度在±2℃范围内。

4 应用效果

通过冷机对天然气、贫胺液在蒸发器的温度控制分别为35℃、38℃的精确控制能够保证MDEA吸收塔塔顶气中硫化氢含量≤10ppm/m3，机组最高运行负荷75%，仍有25%冗余量。

通过温度的精准控制，可以将胺液循环量由原来的20t/h降低到17t/h，能耗可降低约20%，同时预冷机组一次加注R134A基本不用补充，换热器热载体走壳程检修清理周期长，螺杆式压缩机维护保养简单运行平稳操作强度低，适用于辅助性制冷工况场合。

5 总结

MDEA溶液适用于处理含有H2S、CO2及其他微量杂质的酸性废气，并具有很高的选择性;控制溶液中MDEA的浓度，降低塔高、采用较低的操作压力和较低的吸收温度有利于选择性吸收H2S气体;通过对轻烃站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，减少外届因素造成胺液的污染，定期对贫胺液进行浓度检测，在浓度较低时及时补充新胺液并做好数据跟踪;合理调整MDEA系统的生产运行参数，尤其关注各压力、温度的变化，尽可能向设计参数靠拢，只要控制好进料污染源、选用高效过滤装置、富液再生合格、及时添加配比浓度、补充合格的脱盐水（净化水）控制好压力温度，装置运行低耗、高效、安全都能得到有效保障。

參考文献：

[1]马国光，曹连进，钟荣强，季夏夏.塔二联轻烃站脱硫系统参数调整分析[J].石油与天然气化工，2015，44（01）：21-24.

[2]文海涛.胺液系统运行优化经验总结与分析[J].广东化工，2018，45（16）：57-58.