摘　要：中國石化普光天然氣凈化廠脫硫部分采用的是Black＆Veateh公司的專利技術(shù)，所產(chǎn)生的閃蒸氣分兩路處理，一路放空至低壓火炬，一路進(jìn)入尾氣焚燒爐伴燒，不但造成了資源的嚴(yán)重浪費，而且還造成了環(huán)境污染。為此，首先對閃蒸氣的組成進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其組成與燃料氣基本一致，再對其壓力、水蒸氣含量等進(jìn)行了對比分析，進(jìn)而對工藝進(jìn)行了優(yōu)化：將閃蒸塔直徑由500mm增至800mm，當(dāng)溶劑發(fā)泡時，可有效減少霧沫夾帶，減少閃蒸氣帶液量；流量計FI-lll02的節(jié)流裝置管徑由80mm更換為100mm，有效解決了原流量計量程不足的缺點；調(diào)節(jié)閥PV-111018管徑由40mm更換為100mm，有效增加了閃蒸氣流量的調(diào)節(jié)范圍；對閃蒸罐壓力進(jìn)行分程控制；在閃蒸氣引入燃料氣系統(tǒng)之前，先通過聚結(jié)分離器D710，氣體由分離器頂部并入燃料氣系統(tǒng)；而分離出的液體則回收進(jìn)入吸收系統(tǒng)，再分離出所攜帶的MDEA和水蒸氣，避免了胺液因閃蒸氣帶液的損失。由此尋找出了將閃蒸氣作為燃料氣的應(yīng)用途徑，獲得了明顯的經(jīng)濟、環(huán)保效益。

關(guān)鍵詞：普光天然氣凈化廠  級間冷卻  選擇性  節(jié)能減排  閃蒸氣  燃料氣  優(yōu)化  經(jīng)濟效益  環(huán)境保護

Optimization of the flash gas treatment process for a high-H2S natural gas purification plant

Astract：The Black&Veatch patented technology is adopted in the gas sweetening process of the Sinopec Puguang Natural Gas Processing Plant．The resulted flash gas in this process is usually burned as flare gas or tail gas in the end，which not onlv causes the waste of resources but poses risk in environmental pollution．In view of this，the components of flash gas were first analyzed and found to be quite similar to those of fuel gas，which were thus comparatively studied in terms of pressure，water vapor content，and so on．On this basis，the flash gas treatment process was optimized as follows．a．The diameter of the flash column was increased from 500 to 800mm so the liquid-carting capacity of flash gas could be decreased by reducing the foam carrying ability when the solvent foamed．b．The tube diameter of the flowmeter FI-11102 was changed from 80 to 100mm，which effectively overcame the shortcoming of limited metering range of the original flowmeter．e．The tube diameter of the control valve PVI-l101B was altered from 40 to 100mm，which increased the adjusting range of flash gas flow．d．Split control was applied concerning the pressure of the flash tank．e．Flash gas went through the coalescer and separator D710 before entering the fuel gas system from the top of the separator．e．The separated liquids were recovered back into the absorbing system，from which the MDEA and vapor were separated，thus the liquid-carting loss would be avoided．In this way，the flash gas will be employed again as a ruel gas to achieve notable economic benefit and obvious environmentally friendly result．

Key words：interstage cooling，selective，energy saving and emission reduction，flash gas，fuel gas，feasibility

作為“川氣東送”工程的核心組成部分，自2009年投產(chǎn)以來，中國石化普光天然氣凈化廠(以下簡稱普光凈化廠)每年的高含硫天然氣處理能力已突破l00×10⁸m³，為目前亞洲最大規(guī)模的高含硫天然氣處理裝置。普光凈化廠天然氣凈化裝置共建設(shè)有6個聯(lián)合、l2個系列，單列天然氣凈化能力300×10⁴m³／d^[1]。

普光凈化廠引進(jìn)美國Black＆Veatch公司專利技術(shù)，以MDEA溶液作為吸收劑，采用兩級吸收、級間冷卻工藝選擇性吸收H2S，其工藝流程如圖l所示。經(jīng)過濾器(SR-l01)分離出的高含硫天然氣進(jìn)入一級吸收塔(C-101)，與MDEA溶液在吸收塔內(nèi)逆流接觸，在二級吸收塔(C-102)底部用泵抽出半富胺液，經(jīng)過中間冷卻器(E-105)，然后返回一級主吸收塔頂部，一級主吸收塔底部富胺液經(jīng)液力透平(H-101)回收能量后，進(jìn)入富胺液閃蒸罐(D-102)，閃蒸后的胺液經(jīng)貧富胺液換熱器(E-101)換熱后進(jìn)入再生塔(C-l04)再生，再生后的貧胺液循環(huán)使用^[2-4]。閃蒸出的氣體經(jīng)閃蒸塔吸收H2S后分兩路，少部分進(jìn)入尾氣焚燒爐伴燒，大部分放空至低壓火炬燒掉。

閃蒸氣是指吸收H2S、CO2后的MDEA溶液經(jīng)閃蒸罐降壓閃蒸出的氣體，其組分大部分是CH4，各組分的含量隨工況變化稍有改變。正常工況下，普光凈化裝置單列閃蒸氣量約為60000m³／d，放卒量達(dá)36000m³／d。這不但造成了資源的嚴(yán)重浪費，而且還造成了環(huán)境污染。因此，如何將閃蒸氣回收利用一直是普光凈化廠的重要課題。經(jīng)過仔細(xì)分析和科學(xué)論證，發(fā)現(xiàn)只需通過在原工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行部分工藝改造就可將閃蒸氣變廢為寶^[5-8]。

1　閃蒸氣并入燃料氣管網(wǎng)的可行性分析

1．1　閃蒸氣的組成分析

首先利用氣相色譜對閃蒸氣的組成進(jìn)行了分析，結(jié)果如表l所示。從分析結(jié)果可以看出，其主要成分是CH4，含量為94.9967％(體積分?jǐn)?shù))，通過表l的對比可以看出，閃蒸氣的組成和燃料氣的組成十分相近。

1．2　閃蒸氣壓力分析

普光凈化裝置實際生產(chǎn)中控制閃蒸罐壓力為0.60MPa左右，富胺液進(jìn)入閃蒸罐，閃蒸出的氣相經(jīng)閃蒸氣吸收塔后的壓降小于5kPa，而燃料氣壓力為0.50MPa。因此，閃蒸氣系統(tǒng)與燃料氣系統(tǒng)為正壓差，閃蒸氣不用增壓設(shè)備增壓就可以自流入燃料氣系統(tǒng)。

1．3　水蒸氣含量

由表l可以看出，閃蒸氣中水蒸氣含量為0.9156％(體積分?jǐn)?shù))，明顯高于燃料氣中水蒸氣含量。隨著水蒸氣含量的增加，燃料氣水露點升高，如果不加處理直接進(jìn)入燃料氣系統(tǒng)，這部分水蒸氣在燃料氣系統(tǒng)液化累積會造成系統(tǒng)壓力波動，嚴(yán)重者會造成管線水擊，甚至?xí)氯剂蠚夤芫€，造成系統(tǒng)停車事故。因此，閃蒸氣并入燃料氣系統(tǒng)前必須加以處理，降低其水蒸氣含量。

通過以上分析，閃蒸氣作為燃料氣并入燃料氣系統(tǒng)是可行的，但是為了避免燃料氣系統(tǒng)有大的波動，必須在工藝上改造優(yōu)化。

2　系統(tǒng)改造前后工藝對比

2．1　改造前工藝

工藝改造前，來自液力透平的富胺液進(jìn)入閃蒸罐，在罐內(nèi)閃蒸出所攜帶的輕烴，閃蒸氣經(jīng)閃蒸氣吸收塔吸收所含H2S后分為兩路，一路到低壓火炬放空，另一路直接入尾氣焚燒爐F-403伴燒，其工藝流程如圖2所示。

該工藝的缺點：

1)直接將閃蒸氣引入焚燒爐伴燒，當(dāng)溶劑發(fā)泡時，閃蒸氣會大量帶液(主要為MDEA)，當(dāng)帶液的閃蒸氣進(jìn)入焚燒爐火嘴時，一方面由于燃燒不充分會造成火嘴積碳堵塞；另一方面由于MDEA燃燒，會使尾氣焚燒爐超溫，嚴(yán)重時會觸發(fā)尾氣焚燒爐溫度高高連鎖，造成尾爐停機，既影響生產(chǎn)又對環(huán)境造成極大污染^[9]。

2)為了保證尾氣焚燒爐穩(wěn)定運行，控制方面設(shè)計了低選，控制閃蒸氣進(jìn)入尾爐的伴燒量。

3)正常工況下，將閃蒸氣大量放空至低壓火炬，造成了資源的浪費，增加了企業(yè)的經(jīng)營成本。

2．2　改造后工藝

2．2．1閃蒸塔及其附件改造

隨著運行時間的延長，胺液系統(tǒng)會出現(xiàn)發(fā)泡，此外，處理量、吸收溫度的波動等也會使胺液發(fā)泡。當(dāng)胺液發(fā)泡時，閃蒸氣吸收塔(C-103)霧沫夾帶量增加，一方面會降低吸收塔效率，另一方面會造成胺液損失。隨著塔徑增加，氣速降低^[10]，沒計將閃蒸塔直徑由500mm增至800mm，當(dāng)溶劑發(fā)泡時，可有效減少霧沫夾帶，減少閃蒸氣帶液量。流量計FI-lll02的節(jié)流裝置管徑由80mm更換為100mm，有效解決了原流量計量程不足的缺點。調(diào)節(jié)閥PV-1110lB管徑南40mm更換為100mm，有效增加了閃蒸氣流量的調(diào)節(jié)范圍。

2．2．2閃蒸氣壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)

閃蒸罐壓力應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，以保證富MDEA的閃蒸效果。壓力調(diào)節(jié)控制流程如圖3所示，此處的壓力控制為分程控制^[11]，控制器是PC-11101，調(diào)節(jié)閥是PV-lll01A、PV-lll0lB。PV-lll01A們于閃蒸氣至低壓火炬管網(wǎng)泄放線上，PV-111018位于閃蒸氣去胺液聚結(jié)分離器D-710的管線上。正常操作時，調(diào)節(jié)閥PV-lll01B開啟，PV-11101A關(guān)閉，閃蒸氣去燃料氣系統(tǒng)。當(dāng)閃蒸罐壓力超高時，調(diào)節(jié)閥PV-1110lA開啟，將閃蒸氣泄放至低壓火炬管網(wǎng)，保證閃蒸罐壓力平穩(wěn)，防止出現(xiàn)憋壓事故，保證富胺液的閃蒸效果。

2．2．3閃蒸氣分液系統(tǒng)

為了盡量避免閃蒸氣引入對燃料氣系統(tǒng)的影響，在其引入燃料氣系統(tǒng)之前，首先通過閃蒸氣聚結(jié)分離器D-710，氣體由分離器頂部并入燃料氣系統(tǒng)，分離出的液體回收進(jìn)吸收系統(tǒng)，同時分離出閃蒸氣中所攜帶的MDEA和水蒸氣，避免胺液因閃蒸氣帶液的損失。D-710出口氣體組成如表2所示，可以看出，通過D-710分液后，閃蒸氣中水蒸氣含量明顯下降；另一方面閃蒸氣分液罐可以起到緩沖作用，避免閃蒸氣引起燃料氣系統(tǒng)壓力波動。工藝流程如圖4所示。

3　應(yīng)用效果及經(jīng)濟效益分析

首先，將該工藝優(yōu)化應(yīng)用在第五聯(lián)合二列處理裝置上，運行效果表明，閃蒸氣吸收塔液泛現(xiàn)象減輕，燃料氣系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，尾爐運行穩(wěn)定。工藝優(yōu)化改造實施后，從閃蒸氣回收利用的實際效果看，每列閃蒸氣并入燃料氣系統(tǒng)的平均流量為36000m³／d，燃料氣價格按1.8元／m³計，裝置運行時間按8000h計算，除去工程建設(shè)投資226.25萬元，實際每列聯(lián)合處理裝置經(jīng)濟效益為l933.75萬元／a。

 此外，該工藝改進(jìn)還有效減少了溫室氣體CO2的排放，取得了較好的環(huán)境和社會效益。

4　結(jié)束語

作為中國建成投產(chǎn)的首個100×l0⁸m³。級特大型高含硫天然氣凈化廠，普光凈化廠在施工運行方面可借鑒的經(jīng)驗較少。因此，普光凈化廠的技術(shù)人員在對天然氣凈化新技術(shù)吸收、應(yīng)用的基礎(chǔ)上，針對實際生產(chǎn)情況，不斷對工藝進(jìn)行優(yōu)化。該閃蒸氣節(jié)能技術(shù)在第五聯(lián)合裝置上的成功應(yīng)用，為普光凈化廠其他聯(lián)合裝置的節(jié)能改造積累了寶貴的實踐經(jīng)驗。同時，也為同類高含硫天然氣凈化裝置的節(jié)能改造提供了良好借鑒。

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本文作者：趙景峰  孫廣平  張鋼強  李金玲

作者單位：中國石化中原油田普光分公司天然氣凈化廠