1、2023 年第 2 期生产与技术改造天然气作为一种清洁能源，在优化我国能源结构的过程中扮演着十分重要的角色。我国从 2010 年开始逐渐提高了天然气在能源结构中的比重，预计后期天然气的消费量将会呈现出逐渐升高的趋势1-3。我国的天然气资源储量十分丰富，而近年来新增勘探开发的气田中酸性气田的占比达到了 50%以上，主要分布在四川盆地等区域4-6。据有关统计显示，我国目前已探明的酸性天然气资源储量在 61012m3以上，能够为我国的能源安全提供可靠的保障。天然气中含有的 H2S 是一种有毒气体，不仅会对设备和管道等造成严重的腐蚀，还会对人体健康和生态环境造成一定的危害和污染，因此，必须对含硫天然气
2、进行的严格的处理，以最大限度的降低 H2S 的危害7-10。我国从 2018 年起对商品天然气中 H2S 等酸性含硫天然气脱硫工艺关键参数优化*张勇a，吴志虎a，陈渝静b（西南油气田分公司 a.蜀南气矿 四川 泸州 646000；b.天然气经济研究所，四川 成都 610051）摘要：为了提高含硫天然气的脱硫处理效率，以中国石油某天然气净化厂的原料气为研究对象，在分析了其组分及含量的基础上，采用 Aspen HYSYS软件对 MDEA法脱硫工艺的关键参数进行了优化，主要考察了吸收塔压力、贫胺溶液循环量、吸收塔塔板数、贫液温度、原料气温度以及再生塔回流比等参数对脱硫效果的影响。结果表明：吸收塔压力
3、越高、贫胺溶液循环量越大、再生塔回流比越高，净化气中 H2S 的含量就越低；而贫液温度和原料气温度越高，净化气中 H2S的含量就越高；随着吸收塔塔板数的逐渐增多，净化气中 H2S 含量则呈现出“先降低后升高”的趋势。由此得出适合目标天然气的最佳脱硫工艺参数为：吸收塔压力为 3.5MPa，贫胺溶液循环量为 105m3 h-1，吸收塔塔板数为 20 块，贫液温度为 40，原料气温度为 20，再生塔回流比为0.8。在此工艺参数条件下净化气中 H2S的含量低于 6mg m-3，能够满足 GB 17820-2018 中的一类气标准。关键词：含硫天然气；MDEA 脱硫装置；脱硫工艺；关键参数中图分类号：T
4、E644文献标识码：AOptimization of key parameters of sulfur-containing natural gas desulfurization process*ZHANG Yonga,WU Zhi-hua,CHEN Yu-jingb（a.Shunan Gas Field,Luzhou 646000,China;b.Natural Gas Economic Research Institute,Chengdu 610051,China,Southwest Oil and Gas Field Company）Abstract:In order to impro
5、ve the desulfurization efficiency of sulfur-containing natural gas,taking the feed gasof a natural gas purification plant of Petro-China as the research object,based on the analysis of its compositionand content,Aspen HYSYS software was used to optimize the key parameters of MDEA desulfurization pro
6、cess,mainly investigating the pressure of absorption tower,circulation amount of lean amine solution,number of plates ofabsorption tower,temperature of lean solution,the influence of feed gas temperature and reflux ratio of regenerationtower on desulfurization effect.The results show that the higher
7、 the pressure of absorption tower,the greater the circulation amount of lean amine solution,and the higher the reflux ratio of regeneration tower,the lower the contentof hydrogen sulfide in the purified gas;The higher the temperature of lean solution and feed gas,the higher thecontent of hydrogen su
8、lfide in purified gas;With the gradual increase of the number of plates in the absorption tower,the hydrogen sulfide content in the purified gas shows a trend of first decreasing and then increasing.The optimal desulfurization process parameters suitable for the target natural gas are obtained as fo
9、llows:the pressure ofabsorption tower is 3.5MPa,the circulation volume of lean amine solution is 105m3 h-1,the number of absorptiontower plates is 20,the temperature of lean solution is 40,the temperature of feed gas is 20,and the reflux ratioof regeneration tower is 0.8.Under this process parameter
10、,the content of hydrogen sulfide in the purified gas is lower than 6mg m-3,which can meet the Class I gas standard in GB 17820-2018.Key words:sour natural gas;MDEA desulfurization unit;desulfurization process;key parameterDOI：10.16247/ki.23-1171/tq.20230273收稿日期：2022-11-22基金项目：中石油西南油气田分公司蜀南气矿科研项目（201
11、9KS011；2019012）作者简介：张勇（1986-），男，汉族，四川德阳人，工程师，2009 年毕业于西南石油大学化学工程与工艺专业，大学本科，研究方向：油气田开发及石油化工。Sum329 No.2化学工程师ChemicalEngineer2023 年第 2 期2023 年第 2 期气田的含量提出了更为严格的要求，国家标准 GB17820-2018 天然气 中一类天然气质量要求 H2S 的含量6mg m-3，而二类天然气质量要求 H2S 的含量20mg m-3。因此，国内众多天然气净化厂需要通过改进脱硫生产装置或工艺的操作来满足标准要求11,12，本文以中国石油某天然气净化厂的原料气为研
12、究对象，采用 Aspen HYSYS 软件对 MDEA 法脱硫工艺的关键参数进行了优化，通过研究不同参数对净化气中 H2S含量的影响，及时调整生产措施，为含硫天然气的高效净化处理提供一定的技术支持和参考。1实验部分1.1原料气组分脱硫实验用天然气原料气取自中国石油某天然气净化厂，其具体的组分含量见表 1。由表 1 可见，原料气中 CO2的含量为 2.898%（小于 3%），H2S 的含量为 0.156%，属于低含硫天然气。另外，由于原料气中 CO2的含量小于 3%，天然气净化过程中只需考虑脱硫即可。1.2脱硫工艺模型本文采用 MDEA 法脱硫工艺对原料气进行脱硫实验，利用 Aspen HYSY
13、S 软件，选择 Amine Pkg 物性方案和 K-Eisenberg 热力学模型，建立了针对 MDEA法的脱硫工艺模型。1.3脱硫装置结合实验用原料气的组成、工艺模型和实际工艺过程，搭建了 MDEA 脱硫装置，主要包括吸收塔、再生塔、重沸器、溶液循环泵、冷却器、冷凝器、贫富液换热器、原料气分离器、溶液过滤器、闪蒸塔以及净化分离器等。其中核心设备主要为吸收塔、再生塔和重沸器，主要承担吸收酸性气体和脱出酸性气体的功能。本文利用该脱硫实验装置和脱硫工艺模型，分别考察了吸收塔压力、贫胺溶液循环量、吸收塔塔板数、贫液温度、原料气温度和再生塔回流比等关键工艺参数对脱硫效果的影响，进而优选出适合目标原料气
14、 MDEA 脱硫工艺的最佳参数。2结果与讨论2.1吸收塔压力优化设定贫胺溶液循环量为 100m3 h-1，吸收塔塔板数为 20 块，贫液温度为 40，原料气温度为 20，再生塔回流比为 1，在上述实验条件下，考察了吸收塔压力变化对净化气中 H2S 含量的影响，结果见图 1。由图 1 可见，随着吸收塔压力的升高，净化气中H2S 的含量呈现出逐渐降低的趋势，当吸收塔压力达到 3.5MPa 时，净化气中 H2S 的含量即可以降低至7.95mg m-3，再继续升高吸收塔压力至 5MPa，净化气中 H2S 的含量虽然仍能继续降低，但降低的幅度逐渐减缓。这是由于吸收塔压力越高，H2S 在 MDEA溶液中的
15、溶解度就越高，胺溶液对 H2S 的吸附能力就越强。但是当吸收塔的压力过高时，不仅会增加装置能耗，还会对设备的承压性能产生影响，不利于现场实施。因此，综合考虑脱硫反应效果和实施能耗，推荐最佳的吸收塔压力为 3.5MPa。2.2贫胺溶液循环量优化设定吸收塔压力为 3.5MPa，吸收塔塔板数为 20块，贫液温度为 40，原料气温度为 20，再生塔回流比为 1，在上述实验条件下，考察贫胺溶液循环量变化对净化气中 H2S 含量的影响，结果见图 2。由图 2 可见，随着贫胺溶液循环量的逐渐增大，净化气中 H2S 的含量呈现出逐渐降低的趋势，贫胺溶液循环量由 80m3 h-1增大至 105m3 h-1时，净
16、化气中 H2S 的含量可由 12.05mg m-3降低至 5.68mg m-3，再继续增大贫胺溶液的循环量，净化气中 H2S 的含表1原料气组分及含量Tab.1Composition and content of feed gas组分含量/（mol）%N20.615He0.087CH494.156C2H60.828C3H80.451iC4H100.526nC4H100.283CO22.898H2S0.15616128401.52.53.54.5吸收塔压力/MPaH2S含量/mg m-3图1吸收塔压力对净化气中H2S含量的影响Fig.1Influence of absorber pressureon hydrogen sulfide content in purified gas张勇等：含硫天然气脱硫工艺关键参数优化*742023 年第 2 期量继续降低向幅度逐渐减缓。这是由于贫胺溶液循环量越大，贫胺溶液与 H2S 气体的接触量增大，接触时间延长，能够促使 MDEA 和 H2S 的化学反应向右移，对 H2S 的吸收效果更好。而综合考虑贫胺溶液的成本和脱硫效果，推荐最佳的贫胺溶液循环量为1
