3.3 MDEA 溶液循环量对热负荷的影响

3.4 MDEA 溶液循环量对富液酸性负荷及其温度的影响

虽然降低MDEA 胺液循环量能够降低再生器热负荷，降低能耗，但是胺液循环量的减少会导致吸收塔塔底富液的酸性负荷不断增大、富液温度不断增大，如图6 、7 所示。

从图6 、7 可知，MDEA 溶液从700kmol／h 降低到400 kmol／h 时，吸收塔底富液的酸性负荷由0.21增加到0.37 ，增幅约为76.2% ，同时富液温度由51 ℃ 增加到58 ℃ 。温度的增加将降低胺液吸收效果，同时酸性负荷的增加将增强富液的腐蚀能力。

工程经验表明，吸收塔底富液的酸性负荷一般不超过0.3 。因此，本项目的净化系统设计中，吸收塔的富液的酸性负荷取0.297，则MDEA 胺液循环量约为500kmol／h 。

3.5 填料塔高度的优化分析

海上自升式移动平台一般由底舱、主甲板层、二层甲板层组成，其空间布局限制了海上橇装油田伴生气液化装置的设计。油田伴生气净化系统中的吸收塔、再生塔作为液化装置中最高的设备，其高度受到严格限制，一般要求不超过20 m 。因此，优化吸收塔、再生塔高度，不仅能够降低设备的投资，而且能够降低海上移动平台设备的摆动，提高装置运行的稳定性。

图8给出了在一定的胺液循环量条件下，进吸收塔的原料气中CO2 体积分数对填料塔高度的影响。当胺液循环量不变时，减少进入吸收塔的原料气中CO2 含量，能够有效降低填料塔高度。这是因为胺液循环量不变，CO2 含量降低时，塔内的醇胺溶液中CO2 含量降低，表面分压降低，则较低的填料高度就能达到很高的净化效果，因此能够降低填料塔高度。同时，一般情况下，富液的酸性负荷降低时，胺液循环量也会适当降低，从而降低再生塔能耗。

由于海上油田伴生气中CO2 含量随着石油产量的降低会相应增加，为了提高装置的适应性，因此在设计时必须预留一定的富裕度。表1 中显示的CO2 体积分数为5.54% ，是中海石油集团对海上油田伴生气组分多年统计得到的最高值，以此作为设计标准，能够保证净化系统具有很强的适应性。由于MDEA 胺液吸收CO2 是一个气液界面传质并伴有化学反应的过程，提高传质效率能够有效降低填料高度。采用高效的填料是一种有效的提高传质效率、降低塔器设备高度的有效方法。

图9 给出了不同形状的金属散堆填料对填料高度的影响。从图9 可知，矩鞍环对应的填料高度最大，而阶梯环对应的填料高度最小，这是因为阶梯环的比表面积最大，而矩鞍环的比表面积最小，如矩鞍环的比表面积为112 m2／m3 ，而阶梯环的比表面积为153 m2 ／m3 。因此，本项目中吸收塔、再生塔皆采用阶梯环的散堆填料塔。

结合上述分析，对于原料气中CO2 体积分数为0.45%～5.54% 的海上橇装天然气液化装置脱CO2净化系统，MDEA 混合胺液循环量宜控制在200～500kmol／h ，再生塔底部的再沸器热负荷宜控制在200 ～600 kW 。所以，对于海上橇装天然气液化装置，应该定期分析原料气中CO2 含量，根据CO2 含量的变化，适当调节MDEA 胺液循环量，能够有效降低净化系统的运行成本，提高装置的经济性及适应性。

4 结束语

1）基于海上自升式移动平台的橇装天然气液化装置，具有适应性强、投资小、建设周期短、现金回收快等优点。

2）确定橇装天然气液化装置采用MDEA ＋ MEA混合醇胺溶液化学吸收脱CO2 的工艺方法，并且给出了醇胺溶液脱CO2 的工艺流程。

3）定期分析原料气中CO2 含量，适当调节MDEA胺液循环量，能够有效降低净化系统的运行成本，提高了净化装置对海上油田伴生气不同组成的适应性。

4）对于同等规模的天然气液化装置，当原料气中CO2 体积分数为5.54% 时，MDEA 胺液循环量为500kmol／h ，再沸热负荷为600 kW ；当原料天然气中CO2体积分数为0.45% 时，MDEA 胺液循环量为200kmol／h ，再沸器热负荷为200 kW ；同时采用高效的阶梯环散堆填料，能够有效降低吸收塔、再生塔的填料高度，提高整体装置的稳定性。

海上橇装天然气液化装置中酸性气体脱除技术方案已通过中海石油气电集团有限责任公司组织的专家组评审验收。目前，中海石油气电集团有限责任公司正根据海上橇装天然气液化装置整体技术方案进行海上自升式移动平台的设计，推进海上橇装天然气液化装置的示范工程的建设。

参考文献

[1] 郭揆常．液化天然气（LNG）应用与安全[M ].北京：中国石化出版社，2007.

[2 ] PERSON A.Barge-mounted offshore LNGliquefaction plants[C] ∥ Proceedings of Oceans’ 77 Conference Record.Los Angeles ：MTS-IEEE ，1977.

[3] 师彦俊．低浓度酸性气回收处理控制难点与对策[J].石油与天然气化工，2008 ，37（6） ：483-486.

[4] 王天明，邵拥军，王春燕，等．中小型液化天然气装置净化和液化工艺研究[J].石油与天然气化工，2007 ，36（3） ：191-193.

[5] 范庆虎，李红艳，尹全森，等．低浓度煤层气液化技术及其应用[J].天然气工业，2008 ，28（3） ：117-120.

[6] BENAMOR A ，AROUA M K.Modeling of CO2 solubility and carbamate concentration in DEA ， MDEA and their mixtures using the deshmukh-mather model [J ].Fluid Phase Equilibria ，2005 ，231 ：150-162.

[7] 王开岳．天然气净化工艺——— 脱硫脱碳、脱水、硫磺回收及尾气处理[M].北京：石油工业出版社，2005.

[8] KO J J ，LI M H.Kinetics of absorption of CO2 into solutions of MDEA and H2 O [J].Chemical Engineering Science，2000 ，55（19） ：4139-4147.

[9] 贾琴芳，刘洪杰，张莉，等．丘东1﹟ 天然气处理装置工艺优化研究[J].石油与天然气化工，2009 ，38（5） ：386-389.