PDF《天然气处理工艺建模与模拟进展》

也可以开发与设计新型工艺 过程,并进行设备设计以及经济效益评估.因此, 对天然气处理工艺建模与模拟的研究具有十分重要 的现实意义.

1 天然气处理工艺 来自油气井的天然气主要成分为甲烷,但其中还 含有硫化氢、二氧化碳和水等杂质,需要经过天然 气处理将其加工为符合气质标准和管输要求的商品 气.典型的天然气处理工艺如图

1 所示,主要包括脱 酸性气体、脱水、硫磺回收、天然气凝液(Natural Gas Liquid, NGL)回收等过程. 井口天然气首先需要经过天然气预处理过程,分 离出气体中夹带的凝析油、游离水和固体杂质.经预 处理后的粗天然气进入脱酸气装置脱除其中的含硫和 含碳化合物,减少酸性组分对管道和设备的腐蚀.其 中醇胺法占据了主导地位,在低温高压下醇胺与酸性 组分反应并在高温低压下解吸释放出酸气得以再生, 常用的醇胺溶剂有单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA) 和甲基二乙醇胺(MDEA)等.为了提高对硫化氢吸收 的选择性,又常在醇胺中加入环丁砜,即砜胺法.此外,离子液体对CO2 具有良好的吸收能力,选择性渗 透膜可利用不同气体渗透性能的差别分离酸性组分, 这些新工艺也受到了研究者们的关注. 来自脱酸气装置的酸气将通过克劳斯工艺回收硫 磺.将硫化氢不完全燃烧,生成的二氧化硫与硫化氢 进一步反应可得到硫单质.为了进一步提高硫回收率, 在常规克劳斯的基础上又开发了多种延伸克劳斯工艺, 如超级克劳斯、低温克劳斯、富氧克劳斯等.硫磺回 收单元还需要配套尾气处理单元以保证尾气中的SO2 达到排放标准,可采用还原-吸收法、氧化-吸收法 和催化低温克劳斯法. 脱水过程是为了将天然气中的水分除去,使水露 点达到管输要求,防止形成天然气水合物堵塞管道和 设备.常用的脱水方法有固体干燥剂吸附、溶剂吸收 以及低温冷凝.三甘醇(TEG)溶剂具有热稳定性好、 露点降幅大、易再生等优点,使用最为广泛.低温冷 凝又可分为膨胀冷却法和加压冷却法,前者利用天然 气的节流膨胀制冷,后者是将其加压后冷却,在低温 下水蒸气凝结为液态水析出. 当商品气对烃露点的质量指标有要求时,还需 要从天然气中分离出天然气凝液(NGL),进一步分馏 NGL后可得到乙烷、丙烷、丁烷和天然汽油等燃料与 化工原料.回收凝液的方法有吸附法、油吸收法和冷 ???? ???? ???? ?? /(-?? ノ???? $ $ $ /(-??? ???? ????? ??? ?Ⅱ ??? ?? Ⅱ ?Ⅱ 图1典型天然气处理工艺 Fig.

1 Typical natural gas treatment process

194 石油科学通报

2019 年6月第4卷第

2 期 凝分离法,其中采用膨胀机制冷的低温冷凝工艺应用 最为普遍.

2 过程模拟在天然气处理工艺中的应用 过程模拟也被称为流程模拟,包括了稳态模拟和 动态模拟.化工系统的数学模型通常是一个大型的非 线性方程组,稳态模拟的实质就是求解这一方程组. 动态模拟是在稳态模拟的基础上,模拟过程扰动对流 程各工艺参数随时间变化的影响. 过程模拟技术常被用于既有装置的节能改造、生 产调优以及新工艺过程的研究开发、概念设计.应用 过程模拟软件对天然气处理工艺进行建模与模拟可以 较好地分析整个工艺流程,了解重要的流程行为和过 程机制,并寻找出最佳操作参数.天然气项目投资大, 对设备、安全、环保的要求高,通过模拟可以预测给 定操作条件下的系统行为,代替大量实验,得到重要 性能信息,减少试验次数,从而缩短工业化周期.此外,在工业化前期,对工艺过程的经济评价可以指导 设计方案的比选,预测工业化可行性,减少投资盲目 性.天然气处理过程较为复杂,某一个参数的改变往 往影响着多个参数的取值,而通过数学模型可以较好 地揭示过程和设备变量之间的关系,可以实现系统操 作参数的优化.动态模拟对于消除安全隐患也发挥着 重要作用,它可以预测系统参数与操作工况发生改变 时对整个系统造成的影响,评估控制方案的合理性, 确保天然气生........