[发明专利]一种原料天然气深度脱碳工艺

摘要

本发明提供了一种原料天然气深度脱碳工艺，包括以下步骤：1)对脱碳吸收塔进行充压；2)采用离心泵往吸收塔顶部连续注入循环量的醇胺溶液；3)待脱碳吸收塔的温度、压力稳定后，往脱碳吸收塔底部连续通入原料天然气，CO₂被醇胺溶液吸收脱碳后得到的净化天然气从脱碳吸收塔顶流出；4)吸收了CO₂的醇胺溶液由脱碳吸收塔底排出，经再生系统再生后通过离心泵返回脱碳吸收塔顶部循环利用。本发明提高了系统设计的经济性，节省投资、降低能耗。

主权项

1.一种原料天然气深度脱碳工艺，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)对脱碳吸收塔进行充压，使脱碳吸收塔内压力与原料天然气压力一致；步骤2)采用离心泵往吸收塔顶部连续注入循环量的醇胺溶液；所述醇胺溶液的循环量确定按以下步骤：步骤(1)给出优化参数的取值范围：x∈Dx、z∈Dz、t∈Dt、p∈Dp，式中：x：醇胺溶液浓度，wt.％；z：活化剂浓度，wt.％；t：醇胺溶液温度，℃；p：原料天然气压力，kPa；Dx：醇胺溶液浓度取值范围，wt.％；Dz：活化剂浓度取值范围，wt.％；Dt：醇胺溶液温度取值范围，℃；Dp：原料天然气压力取值范围，kPa；步骤(2)在各优化参数取值范围内，随机组合产生8组优化参数组合数列为初始复合形的8个顶点：X1(x1，z1，t1，p1)；X2(x2，z2，t2，p2)；·······Xi(xi，zi，ti，pi)；X8(x8，z8，t8，p8)；其中，Xi为第i个优化参数组合数列，1≤i≤8；xi为在Dx范围内随机选取的第i个醇胺溶液浓度，wt.％；zi为在Dz范围内随机选取的第i个活化剂浓度，wt.％；ti为在Dt范围内随机选取的第i个醇胺溶液温度，℃；pi为在Dp范围内随机选取的第i个原料天然气压力，kPa；步骤(3)计算8个顶点各对应的目标函数醇胺溶液循环量V1，V2，···，V8；步骤(4)将计算出的目标函数值醇胺溶液循环量V1，V2，···，V8，按由大到小顺序排序：VH＞VG＞···＞VL；最差点为VH，次差点为VG，最优点为VL，相应地，优化参数组合数列为：XH，XG，···，XL；XH(xH，zH，tH，pH)；XG(xG，zG，tG，pG)；·······XL(xL，zL，tL，pL)；步骤(5)计算初始复合形8个顶点的中心点Xs：然后再计算中心点的目标函数醇胺溶液循环量Vs；步骤(6)计算终止条件：式中：ε：计算精度，取值范围：10‑3～10‑6；若上式成立，则醇胺溶液最低循环量为VL，相应地优化参数组合数列为XL(xL，zL，tL，pL)；若上式不成立，则进行步骤7)；步骤(7)计算除去最差点XH后各顶点中心Xc：当H≠8时；当H＝8时；步骤(8)计算映射点XR：XR＝XC+α(XC‑XH)式中：α为映射系数；步骤(9)判断映射点XR(xR，zR，tR，pR)是否在可行范围内，即：xR∈Dx，z∈Dz，tR∈Dt，pR∈Dp；式中：xR：映射点处醇胺溶液浓度，wt.％；zR：映射点处活化剂浓度，wt.％；tR：映射点处醇胺溶液温度，℃；pR：映射点处原料天然气压力，kPa；若是在可行范围内，执行步骤(10)；若不在可行范围内，映射系数α减半，按照步骤(8)重新计算映射点；步骤(10)计算XR处的目标函数醇胺溶液循环量VR：若VR＜VH，则用XR代替最差点XH，返回步骤(3)重新计算；若VR≥VH，映射系数α减半，按照步骤(8)重新计算映射点；若α≤10‑10，用次差点VG代替最差点VH，返回步骤(7)；步骤3)待脱碳吸收塔的温度、压力稳定后，往脱碳吸收塔底部连续通入原料天然气，原料天然气与醇胺溶液在脱碳吸收塔内逆流接触，CO2被醇胺溶液吸收脱碳后得到的净化天然气从脱碳吸收塔顶流出；步骤4)吸收了CO2的醇胺溶液由脱碳吸收塔底排出，经再生系统再生后通过离心泵返回脱碳吸收塔顶部循环利用；其中，目标函数醇胺溶液循环量V1，V2，···，V8，Vs，VR计算步骤如下：(1)根据溶解度方程计算出原料天然气中CO2在醇胺溶液中的平衡溶解度αc：溶解度方程：式中原料天然气中CO₂分压，kPa；CO₂亨利系数；x：醇胺溶液浓度，wt.％；z：活化剂浓度，wt.％；αc：CO2平衡溶解度，定义为mol CO2/mol(醇胺+活化剂)；K1：醇胺分子在溶液中的电离平衡常数；K2：活化剂在溶液中的电离平衡常数；K3：CO2在溶液中的电离平衡常数；(2)计算CO2实际溶解度：式中，CO₂实际溶解度，定义为mol CO₂/mol(醇胺+活化剂)；y：实际溶解度偏离平衡溶解度的程度；(3)计算CO2脱除速率，由原料天然气摩尔流量和原料天然气中CO2含量计算CO2脱除速率：式中：CO₂脱除速率，mol/h；原料天然气中CO₂摩尔分数；n：原料天然气摩尔流量，mol/h；(4)计算目标函数醇胺溶液循环量：式中：V：目标函数醇胺溶液循环量，m3/h；CO₂脱除速率；xm：醇胺溶液摩尔体积，(醇胺+活化剂)mol/m3；CO₂实际溶解度，mol CO₂/mol(醇胺+活化剂)。