CN106021899A - 高含硫天然气脱硫能效量化评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高含硫天然气脱硫能效量化评价方法，首先建立脱硫能效评价体系，确定主控因素，选定净化气产量、脱硫能耗和脱硫选择性作为评价指标作为评价指标，并确定各评价指标的权重值；再计算或测定各个评价指标的实际值，并设定各个评价指标的满意值和不允许值，对比之后对求得各个评价指标的单向功效系数；最后，根据各个评价指标的权重值和单项功效系数值，对脱硫能效进行整体量化评估。采用本发明的高含硫天然气脱硫能效量化评价方法，经过计算，对高含硫天然气脱硫能效进行量化分析，使本领域技术员能更具其量化结果，清楚、直观、准确的对脱硫能效进行判断。

Description

高含硫天然气脱硫能效量化评价方法

技术领域

本发明涉及天然气脱硫工艺，具体涉及一种高含硫天然气脱硫能效量化分析方法。

背景技术

高含硫天然气富含大量H₂S、CO₂等酸性组分，通常需要大幅度增加脱硫溶液循环量以满足严格净化要求，这导致气体净化能耗是常规天然气的几倍至十几倍以上。高含硫天然气净化后的产品气收率相比常规天然气低许多，主要原因是大量酸气被脱除。基于上述两个特点，就要求高含硫天然气净化中要非常重视节能降耗和提高产品气收率，这样才能提高气体加工经济效益。由于脱硫单元是天然气净化核心，它不仅关系气体净化成败，也对气体加工能耗及产率影响最大，因此建立科学的高含硫天然气脱硫能效评价方法十分必要。

高含硫天然气脱硫能效的研究，涉及操作、管理、环境等多个方面，是复杂因素影响下的多指标综合评价问题。国内外对脱硫能效的定性、定量综合评价报道不多，但是通过操作经验指导、流程模拟研究或数学优化等方法，来提高脱硫效率，实现节能增产目标的介绍很多。而且多数文献在描述脱硫效率时，习惯用胺液酸气负荷、脱硫单位能耗、脱硫选择性、操作成本等单一指标或多指标关联的运行数据来直接或间接的评价脱硫效率。重点研究内容包括脱硫温度、压力、溶液浓度、吸收塔板数、溶液循环量、气液比、酸气溶解度等工艺参数对脱硫能效的影响规律。上述研究过程及结果多是以数学模型形公式、关系曲线或一揽子数据集合的形公式表达，不易直观形象地以分值的形公式综合判断脱硫能效。而生产者往往是按照操作规程进行作业，他们更关心在尽力操作好装置的前提下，能够利用简捷的方法来判断作业水平，以便提高生产效率。因此，对高含硫天然气脱硫能效进行简单量化分析，显得尤为重要。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种高含硫天然气脱硫能效量化评价方法。

技术方案如下：

一种高含硫天然气脱硫能效量化评价方法，其关键在于按以下步骤进行：

首先，建立脱硫能效评价体系，确定主控因素，选定评价指标，然后采用赋值法确定各评价指标的权重值α_i；

其次，计算或测定各个评价指标的实际值，并设定各个评价指标的满意值和不允许值，将各个评价指标的实际值与对应的满意值和不允许值之间进行对比，对各个评价指标进行量化打分，得到各评价指标的单项功效系数值A_i；

最后，根据各个评价指标的权重值和单项功效系数值，对脱硫能效进行整体量化评估，采用下面的公式计算脱硫能效的总分：

YES＝Z_i[α₁A₁+α₂A₂+α₃A₂+......+α_iA_i]

其中Z_i为原料气处理负荷系数；

α_i为第i个评价指标的权重值；

A_i为第i个评价指标的单项功效系数值；

Z_i＝-0.589F_load ²+1.198F_load+0.39，F_load为处理负荷。

优选的，按以下步骤进行：

步骤一、以净化气产量--Y、脱硫能耗--E和脱硫选择性--S作为评价指标，然后采用赋值法确定Y、E和S的权重值α₁、α₂和α₃，α₁、α₂和α₃均大于零小于1，α₁、α₂和α₃之和为1；

步骤二、对原料气进行脱硫处理，稳定后测定以下参数：

F_in--单位时间内原料气处理量，m³/h；

C_H2S,in--原料气中H₂S的体积百分含量，％；

C_H2S,in--原料气中H₂S的体积百分含量，％；

C_CO2,in--原料气中CO₂的体积百分含量，％；

C_CO2,out--净化气中CO₂的体积百分含量，％；

f_flash--脱硫装置闪蒸气流量，为500m³/h；

e_i--实际脱硫能耗；

步骤三、按以下公式计算：

净化气产量--Y

胺液循环量--L_exp

L_exp＝-171.4(F_in/125000)²+573.5(F_in/125000)+107----公式②；

脱硫选择性--S

步骤四、分别预设所述净化气产量--Y和脱硫选择性--S的满意值和不允许值，再分别计算Y、S的单项功效系数值A₁、A₂，A₁、A₂均按照公式④计算：

参照胺液循环量--L_exp，预设脱硫能耗--E的满意值和不允许值，按照公式⑤计算E的单项功效系数值A₃：

公式④和公式⑤中：g_1i为A₁或A₂，x_yi为Y、S或E的满意值，x_ni为Y、S或E的不允许值，x_i为Y或S的实际计算值；

步骤五、按照公式YES＝Z_i[α₁A₁+α₂A₂+α₃A₃]，计算脱硫能效的总分，得到量化结果。

所述净化气产量--Y的满意值和不允许值分别为Y_max和Y_min，预设C_CO2,out的上下限，再将其数值分别带入公式①计算即得到Y_max和Y_min，所述脱硫能耗--E的满意值和不允许值分别为E_max和E_min，预设E/L_exp的比值的上下限，根据公式②实际算得的L_exp，得到E_max和E_min，所述脱硫选择性--S的满意值和不允许值分别为S_max和S_min，预设C_CO2,out的上下限，将其数值分别带入公式③计算即得到S_max和S_min。

净化气产量是净化厂经济效益最直接的体现，它是影响脱硫能效的最重要指标，产量越大意味着产值越高。尤其对本高含硫气田来说，由于天然气中酸性组分体积含量高达24％，经过酸性组分脱除后，商品天然气理论产率仅能达到原料气处理量的76％，这大大低于常规气田商品天然气产率。加之净化厂处理规模高达3600×10⁴m³/d，即使天然气产量有1％的变化波动也能反映脱硫装置运行效率和经济性受到较大影响。

脱硫能耗是反映脱硫装置日常运行成本的最重要因素。根据文献报道高含硫天然气脱硫能耗比常规天然气能耗高出10倍甚至更多。能耗增加将提高天然气处理成本，脱硫能效自然会降低，所以能耗是反映脱硫能效的关键因素之一。脱硫能耗主要由三部分构成：加热溶液所需蒸汽能耗，溶液输送所需的机泵电能，溶液冷却所需的循环水消耗。根据文献报道和生产数据显示，脱硫单元中能耗最大的设备是再生塔重沸器，它的能耗通常占脱硫单元总能耗的70％以上。

对于含硫天然气净化而言，加强脱硫选择性意味着在满足商品天然气质量的前提下，对天然气中CO₂尽量少的脱除。这样不仅可把脱硫溶液尽量应用于脱除H₂S，降低溶液循环量，能耗随之下降，而且提浓后的酸气送往硫磺回收装置有利于提高硫收率。脱硫选择性的高低直接受众多操作条件影响，如脱硫吸收温度、压力、溶液循环量、吸收塔板数等。一般的规律表明选择性越强净化气产量就越高，脱硫能耗越低。

有益效果：采用本发明的高含硫天然气脱硫能效量化评价方法，选取净化气产量、脱硫能耗和脱硫选择性作为评价指标，通过预设净化气产量--Y、脱硫能耗--E和脱硫选择性--S的满意值、不允许值，对比之后对求得各个评价指标的单项功效系数，再依据其权重，对高含硫天然气脱硫能效进行量化分析，使本领域技术员更能据其量化结果，清楚、直观、准确的对脱硫能效进行判断。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

一种高含硫天然气脱硫能效量化评价方法，其特征在于按以下步骤进行：

步骤一、首先，建立脱硫能效评价体系，确定主控因素，选定评价指标，然后采用赋值法确定各评价指标的权重值α_i；

以净化气产量--Y、脱硫能耗--E和脱硫选择性--S作为评价指标，然后采用赋值法确定Y、E和S的权重值α₁、α₂和α₃，α₁、α₂和α₃均大于零小于1，α₁、α₂和α₃之和为1；

步骤二、对原料气进行脱硫处理，稳定后测定以下参数：

F_in--单位时间内原料气处理量，m³/h；

C_H2S,in--原料气中H₂S的体积百分含量，％；

C_H2S,in--原料气中H₂S的体积百分含量，％；

C_CO2,in--原料气中CO₂的体积百分含量，％；

C_CO2,out--净化气中CO₂的体积百分含量，％；

f_flash--脱硫装置闪蒸气流量，为500m³/h；

e_i--实际脱硫能耗；

e_i即为脱硫能耗的实际值；

步骤三、分别按公式①和③计算Y、S的实际值，按公式②计算胺液循环量--L_exp：

净化气产量--Y

L_exp＝-171.4(F_in/125000)²+573.5(F_in/125000)+107----公式②；

脱硫选择性--S

步骤四、设定各个评价指标的满意值和不允许值，将各个评价指标的实际值与对应的满意值和不允许值之间进行对比，对各个评价指标进行量化打分，得到各评价指标的单项功效系数值A_i；

分别预设所述净化气产量—Y、脱硫能耗--E和脱硫选择性--S的满意值和不允许值；

所述净化气产量--Y的满意值和不允许值分别为Y_max和Y_min，预设C_CO2,out的上下限，再将其数值分别带入公式①计算即得到Y_max和Y_min；

所述脱硫能耗--E的满意值和不允许值分别为E_max和E_min，预设E/L_exp的比值的上下限，根据公式②实际算得的L_exp，得到E_max和E_min；

所述脱硫选择性--S的满意值和不允许值分别为S_max和S_min，预设C_CO2,out的上下限，将其数值分别带入公式③计算即得到S_max和S_min；

最后分别计算Y、E、S的单项功效系数值A₁、A₂、A₃，

其中A₁、A₂均按照公式④计算：

A₃按照公式⑤计算：

公式④和公式⑤中：g_1i为A₁或A₂，x_yi为Y_max、S_max或E_max，x_ni为Y_min、S_min或E_min，x_i为根据公式①或公式③计算得到的Y或S的实际计算值；

步骤五、根据各个评价指标的权重值和单项功效系数值，对脱硫能效进行整体量化评估，采用下面的公式计算脱硫能效的总分，得到量化结果。

YES＝Z_i[α₁A₁+α₂A₂+α₃A₃+......+α_iA_i]

其中Z_i为原料气处理负荷系数；

α_i为第i个评价指标的权重值；

A_i为第i个评价指标的单项功效系数值；

i＝3；

Z_i＝-0.589F_load ²+1.198F_load+0.39，F_load为处理负荷，实际测得。

下面结合具体量化结果对本发明进行说明，按照以上方法，表1为对Y、E、S赋予的权重值，表2为对某高含硫天然气净化厂23组脱硫装置的脱硫能效量化分析结果。

针对Y，预设C_CO2,out＝2.3％作为上限，带入公式①得到Y_max，预设C_CO2,out＝0.5％作为下限，带入公式①得到Y_min；

针对E，预设E＝0.08L_exp作为上限，得到E_max，预设E＝0.12L_exp作为下限，得到E_min；

针对S，预设C_CO2,out＝2.2％作为上限，带入公式③得到S_max，预设C_CO2,out＝0.5％作为下限，带入公式③得到S_min；

表1、Y、E、S权重赋值

表2、某高含硫天然气净化厂脱硫装置的脱硫能效量化结果

从表2可以看出，通过本发明提供的方案对各脱硫装置的脱硫能效量进行量化，得到的YES值，是对每个脱硫装置的脱硫能效直观、简单的量化结果，与每个脱硫装置实际工作的脱硫能效相吻合，本领域技术人员能直观、准确的判断脱硫每个脱硫装置的能效情况。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高含硫天然气脱硫能效量化评价方法，其特征在于按以下步骤进行：

首先，建立脱硫能效评价体系，确定主控因素，选定评价指标，然后采用赋值法确定各评价指标的权重值α_i；

其次，计算或测定各个评价指标的实际值，并设定各个评价指标的满意值和不允许值，将各个评价指标的实际值与对应的满意值和不允许值之间进行对比，对各个评价指标进行量化打分，得到各评价指标的单项功效系数值A_i；

最后，根据各个评价指标的权重值和单项功效系数值，对脱硫能效进行整体量化评估，采用下面的公式计算脱硫能效的总分：

YES＝Z_i[α₁A₁+α₂A₂+α₃A₂+......+α_iA_i]

其中Z_i为原料气处理负荷系数；

α_i为第i个评价指标的权重值；

A_i为第i个评价指标的单项功效系数值；

Z_i＝-0.589F_load ²+1.198F_load+0.39，F_load为处理负荷。

2.根据权利要求1所述的高含硫天然气脱硫能效量化评价方法，其特征在于按以下步骤进行：

步骤一、以净化气产量--Y、脱硫能耗--E和脱硫选择性--S作为评价指标，然后采用赋值法确定Y、E和S的权重值α₁、α₂和α₃，α₁、α₂和α₃均大于零小于1，α₁、α₂和α₃之和为1；

步骤二、对原料气进行脱硫处理，稳定后测定以下参数：

F_in--单位时间内原料气处理量，m³/h；

C_H2S,in--原料气中H₂S的体积百分含量，％；

C_H2S,in--原料气中H₂S的体积百分含量，％；

C_CO2,in--原料气中CO₂的体积百分含量，％；

C_CO2,out--净化气中CO₂的体积百分含量，％；

f_flash--脱硫装置闪蒸气流量，为500m³/h；

e_i--实际脱硫能耗；

步骤三、按以下公式计算：

净化气产量--Y

胺液循环量--L_exp

L_exp＝-171.4(F_in/125000)²+573.5(F_in/125000)+107 ---公式②；

脱硫选择性--S

步骤四、分别预设所述净化气产量--Y和脱硫选择性--S的满意值和不允许值，再分别计算Y、S的单项功效系数值A₁、A₂，A₁、A₂均按照公式④计算：

参照胺液循环量--L_exp，预设脱硫能耗--E的满意值和不允许值，按照公式⑤计算E的单项功效系数值A₃：

公式④和公式⑤中：g_1i为A₁或A₂，x_yi为Y、S或E的满意值，x_ni为Y、S或E的不允许值，x_i为Y或S的实际计算值；

步骤五、按照公式YES＝Z_i[α₁A₁+α₂A₂+α₃A₃]，计算脱硫能效的总分，得到量化结果。

3.根据权利要求2所述的高含硫天然气脱硫能效量化评价方法，其特征在于：所述净化气产量--Y的满意值和不允许值分别为Y_max和Y_min，预设C_CO2,out的上下限，再将其数值分别带入公式①计算即得到Y_max和Y_min，所述脱硫能耗--E的满意值和不允许值分别为E_max和E_min，预设E/L_exp的比值的上下限，根据公式②实际算得的L_exp，得到E_max和E_min，所述脱硫选择性--S的满意值和不允许值分别为S_max和S_min，预设C_CO2,out的上下限，将其数值分别带入公式③计算即得到S_max和S_min。