天然气净化过程节能参数优化研究_王小林.pdf

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1、第31卷第1期OILANDGASTREATINGANDPROCESSING油气加工41天然气净化过程节能参数优化研究112王小林刘瑾魏莹鹏1.西南石油大学研究生学院，四川成都610500；2.中国石油西南油气田公司川中油气矿磨溪天然气净化厂，四川遂宁629000摘要：为了降低天然气净化过程的能量消耗和操作成本，对天然气脱硫过程建立了优化模型和优化方法。借助HYSYS软件，应用该优化模型和优化方法对中国石油西南油气田公司川中油气43矿磨溪天然气净化厂50×10m/d净化装置的脱硫工段进行模拟计算和参数优化。经过优化后，在保证净化气产品质量的前提下，净化装置的脱硫工段的能耗

2、比优化前降低了12.35%，经济效益显著。该优化模型和优化方法通用性强可运用于其它过程系统操作参数的优化。关键词：天然气脱硫；节能；参数优化；优化模型DOI：10.3969/j.issn.1006-5539.2013.01.0110前言1.1最优化问题含硫天然气净化装置溶液循环量大、工艺流程复最优化问题通常由目标函数、优化变量和约束条件杂、能源消耗大、开采成本高。如何通过系统模拟与分析构成。确定天然气净化装置的最优操作条件，降低天然气处理目标函数（又称性能函数或评价函数）是最优化问过程中能量消耗节省操作成本，提高经济效益和市场竞题所要达到的目标，根据实际需要可以是单目标

3、函数或争力，成为目前石油企业迫切需要解决的问题。利用净是多目标函数。化装置在线测量数据信息，优化装置操作参数、降低净优化变量，对于过程系统参数优化问题，就是过程化装置的能耗和运行成本，建立严格的工艺过程模拟变量。过程变量主要由两部分组成，即决策变量和状态模型，在此基础上，建立装置运行能耗为目标的优化模变量。决策变量等于系统的自由度，是系统变量中可以型［1］。独立变化改变系统行为的变量。状态变量是决策变量的函数，是不能独立变化的变量，服从于描述系统性能的1最优化技术简介模型方程。约束条件是对优化变量取值范围的限制。最优化技术是一门应用性很强的新兴技术，是研究1.2优化问题

4、的求解途径在一定条件下如何用最小的代价获得最佳的效果，它已过程系统参数优化问题求解的途径主要有：案例研逐步成为工业、农业、交通、能源等部门不可缺少的重要究、参数灵敏度分析和直接优化法。技术。国内外应用实践表明，在同样条件下，经过优化技案例研究是对于一些优化变量用不同的数值代入，术的处理，对过程系统效率的提高、能耗的降低、资源的重复计算目标函数，寻求使目标函数不断改进的优化变合理利用、经济效益的提高等，均有显著效果。量值，直至找到最优值。适用于优化变量数较少，且相互收稿日期：2012-10-25作者简介：王小林（1987-），男，四川眉山人，硕士研究生，从事天然气加工与处

5、理研究。天然气与石油422013年2月NATURALGASANDOIL间影响作用较小的优化问题求解。表1进料天然气的组成、条件参数灵敏度分析法与案例研究非常类似。具体做法组分含量x（/%）温度/℃压力/MPa是选择一个合理的操作初值，然后对每个变量各向前和CH495.288向后移动一步，用案例研究相同的方法得出优化目标函C2H60.020数值，重复以上计算步骤，直到目标函数无显著改进为iC4H100.001止。nC4H100.001直接优化法是用最优化算法直接搜索最优的优化N21.770253.92变量值，由于化工过程的数学模型非常复杂，采用这种H20.008［2］方法

6、需将优化程序和流程模拟软件结合使用。O2+Ar0.130H2S2.1182模型的建立CO20.570对中国石油西南油气田公司川中油气矿磨溪天然H2O0.09443气净化厂50×10m/d净化装置脱硫工段进行优化分析。3脱硫后的湿净化气要求：H2S质量浓度≤20mg/m，装置采用40%（w）MDEA溶液吸收法脱除原料气中的酸3CO2体积分数≤3%（φ）气（主要为H2S和CO2）成分，循环量为10.0m/h。2.2天然气脱硫工艺HYSYS模拟2.1天然气脱硫净化工艺根据脱硫工段的工艺流程，构建HYSYS模拟流程原料天然气的组成和条件见表1。见图1。图1天然气脱硫工艺流程模拟

7、采用脱硫工段运行数据运用HYSYS对流程进行模式中：J为总能耗，kJ/h；N为泵能耗，kJ/h；Q为再沸器能拟计算，在模拟过程中假设：耗，kJ/h。a）不考虑设备的腐蚀情况；2.4优化变量的确定b）忽略各个设备的散热损失。对装置操作参数的优化就是根据实际条件调整决醇胺法脱硫工艺，选择HYSYS软件提供的Amine策变量，称为可调变量。优化变量在可调变量中选取，这Pkg物性包。热力学计算模型为Li-Mather模型，气液相些变量在实际生产中必须可调。在装置的设备条件固定模型选择非理想物系模型。吸收塔选用Absorber模块，及不考虑设备热量