天然气处理厂节能减排对低碳经济的推动作用
Outline:
雷英1
,
刘蔷2
,
唐伟1
,
青胜兰1
,
张杰1
1. 中国石油西南油气田公司川中油气矿磨溪天然气净化厂;
2. 中国石油西南油气田公司天然气研究院
收稿日期：2010-12-27；修回日期：2011-03-02
作者简介：雷英:女，1983年生，硕士；2008年毕业于西南石油大学化学工程专业。现在中石油西南油气田公司川中油气矿磨溪天然气净化厂从事天然气净化工作。地址：(629000)四川省遂宁市凯旋下路162号川中油气矿.
摘要：天然气处理厂是能耗较大的化工装置，生产过程中需要排放部分污染物。国家对企业的环保要求越来越高，发展低碳经济，以低能耗、低污染、低排放为基础，是企业的必然选择。为此，磨溪天然气净化厂在生产工艺、运行设备、安全设施等方面，采取了一系列的措施对天然气净化装置和轻烃回收装置进行节能减排，并取得了显著的成效。
关键词：低碳经济 天然气净化 轻烃回收 节能减排
Promoting Role of Energy Saving and Emission Reduction of Natural Gas Treating Plant on Low Carbon Economy
Outline:
Lei Ying1
,
Liu Qiang2
,
Tang Wei1
, et al
1. Moxi Purification Plant of Central Sichuan Oil and Gas District, PetroChina Southwest Oil & Gasfield Company;
2. Research Institute of Natural Gas Technology, PetroChina Southwest Oil & Gasfield Company
Abstract: There are many high energy consumption chemical devices in natural gas treating plant and there are a large amount of pollutant emissions. As the deepening strict of national environmental requirements, it is essential for the enterprise to develop low carbon economy based on low energy consumption, low pollution and low emissions. For these reasons, Moxi Purification Plant takes new technologies and new equipments on natural gas purification units and light hydrocarbon recovery units to save energy in some aspects, such as production process, operation equipments, safety facilities and so on, which have obtained remarkable achievements.
Key words:
low carbon economy natural gas purification light hydrocarbon recovery energy saving and emission reduction
在全球气候变化的大背景下，发展低碳经济正在成为各级部门决策者的共识。发展低碳经济，是以低能耗、低污染、低排放为基础，但是并不仅仅涉及节能减排，还有二氧化碳的价值开发、新能源开发与利用等诸多领域。
天然气工业在国民经济中占有重要的地位，是提供能源和有机化工原料的重要工业，是支柱产业之一。近年来，国家对天然气化工企业的环保要求越来越高，磨溪天然气净化厂不仅要积极承担环境保护责任，还要完成节能降耗的指标，因此磨溪天然气净化厂始终将节能减排纳入发展战略，坚持走低投入、低消耗、低排放、高效率的节能发展之路[1]。在过去几年中，本厂先后经过多次节能改造，并对污水处理和硫磺回收装置采取了一系列减排措施，取得一定的成绩，但是装置的部分能耗仍然较高，和国内外先进水平相比还是存在一定的差距，可以说目前本厂的节能减排潜力还很大。
1 天然气处理厂节能措施
川中油气矿磨溪天然气净化厂于1991年投产，共有天然气净化装置两套，轻烃回收装置四套，脱水装置一套。工厂工艺流程先进，但是由于装置运行年限比较久，装置存在一些与现有的生产实际和节能减排要求不符之处。因此，本厂针对生产工艺、运行设备、安全设施、市场产品需求等实际情况，先后经过多次节能改造，尽可能地降低了本厂的能耗。
1.1 80×104 m3/d净化装置扩至85×104 m3/d处理能力
目前我国85%的CO2排放是由燃烧煤炭造成的[2]，原油的CO2排放量大约是煤炭的1/40，天然气的CO2排放量又是原油的1/10，相对而言，天然气在传统石化能源中最为清洁。由此可见，加快天然气工业的发展，提高天然气在一次性能源消费中的比重，更有利于低碳经济的发展。
为提高装置处理能力，缓减天然气供应紧张的现状，本厂充分利用现有资源，对川中油气矿磨溪天然气净化厂的80×104 m3/d净化装置扩容至85×104 m3/d，并对该装置的关键设备如余热锅炉、再生塔等，以及现场的控制仪表如调节阀等进行了适应性的扩容改造，在不增加能耗的情况下，提高了原有装置的处理能力，提高了本厂的天然气产量。
1.2 轻烃回收装置分馏系统进行技术改造
遂宁轻烃回收站处理量为10×104 m3/d，现已运行多年，其间根据轻烃回收站的实际情况，先后经过多次改造和大修。为了降低轻烃回收装置的产品能耗，本站从轻烃回收装置的各个处理单元入手，在轻烃回收装置的设计和生产运行管理环节中推广应用节能技术，通过对丙、丁烷产品市场调研，由四川石油设计院精确筛选、优化设计方案，对轻烃装置分馏系统进行技术改造，改造情况见表 1。
表 1
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表 1 轻烃装置分馏系统技术改造情况表
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经过改造后，丙烷纯度可达98%以上，丁烷纯度可达95%以上，C3+收率提高了15%~20%，液化石油气及系列产品产量提高1t/d以上，液化石油气主要成分是C3+、C4+，可以全部燃烧，无粉尘，在现代化城市中应用，可大大减少过去以煤、柴为燃料造成的污染。因此对精馏系统的技术改造，可提高C3+回收率，生产出清洁、优质、高效的能源产品，减少了污染物的排放，提高了能源的综合利用率。
1.3 板式换热器的利用
磨溪天然气净化厂新建的50×104 m3/d净化装置中，MDEA贫富液换热器和TEG贫富液换热器均采用板式换热器，是没有中间密封橡胶条的全焊式板式换热器，能够在紧凑的空间内具有很大的传热面积。而80×104 m3/d净化装置中，则采用管壳式换热器。
从表 2可看出，相比于传统的管壳式换热器而言，板式换热器占地面积大幅度减小。在脱水单元中，将富液温度由60 ℃提高到约160 ℃，降低了重沸器负荷，减少了重沸器燃料气用量。由于其换热效率高，板式换热器使得贫液和富液换热更为充分，大大提高了热量回收。该装置中无贫液冷却器，不消耗循环水，有效地降低了循环水用量。因此，采用板式换热器可以大大降低工厂的燃料气消耗、富液再生蒸汽量、循环水用量和设备投资的费用等，综合考虑投资、能耗及占地面积等因素，50×104 m3/d净化装置中板式换热器的节能效果更显著。
表 2
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表 2 两种换热器换热效果比较
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1.4 消防水、生产用水管线改造
天然气净化装置运行年限较长，腐蚀严重，易出现多处腐蚀穿孔，造成消防水管网压力降低，水消耗居高不下，造成水资源浪费，使装置整体能耗增加。因此磨溪天然气净化厂对泄漏管线进行了更换。
如图 1所示，改造后单位油气生产的水消耗量(万方天然气耗水(方))大幅度降低，消防水管网压力提高，保证了异常情况发生时消防用水供应，确保了工厂安全平稳的运行。
1.5 电气环节的节能技术
在天然气净化装置以及轻烃回收装置中，动力设备较多，尤其是压缩机和机泵都采用电机驱动，因此电能消耗较多。磨溪天然气净化厂近几年分别在照明系统、电机系统和变压器等方面实施了一系列电气节能改造工程。
本厂通过采用低能耗的电子节能灯替换高压钠灯，再根据现场照明度要求选用不同功率的节能灯，一年可为工厂节约成本7.5万元。在130万联合装置的MDEA循环泵、主风机和循环水泵等大功率负载上安装了英福特节电器，改造后一年可节约用电12.96×104 kWh，为工厂成本节约9.1万元。在130万联合装置中，采用两台S11系列节能型变压器替换了原有的S7系列高耗能变压器，S11系列节能型变压器在材质、结构和制造工艺方面都有改进，空载能耗下降40%。其800 kVA变压器通过合理调配运行负荷，使800 kVA变压器的负载率接近70%。实施变压器节能改造后，每年可为工厂节约成本4.2万元。
图 2表示净化装置2006年至2009年单位油气生产所消耗的电量(万立方米天然气耗电(千瓦时))，电力消耗有明显的增长，回到2007年的水平，稍低于2006年，年总耗电量处于较高水平。由此可见，净化装置在电力方面仍具有很大的节能潜力。
2 天然气处理厂的减排措施
2.1 污水处理系统的改造
含硫天然气净化过程中产生的废水，具有非均匀、不连续、不稳定，日常废水量小、检修污水量大，且有机物浓度高、可生化性差的特点，采用连续活性污泥生化法一次生化的出水不达标，需循环再处理，且能耗高。净化装置改造后，利用UASB+SBR序批间隙工艺技术进行废水处理，其改造后的效果见表 3。
表 3
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表 3 UASB+SBR法与常规生化法比较
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从生产实际运行状况来看，新工艺对水质、水量具有较强的抗冲击负荷能力，适应水质的范围较宽，进水COD高出常规生化法3~4倍，出水水质好且稳定，使检修期间的废水以及厂区特殊废水的处理均能够达到排放标准，有效地降低了净化装置对环境的污染。UASB+SBR为序批间歇操作，日常生产时每天运行6 h，配1名操作人员，电能消耗仅是常规生化法的一半，低于常规生化法的能耗，大幅降低了生产运行成本。
2.2 新建硫磺回收装置
随着气田的开发，原料气气质条件发生变化，原料气H2S含量由原设计1.74%(φ)上升至2.2%(φ)，磨溪天然气净化厂现有50×104 m3/d橇装净化装置已不能适应气质条件的变化；原有的硫磺回收装置采用常规克劳斯两级转化，其硫收率约92%，SO2排放量高达65 kg/h，但其尾气烟囱高度为45 m，尾气中SO2气体排放速率已经超标。因此，为了保证工厂平稳供气，安全运行，减少环境污染，在现有80×104 m3/d净化装置西侧，新建50×104 m3/d脱硫脱水装置和36.4 t/d硫磺回收装置，硫磺回收装置将同时处理两套脱硫装置的酸气。
在新建的硫磺回收单元中，采用低温克劳斯工艺回收其中的硫磺，然后将废气(主要是二氧化硫)通过85 m的烟囱排放到大气中去。该工艺可以提高硫回收率，硫磺回收率可以提高到99%，同时也减少二氧化硫的排放，硫磺产量随之上升，并产生了一定的经济效益。在厂区种植了大面积的松柏、冬青等吸收二氧化硫的绿化带，有效减少了二氧化硫在空气中的含量，在生产过程中实现了二氧化硫的减排。
3 节能减排所取得的成果
近几年来，磨溪天然气净化厂采用新技术、新设备、新工艺等，在节能减排方面取得了一定的成果。从2006年至2009年，在工业产值持续增长的情况下，工厂的能耗呈现总体下降趋势。
从图 3中可以看出，2006年至2008年，磨溪天然气净化厂的两套净化装置的单位油气生产总能耗(万立方米天然气总能耗(kg标煤))逐年下降。在2009年，净化装置进行改扩建，天然气处理量大幅度增长，增长率达到10.4%，单位油气生产总能耗较2008年有所增长。这主要是因为电和蒸汽消耗有明显的增长，年耗电量基本回到了2007年的水平，处于较高水平。蒸汽消耗也有小幅度增长，天然气消耗与2008年基本持平，水消耗则有大幅度降低，处于历年来最低水平。这说明净化厂在电和蒸汽消耗方面还具有一定的节约空间，也是净化厂今后几年在节能方面的目标。
每年对应的二氧化碳排放量如图 4所示，总体呈现下降趋势。2009年单位油气生产总能耗比2006年减少了23.37 kg标准煤，相当于减排了58.26 kg二氧化碳，有效地降低了二氧化碳的排放，推动了本厂低碳的进程。
本厂对污水处理装置的改造使装置产生的废水能够达到排放标准，降低了净化装置对环境的污染。特别是新建一套36.4 t/d硫磺回收装置，大幅度削减了二氧化硫排放量，取得了显著的效果。
4 结论
在过去几年中，磨溪净化厂坚持推行清洁生产，积极构建绿色装置，大力倡导循环经济，在环境保护、清洁生产、污染控制、节能降耗等方面取得了一系列重要进展。通过大量的技术改造和节能新技术，最大限度地降低净化厂的能耗，实现了天然气产量和产品质量的提高，加快了天然气行业的发展。在污染物处理方面，采用了一些技术革新，有效地控制了污水和二氧化硫的排放，从工厂的角度尽可能地减少了“三废”排放。由此可见，节能减排不仅能降低生产成本，增加企业的经济效益，有利于石油天然气资源的合理利用，也是在推动以低能耗、低污染、低排放为特点的低碳经济发展。
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中国石油推动低碳经济发展纪实.化工管理, 2009, 12.
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2011, Vol. 40