洗滌塔在LNG實際生產(chǎn)中的應(yīng)用

張鑫蘆剛陳秋燕(.山東泰安昆侖能源有限公司， 山東 泰安 7033；.昆侖能源投資山東有限公司， 山東 青島 66000)

洗滌塔在LNG實際生產(chǎn)中的應(yīng)用

張鑫1蘆剛2陳秋燕1(1.山東泰安昆侖能源有限公司， 山東 泰安 271033；2.昆侖能源投資山東有限公司， 山東 青島 266000)

在LNG生產(chǎn)過程中，原料氣的組分不穩(wěn)定，重組分脫除不徹底，加上冷箱內(nèi)部板翅式換熱器流道狹窄，極易引起冷箱凍堵等問題，裝置停車復(fù)熱，給工廠運行造成了極大地經(jīng)濟損失，因此脫重?zé)N的效果對裝置平穩(wěn)運行至關(guān)重要。本文比較了目前常用的脫重?zé)N方案，重點介紹了洗滌塔脫重?zé)N工藝，并結(jié)合泰安工廠實際生產(chǎn)過程中洗滌塔脫重?zé)N的效果，對生產(chǎn)中遇到的一些問題提出了相關(guān)的解決方法。

LNG；洗滌塔；脫重?zé)N

0 引言

在液化天然氣生產(chǎn)過程中脫除重?zé)N是極其重要的一個環(huán)節(jié)，重?zé)N即重的烴類(C5+以上)，一般從地下開采出的天然氣當(dāng)中都會有重?zé)N組分，使得天然氣的露點較高。重組分脫除不徹底，造成換熱器流道凍堵，降低液化率、增加能耗，嚴(yán)重時會導(dǎo)致停產(chǎn)甚至事故。因此選擇合理的脫重?zé)N方案成為裝置能否平穩(wěn)運行的關(guān)鍵。

1 常見天然氣脫重?zé)N工藝方案

目前常見的天然氣脫重?zé)N工藝方案主要有：活性炭吸附法、深冷分離法、異戊烷溶解法。

1.1 吸附法

吸附法分離天然氣中重?zé)N的原理是利用吸附劑對苯、環(huán)己烷等重?zé)N的選擇性吸附的特性進行分離，此吸附多為物理吸附，過程可逆，當(dāng)吸附達到飽和后，再用熱甲烷氣脫附，再生的吸附劑可循環(huán)使用?？蛇x擇在裝置的脫酸脫水單元之后加裝重?zé)N吸附裝置,可以采用2塔或者3塔流程,以3塔流程為例：

每一個吸附塔依次經(jīng)歷吸收，加熱再生，冷卻吹掃三個步驟，當(dāng)其中一臺吸附塔工作時另兩臺進行再生冷卻，每臺吸附塔輪流工作從而保證連續(xù)處理天然氣，達到連續(xù)生產(chǎn)凈化的目的。或者可以采用復(fù)合吸附的方式，在干燥塔當(dāng)中裝填多種吸附劑床層，增加硅膠等對重?zé)N具有較大吸附容量的吸附劑，同時脫水、脫重?zé)N，流程也為典型3塔流程，每個塔依次經(jīng)歷吸收，加熱再生，冷卻，三塔輪流工作，對脫酸后的天然氣進行脫水、脫重?zé)N處理。

1.2 深冷分離法

利用熔沸點的不同，進行氣液分離。低溫分離工藝是最為廣泛的天然氣脫烴方法，它是將天然氣冷卻至烴露點溫度以下某一低溫，得到部分富含較重?zé)N類的凝液，并在此低溫下使其與氣體分離。低溫分離法，在多數(shù)液化工藝中都設(shè)計了低溫重?zé)N分離器，一般此分離器較小，重?zé)N含量高時分離不徹底仍會造成冷箱冰堵。

1.3 異戊烷溶解法

利用相似相容原理，采用異戊烷作為吸收溶劑洗滌天然氣中的重?zé)N組分。

含苯天然氣進入脫苯塔的底部，異戊烷介質(zhì)送入脫苯塔的頂部而使異戊烷與天然氣逆流接觸，在脫苯塔內(nèi)部除去其中的苯后，從脫苯塔的頂部排出并進入下一工序。也有利用冷箱中液化的重?zé)N作為洗滌液，不過由于原料氣中組分可能不穩(wěn)定等原因，仍需要異戊烷來調(diào)節(jié)。

綜上，吸附法投資少，操作簡單，適于處理雜質(zhì)含量低的氣源，但對原料氣變化適應(yīng)性差，應(yīng)用領(lǐng)域有限，可通過增加吸附劑量的方式提高重?zé)N處理能力，但吸附劑的選擇較困難。異戊烷溶解法，主要用于脫苯，對苯的溶解性較好，其他重?zé)N不能脫除干凈，選擇此法的主要是原料氣重?zé)N組分中苯含量較高，重?zé)N分離法，在多數(shù)液化工藝中都設(shè)計了重?zé)N低溫分離器，此分離器較小，重?zé)N含量高時，仍會造成冷箱冰堵。

2 洗滌塔脫重?zé)N應(yīng)用實例

加裝洗滌塔等方式可以有效的脫出重?zé)N，適用于重?zé)N較多的工況，并且工藝方案成熟，比較適合處理大量的天然氣。增加洗滌塔時可在冷箱液化段中抽出低溫凝液，利用重組分沸點比天然氣高的特點，根據(jù)精餾原理，將天然氣中的重組分分離出來，經(jīng)過預(yù)冷的天然氣進入精餾塔脫重?zé)N，然后進入冷箱繼續(xù)預(yù)冷進入氣液分離罐，液相由泵打入精餾塔，氣相深冷液化。

2.1 泰安工廠洗滌塔脫重?zé)N工藝

工廠采用的是雙循環(huán)混合制冷工藝，采用低溫精餾的方式來脫出苯 C5+等重組分，經(jīng)凈化合格后的天然氣進入LNG板翅式換熱器，在LNG板翅式換熱器中向下流動，冷卻至-43℃時，進入洗滌塔脫除天然氣中的苯、重?zé)N，塔頂氣體返回LNG板翅式換熱器后，經(jīng)再冷凝后進入洗滌塔回流罐進行氣液分離，分離后的氣體在LNG板翅式換熱器中被進一步冷卻、液化，并以過冷至-156.5℃的液體流出，再經(jīng)節(jié)流后進入LNG儲罐作為LNG產(chǎn)品。經(jīng)洗滌塔回流罐分離后的液相通過洗滌塔回流泵輸送回塔頂。洗滌塔塔底液體進入洗滌塔再沸器進行加熱，氣相返回塔底，液相節(jié)流降壓到0.35MPaG并通過重?zé)N電加熱器加熱至30℃，盡量脫除液相中的輕組分。洗滌塔再沸器的熱源為低壓1號混合冷劑。從重?zé)N電加熱器出來的氣相去燃料氣緩沖罐作燃料氣，液相通過重?zé)N輸送泵輸送至重?zé)N儲罐，作為副產(chǎn)品通過重?zé)N裝車泵輸送至槽車外運。

泰安工廠脫重?zé)N工藝

2.2 重?zé)N脫除效果

對進裝置區(qū)的天然氣和洗滌塔脫重?zé)N后的天然氣進行取樣檢測，其結(jié)果如下表所示。

位號 進廠原料氣 脫重?zé)N后(洗滌塔回流罐頂)控制指標(biāo)(%) 分析結(jié)果 分析結(jié)果甲烷:mol/mol 94.3230 96.3300乙烷:mol/mol 2.5900 1.6700丙烷:mol/mol 0.3950 0.1330異丁烷:mol/mol 0.0520 0.0058正丁烷:mol/mol 0.0840 0.0048氮氣:mol/mol 1.6920 1.8163異戊烷:mol/mol 0.0120 0.0000正戊烷:mol/mol 0.0140 0.0000新戊烷:mol/mol 0.0105 0.0000二氧化碳:mol/mol 0.7890 0.0000己烷:mol/mol 0.0158 0.000庚烷:mol/mol 0.0027 0.0000苯:mol/mol 0.0172 0.0000甲苯:mol/mol 0.0000 0.0000

從測量結(jié)果看，進裝置天然氣含有大量C5-C9重?zé)N及苯，遠遠超出液化裝置對重?zé)N組分的含量要求，而從洗滌塔后的取樣測量結(jié)果可以看出，重?zé)N脫出明顯已達液化裝置對苯和重?zé)N指標(biāo)要求(苯含量≤5ppmv，重?zé)N含量≤100ppmv)。脫重?zé)N效果良好。

3 洗滌塔脫重?zé)N工藝實際操作中遇到的問題及操作注意事項

3.1 生產(chǎn)中遇到的問題及工廠采取的解決方式

試車生產(chǎn)過程中出現(xiàn)了幾次天然氣流道堵塞的現(xiàn)象，主要發(fā)生在冷箱底部深冷段以及冷箱出口閥門，其中出口閥門多次堵塞情況嚴(yán)重。

從中控室數(shù)據(jù)反映來看，冷箱深冷段堵塞主要表現(xiàn)為深冷換熱器兩端壓差明顯增大，制冷溫度和產(chǎn)品LNG的冷端溫差明顯增加，此時冷劑制冷溫度和產(chǎn)品LNG的出冷箱溫度正常，冷箱液化段壓力降正常，但隨著時間的推移，制冷端的溫度下降，產(chǎn)品端溫度下降。

冷箱出口閥門堵塞之初表現(xiàn)為冷箱各段溫度及壓降沒有異常，但閥門前后壓差上升，出口流量下降，出口端溫度下降，現(xiàn)場閥門劇烈震動并伴有較大響聲。

根據(jù)中控室在線分析儀監(jiān)測數(shù)據(jù)(進冷箱及洗滌塔原料氣組分)的數(shù)據(jù)顯示，堵塞時進入冷箱的原料氣均滿足H2O≤1ppm，CO2≤50ppm，對進入冷箱前深度凈化后的天然氣和洗滌塔后的天然氣進行取樣檢測，發(fā)現(xiàn)原料氣中的苯含量超標(biāo)，也就是說重?zé)N脫除不凈是造成凍堵主要原因。

針對泰安工廠裝置堵塞的實際情況，可以判斷由于上游突然切換氣源導(dǎo)致原料氣組份產(chǎn)生很大變化氮氣含量，重組分含量明顯增大。進冷箱的凈化天然氣中的苯、環(huán)己烷嚴(yán)重超標(biāo)，即使經(jīng)過洗滌塔后，天然氣中的苯、環(huán)己烷含量仍然很高，在進一步液化中導(dǎo)致冷箱的板翅式通道堵塞。

針對類似冷箱部分堵塞和出口閥門凍堵的緊急情況，根據(jù)工廠的生產(chǎn)及操作經(jīng)驗總結(jié)出以下措施：

(1)增大高壓冷劑流量，降低進洗滌塔天然氣溫度，降低進塔壓力以求更好的重?zé)N脫除效果。增大冷劑流量為系統(tǒng)提供更多的冷量以均衡原料氣中突增的氮氣和重?zé)N所需。降低進洗滌塔天然氣溫度和進塔壓力，有利于重?zé)N在洗滌塔中更好液化，從而提高脫除效果。

(2)如已發(fā)生冷箱及出口閥門凍堵，可手動控制進氣量，增大進冷箱天然氣流量，以沖洗冷箱換熱器，增大天然氣流量的同時也要注意調(diào)整冷劑流量，并時刻關(guān)注換熱器兩端壓差的變化，如果情況好轉(zhuǎn)，應(yīng)及時做出調(diào)整。出口閥門凍堵則需切換旁通開啟放空閥，并對閥門進行局部復(fù)熱?？傊畱?yīng)多觀察，早發(fā)現(xiàn)，盡量避免凍堵情況嚴(yán)重導(dǎo)致必須停車的狀況發(fā)生。

(3)增大低壓冷劑進洗滌塔再沸器的流量，改善再沸器換熱，提高重?zé)N脫除效果。精餾塔需要氣相液相分接觸以達到最好的效果，低壓冷劑量不足會導(dǎo)致再沸器效果降低，從而降低重?zé)N脫除效果，同時浪費大量天然氣。

通過優(yōu)化操作可以暫時解決凍堵問題，但這樣操作會增加能耗，提高操作難度，提高生產(chǎn)成本，只能用于臨時解決問題。如果工廠運行過程中頻繁出現(xiàn)上述問題，則需要根據(jù)氣源變化及凍堵情況考慮工藝改造措施。

3.2 生產(chǎn)操作的注意事項

實際生產(chǎn)當(dāng)中重點需要對洗滌塔液位、壓力、以及進塔流量進行嚴(yán)格監(jiān)控，值得一提的是開車階段，在冷劑循環(huán)建立后需要將天然氣引入洗滌塔，注意在開啟洗滌塔入口流量控制閥之前，應(yīng)先緩慢開啟洗滌塔再沸器熱側(cè)流量控制閥，防止過冷的液體進入下游裝置。在冷卻期間，密切注意洗滌塔塔底液位和回氣溫度，隨著LNG板翅式換熱器預(yù)冷段溫度進一步降低，以及塔底液位的建立，逐步開大洗滌塔再沸器熱側(cè)流量控制閥。同時密切注意洗滌塔再沸器的液位和溫度，洗滌塔再沸器液位和溫度達到設(shè)計要求時，緩慢開啟塔底產(chǎn)品流量控制閥，同時投用重?zé)N電加熱器。當(dāng)重?zé)N電加熱器的液位和壓力滿足設(shè)計要求時，投用重?zé)N輸送泵及相關(guān)控制閥在洗滌塔回流罐建立液位后，緩慢打開洗滌塔回流泵入口預(yù)冷管線的手閥，預(yù)冷洗滌塔回流泵。預(yù)冷結(jié)束后投用洗滌塔回流泵?？傊_車階段預(yù)冷非常重要，操作要緩慢，液位建立的要穩(wěn)定。至于生產(chǎn)過程中更多的是參數(shù)監(jiān)控，壓力，塔液位，流量等都會對洗滌塔的洗滌效果造成較大的影響，嚴(yán)格控制洗滌塔液位以及脫重?zé)N的溫度。特別是天然氣流量或者組份變化時要及時調(diào)整。嚴(yán)格巡檢避免因流量閥失靈或者排液管堵塞造成洗滌塔及分離罐的液位異常。

4 結(jié)語

伴隨著LNG工業(yè)的快速發(fā)展，LNG工廠再生產(chǎn)中的問題也愈發(fā)明顯，尤其是重?zé)N處理問題以及由此引起的天然氣管線堵塞問題。因此，除設(shè)計建設(shè)階段參建單位應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)丨h(huán)境及變化特點提出更合理的設(shè)計，提高裝置適應(yīng)性，合理選擇裝置凈化方案之外，已建成工廠也應(yīng)當(dāng)互相分享生產(chǎn)經(jīng)驗，相互借鑒生產(chǎn)中遇到的問題以及解決方式，共同努力以求整體LNG行業(yè)更好的發(fā)展。本文記述泰安工廠實際生產(chǎn)過程中洗滌塔脫重?zé)N的效果，并介紹了工廠對于一些問題的解決方式以及操作經(jīng)驗，對LNG項目建設(shè)以及裝置生產(chǎn)具有參考價值。

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①蘆剛，昆侖能源投資(山東)公司副總經(jīng)理，負責(zé)生產(chǎn)安全。②張鑫，山東泰安昆侖能源有限公司技術(shù)員。③陳秋燕，山東泰安昆侖能源有限公司LNG工藝工程師。