試析液化天然氣工廠重?zé)N脫除工藝的選擇與使用

蔣體健

【摘? 要】中國的空氣污染嚴(yán)重。天然氣作為一種清潔能源，可以滿足國家的節(jié)能減排需求。社會對天然氣的需求正在迅速增長。但是，由于天然氣的來源不同，氣體質(zhì)量組成也不盡相同，C5以上的重?zé)N含量不同。在天然氣液化過程中，重?zé)N具有較低的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)。如果未完全拆除，則管線和閥門可能會在低溫液化段中凍結(jié)，或者從經(jīng)濟(jì)損失到嚴(yán)重事故可能會發(fā)生安全事故。基于多年的經(jīng)驗(yàn)，作者分析和研究了液化天然氣工廠中重?zé)N去除工藝的選擇和使用。

【關(guān)鍵詞】液化天然氣;重?zé)N;脫除工藝

引言

在這個階段，隨著天然氣資源的日益廣泛使用，液化天然氣由于其便捷的運(yùn)輸和易于存儲的特點(diǎn)成為天然氣公司的首選。液化天然氣的使用，不僅可以有效地提高運(yùn)輸和儲存效率，還可以在一定程度上降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，盡可能避免能源浪費(fèi)，有效緩解能源危機(jī)。由于天然氣中的主要雜質(zhì)（例如CO2）也包含一定量的雜質(zhì)（例如苯和重?zé)N），因此必須采取某些措施去除雜質(zhì)，以最大程度地發(fā)揮液態(tài)天然氣的作用。

中國的空氣污染嚴(yán)重。天然氣是一種清潔能源，符合國家節(jié)能減排的要求。隨著社會對天然氣需求的增加，需要更先進(jìn)的天然氣處理方法。在天然氣液化過程中，由于天然氣的來源不同，所以氣體質(zhì)量成分中所含重?zé)N（C5或更高）的比重是不同的。重組分的熔點(diǎn)低，在甲烷之前會液化。如果不能完全清除，則會導(dǎo)致管道，閥門和設(shè)備因經(jīng)濟(jì)損失到安全事故而凍結(jié)和阻塞。因此，在液化天然氣工廠的凈化階段，重?zé)N的完全去除對于安全生產(chǎn)和操作很重要。

烴的沸點(diǎn)隨著分子量的增加而逐漸增加。因此，在天然氣的冷凝過程中，重?zé)N通常首先冷凝。重?zé)N不能在正確的時間或冷凝后首先分離，重?zé)N不能盡快分離。凍結(jié)重?zé)N會堵塞管道和設(shè)備。最近，中國科學(xué)技術(shù)取得了質(zhì)的飛躍，天然氣凈化工藝技術(shù)逐漸成熟。為了除去重?zé)N，有傳統(tǒng)的除去方法，例如吸附分離，異戊烷溶解，低溫分離，以及除去重?zé)N的新方法。

近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高，科學(xué)技術(shù)也有了質(zhì)的飛躍，市場體系逐步完善。這也加劇了中國工業(yè)市場的競爭。作為一種清潔能源，它可以有效提高相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益以及天然氣的廣泛應(yīng)用，并在一定程度上緩解了人與自然之間的矛盾，使中國各行各業(yè)的發(fā)展走可持續(xù)的道路。同時，對液化天然氣的投資具有快速的效果。在長途運(yùn)輸過程中，液化天然氣不需要大型的儲氣設(shè)備，可以通過低溫罐車運(yùn)輸。這也大大降低了液化天然氣的運(yùn)輸成本，并在一定程度上得到了推廣液化天然氣的應(yīng)用。

1.技術(shù)概述

現(xiàn)有的重?zé)N去除工藝技術(shù)主要包括三種方法：溶劑吸收，固體吸附和低溫分離。隨著節(jié)能高效天然氣處理技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)工藝的轉(zhuǎn)化和優(yōu)化已逐步實(shí)現(xiàn)，節(jié)流分離法，超音速分離技術(shù)等一系列新的脫烴技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

1.1傳統(tǒng)脫烴技術(shù)

溶劑吸收法主要是增加吸收塔，該吸收塔使用特殊的吸收溶劑并使用相似的混溶原理來洗滌和吸收天然氣中的苯和重?zé)N成分。這種方法需要大量投資。固體吸附法一般采用活性炭吸附天然氣中的碳?xì)浠衔?，主要包括溫度波動吸附（TSA），壓力波動吸附（PSA）和模擬移動床（SAM），這三種吸附方式分別是吸附，加熱再生和冷卻。步驟是分開的（SMB）。當(dāng)重?zé)N含量不高且規(guī)模較小時，適合采用固體吸附法。這種方法的過程很簡單，但是運(yùn)行成本和能耗很高。低溫分離法也稱為低溫精餾法，其熔點(diǎn)差主要用于氣液分離。將天然氣冷卻至碳?xì)浠衔锫饵c(diǎn)溫度所需的低溫，獲得一部分富含碳?xì)浠衔锏睦淠?，碳含量高于C5，反洗含碳?xì)浠衔锏倪M(jìn)料氣，需要分離和去除重質(zhì)碳?xì)浠衔?。該方法通常用于液化天然氣生產(chǎn)過程中的脫烴。

1.2新型脫烴技術(shù)

節(jié)流分離的原理是，當(dāng)氣體從高壓節(jié)流到低壓時，實(shí)際氣體的溫度在節(jié)流前后會發(fā)生變化。利用含烴進(jìn)料氣中每種烴組分的冷凝溫度的性質(zhì)，在降溫分離過程中分離出不同的基團(tuán)。超音速分離器是一種新型設(shè)備，可冷凝水和液態(tài)碳?xì)浠衔锊⑵渑c天然氣分離。主要由旋風(fēng)分離器，拉瓦爾噴嘴，旋渦分離葉片和擴(kuò)散器組成。注入氣體時，溫度降低，速度提高。此時，天然氣中的水和重鏈烷烴以液態(tài)冷凝，從而達(dá)到分離的目的。

2.應(yīng)用

2.1低溫分離法

該技術(shù)是去除重?zé)N最常用的方法。天然氣在冷箱中冷卻至一定溫度，然后直接從冷箱中抽出。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是投資成本低，閃蒸天然氣中重?zé)N組分的操作簡單。缺點(diǎn)是對原料氣中重?zé)N含量的適應(yīng)性差。重?zé)N未完全分離，導(dǎo)致冷箱凍結(jié)。通常的對策是減輕工廠的負(fù)荷。還可以通過降低冷箱提取點(diǎn)的溫度或降低提取點(diǎn)的天然氣壓力來分離更多重?zé)N。這樣可以在一定范圍內(nèi)減少重?zé)N含量，避免冷箱結(jié)冰，但可以提前液化輕組分，降低液化天然氣產(chǎn)量，增加對冷水的需求，并增加工廠運(yùn)營的成本。

2.2吸附法

當(dāng)通過活性炭床時，進(jìn)料氣中的重?zé)N被選擇性地吸附，而其他天然氣組分未被吸附。吸附方法主要分為三個階段：吸附，再生和冷空氣?？梢允褂?塔或3塔過程。我們提供的液化天然氣廠主要采用兩塔吸附工藝。該技術(shù)的優(yōu)勢在于，如果氣源中的重?zé)N含量較低且不需要進(jìn)行處理，則可以切換相關(guān)閥門以繞過重?zé)N去除裝置。僅使用低溫分離器。如果氣源中的重?zé)N含量較高，則進(jìn)入重?zé)N去除裝置進(jìn)行重?zé)N去除處理。根據(jù)氣源組分的情況，選擇是否進(jìn)行重?zé)N加工，選擇性和柔韌性極好，為實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量和穩(wěn)定運(yùn)行的目標(biāo)提供了保證。缺點(diǎn)是，仍然需要將冷箱的中點(diǎn)降低到一定溫度，以便在低溫下分離出部分重?zé)N，并且消耗了一定量的電能。

2.3低溫洗滌法

原料氣在冷箱中被冷卻到一定溫度并從冷箱中排出。進(jìn)一步降低壓力后，它進(jìn)入重?zé)N分離塔，以除去重?zé)N組分。來自重?zé)N分離塔頂部的原料氣返回到冷箱中進(jìn)行液化，而液化天然氣流則作為上部回流泵送至重?zé)N分離塔的頂部，并使進(jìn)料氣與提取的物料回流。這樣可以將重質(zhì)碳?xì)浠衔锶コ剿桩a(chǎn)品中。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是它完全適用于原料氣。在重?zé)N條件下，分離塔具有出色的操作靈活性和廣泛的原料氣適應(yīng)性。缺點(diǎn)是設(shè)備投資成本高以及需要液化天然氣產(chǎn)品進(jìn)入重?zé)N分離塔作為洗滌介質(zhì)來影響液化天然氣生產(chǎn)，并且系統(tǒng)的能耗較高。

3.結(jié)論

綜上所述，在能源資源中， 液化天然氣有著諸多優(yōu)勢而被日益廣泛應(yīng)用。然而，液化天然氣中含有熔點(diǎn)和沸點(diǎn)較低的重?zé)N雜質(zhì)而嚴(yán)重影響了天然氣的品質(zhì)。因此，必須采取某些措施去除雜質(zhì)，以最大程度地發(fā)揮液態(tài)天然氣的作用。本研究就針對液化天然氣工廠中重?zé)N去除工藝的選擇和使用展開論述， 首先對重?zé)N去除工藝技術(shù)進(jìn)行了簡要闡述，并對低溫分離法、吸附法與低溫洗滌法三種除重?zé)N最常用的方法進(jìn)行了分析探討。在未來的發(fā)展中，需要相關(guān)研究學(xué)者不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，并將其與新技術(shù)結(jié)合起來，探索更有效、更科學(xué)的液化天然氣去除過程。

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