液化天然氣裝置凈化與液化工藝關(guān)鍵技術(shù)研究

崔高楊

摘要：LNG技術(shù)就是將天然氣用液態(tài)形式進(jìn)行儲存和運(yùn)輸。以LNG工廠實(shí)際生產(chǎn)為例，先對入廠原料氣組分進(jìn)行分析，并結(jié)合原料氣成分和各項(xiàng)成分含量標(biāo)準(zhǔn)要求，選取最佳的脫除工藝，應(yīng)用MDEA脫CO2、分子篩脫水脫苯、專用吸附劑脫汞、低溫脫重?zé)N等工藝技術(shù)將天然氣中所含雜質(zhì)脫除至設(shè)計(jì)指標(biāo)。避免CO2、水、汞、苯、重?zé)N等雜質(zhì)對工藝運(yùn)行及設(shè)備產(chǎn)生不利影響，液化單元采用MRC混合制冷工藝技術(shù)將天然氣在冷箱中液化并送至LNG儲罐儲存外運(yùn)，因此本文就對液化天然氣裝置凈化與液化工藝關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入的分析和探究。

關(guān)鍵詞：液化天然氣;凈化工藝;關(guān)鍵技術(shù)

本公司LNG生產(chǎn)過程就是將天然氣在中壓狀態(tài)（5Mpa）下，用深冷處理技術(shù)處理到-162℃，隨后通過節(jié)流至常壓（0.1Mpa）液態(tài)進(jìn)入LNG儲罐儲存，其體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/600，重量僅為同體積水的45%左右，更加方便裝置的存儲和運(yùn)輸工作。那么在天然氣液化之前，需要先對天然氣原料氣進(jìn)行相應(yīng)的凈化處理，這樣才能夠更好的保障后續(xù)液化天然氣的質(zhì)量。對天然氣原料氣的凈化，通常就是指脫原料氣中的固體雜質(zhì)，脫除酸性氣體，脫水和部分烴類等，通過反復(fù)循環(huán)處理，保障當(dāng)中的各項(xiàng)含量指標(biāo)能夠達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求。

一、天然氣的凈化處理

（一）天然氣質(zhì)量要求

隨著目前社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，天然氣被稱為一種綠色能源，中國正成為全球天然氣市場最活躍的國家，近年對于天然氣也設(shè)定了嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，需要綜合考量經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和安全等各方面的因素。首先對于天然氣最小熱值也有著明確的要求，也就是要在一定的單位質(zhì)量下天然氣發(fā)熱量的最小參考值，這不僅是控制天然氣二氧化碳等排放物含量參考指標(biāo)，還直接影響到生活中對于天然氣加熱 設(shè)備的規(guī)格選擇[1]。另外對于含硫量也有著較高的要求，通常天然氣中硫化氫含量要保證在限定范圍內(nèi)，一般都在6～24mg/m3，這就是為了盡量減小天然氣的腐蝕性，以降低其對人的健康安全損害。徑露點(diǎn)表示在正常的壓力下，天然氣在釋放出第一滴液烴時(shí)的溫度，而這主要和天然氣的成分以及壓力有關(guān)聯(lián)。

（二）液化天然氣的預(yù)處理指標(biāo)

天然氣液化過程中要采取凈化的預(yù)處理措施，并且必須要脫除原料氣當(dāng)中所含有的硫化氫、二氧化碳和水等雜質(zhì)，確保在其實(shí)際運(yùn)輸過程中，不會對管道設(shè)備造成較大的腐蝕[2]。通常在天然氣液化處理過程中，經(jīng)常會受到工廠類型、原料氣成分和其來源不同的影響，需要采取不同的工藝方法，凈化的方式也有所差異。那么本文以基本負(fù)荷型液化天然氣工廠原料氣預(yù)處理為例，對于預(yù)處理的指標(biāo)要求，溶解度限制二氧化碳為（50～100）×10 -6，無限制生產(chǎn)下的累計(jì)允許值水小于0.1×10-6，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下硫化物總量（10～50）mg/m3，產(chǎn)品規(guī)格硫化氫為 4×10 -6等。

二、天然氣凈化工藝方案優(yōu)選

（一）化學(xué)吸附法

天然氣原料氣中包含的酸性氣體包含CO2、H2S和有機(jī)硫化合物等，原料氣在加入管道運(yùn)輸之前，要進(jìn)行相應(yīng)的凈化處理，因?yàn)檫@些酸性氣體對管道設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，導(dǎo)致催化劑中毒，甚至引發(fā)環(huán)境污染問題。對于CO2的脫除方式，有化學(xué)吸附法和物理吸附法這兩種，化學(xué)吸附法就是以MDEA作為吸附劑，就是當(dāng)原料氣加熱之后進(jìn)入吸附塔塔底，含帶的CO2與MDEA吸附劑逆流進(jìn)行混合接觸[3]。當(dāng)天然氣從塔頂出來之后，含有CO2的MDEA溶液直接從塔底排出，之后對溶液進(jìn)行進(jìn)入富胺閃蒸罐，加熱處理之后，再進(jìn)入胺再生塔進(jìn)行冷卻處理，分離出的氣體從塔頂進(jìn)入放空系統(tǒng)，剩余的胺液進(jìn)行再次冷卻。并進(jìn)入貧胺緩沖罐，經(jīng)過 再次處理之后，將溶液導(dǎo)入吸收塔，開始下一輪的循環(huán)處理，直至達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)排放含量。

（二）物理吸附法

物理吸附法的應(yīng)用是需要建立在有機(jī)溶劑，能夠吸收原料氣中酸性物質(zhì)的基礎(chǔ)上的，因?yàn)槿軇┊?dāng)中的酸氣負(fù)荷和酸性成分的分壓是成正比的，所以在釋放壓力過程中，原料當(dāng)中的酸性成分也會被釋放。正是因?yàn)檫@些特性，一般物理吸附法主要應(yīng)用在高壓低溫環(huán)境中，一般物理吸收法包含碳酸丙烯酯法、冷甲醇法和磷酸三丁酯法這三種[4]。這些加工方式的共同特點(diǎn)就是溶劑的酸氣負(fù)荷都相對較高，比較適合處理原料當(dāng)中酸氣 分壓較高的原料氣，并且物理吸附法中的溶劑變質(zhì)幾率和腐蝕性會相對較小，其能夠有效脫離各種有機(jī)硫化物。但相較而言，物理吸附法也有著眾多的不足之處，就是其不太適用于重?zé)N含量較大的天然氣原料氣當(dāng)中，可以說，其凈化的程度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及化學(xué)吸附的效果好。

（三）脫水工藝

脫水工藝也是一個(gè)重要部分，其通常分為脫水和再生這兩個(gè)階段，從塔頂出來的天然氣，在經(jīng)過分子篩吸附脫除，再從干燥器過濾加入液化處理單元中，再生氣會直接從干燥器的頂部出來。等到其冷卻處理之后，進(jìn)入再生氣分液罐，分液之后的氣體，會直接從罐頂出來并進(jìn)入管網(wǎng)當(dāng)中，則剩余的液體，會直接從罐底排出，進(jìn)行之后的回收處理。

三、混合制冷流程

混合制冷工藝實(shí)際上是從級聯(lián)式液化流程所發(fā)展而來的，其通常都采用 C1～C5的碳?xì)浠衔锖偷獨(dú)獾任宸N以上的混合制冷劑作為制冷介質(zhì)，這有效彌補(bǔ)級聯(lián)式液化流程中的不足[5]。在混合制冷流程中，制冷劑的組成就是根據(jù)原料氣的組合成分和壓力共同確定的，就是通過對制冷劑進(jìn)行逐級的壓縮、冷凝、分級和蒸發(fā)，直接獲取不同溫度的冷量，對天然氣原料氣進(jìn)行相應(yīng)的冷卻和液化。相比較而言，混合制冷劑的使用流程相對簡單，所需要的機(jī)組設(shè)備也不多，這就可以通過有效控制初期的資金投入，更好的控制加工成本，天然氣本身能夠直接提取混合制冷劑的成分，也能夠有效補(bǔ)充部分制冷劑的成分。一般混合制冷工藝操作較為簡單，整體功耗要優(yōu)于階梯式制冷工藝，但是混合制冷工藝也存在問題，就是混合制冷劑的配比難度相對較高，并且在混合制冷流程中對于相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算的困難度相對較大。通過對天然氣原料氣氣質(zhì)及液化天然氣裝置規(guī)模大小的研究，還可以選擇階式制冷和氮?dú)馀蛎浿评湟夯に嚰夹g(shù)來進(jìn)行處理。階式制冷液化工藝一般在國外應(yīng)用相對較多，其整體投資相對較大，對于液化設(shè)備的數(shù)量也要求較多，故其整體功耗較大，該技術(shù)主要應(yīng)用于國外大型LNG裝置，國內(nèi)應(yīng)用較少，目前相關(guān)技術(shù)和設(shè)備都需要從國外進(jìn)口，整個(gè)投資相對較大[6]。氮?dú)馀蛎浿评涔に囀莾艋蟮奶烊粴庠诶湎渲型ㄟ^丙烷預(yù)冷，氮?dú)馍罾涞姆绞綄⑻烊粴庖夯?，該技術(shù)涉及關(guān)鍵制冷設(shè)備氮?dú)鈮嚎s機(jī)、氮?dú)馀蛎浲钙綑C(jī)，該技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用較為普遍。

結(jié)語：

總而言之，我國對于液化天然氣方面的研究本身相對較晚，其對于很多關(guān)鍵技術(shù)方面的把握都不夠成熟，這就需要在該方面投入較多的人力物力，只有這樣，才能夠更好的推進(jìn)我國液化天然氣裝置凈化和液化工藝技術(shù)的發(fā)展。

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