焦?fàn)t煤氣制液化天然氣工藝技術(shù)研究

白文杰 李乃厚 李棟柱

內(nèi)蒙古恒坤化工有限公司

本文簡述了內(nèi)蒙古恒坤化工有限公司10 萬t/焦?fàn)t煤氣制液化天然氣工藝流程和特點(diǎn)，介紹了焦?fàn)t煤氣制液化天然氣工藝技術(shù)，并根據(jù)實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題提出了解決方法。

本文簡述了內(nèi)蒙古恒坤化工有限公司10 萬t/焦?fàn)t煤氣制液化天然氣工藝流程和特點(diǎn)，介紹了焦?fàn)t煤氣制液化天然氣工藝技術(shù)，并根據(jù)實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題提出了解決方法。

2013 年1 月1 日，內(nèi)蒙古恒坤化工有限公司焦?fàn)t煤氣制液化天然氣裝置成功開車?，F(xiàn)將焦?fàn)t煤氣制液化天然氣工藝技術(shù)特點(diǎn)、運(yùn)行過程存在的問題及解決措施總結(jié)如下。

1 焦?fàn)t煤氣制液化天然氣工藝簡介

焦?fàn)t煤氣首先進(jìn)入氣柜中，經(jīng)沉降、緩沖、穩(wěn)壓后，經(jīng)壓縮、預(yù)處理后脫除焦油和奈，并脫除無機(jī)硫和部分有機(jī)硫等，再加氫轉(zhuǎn)化脫硫，將總硫脫至0.1ppm 以下，以滿足甲烷化催化劑對(duì)原料氣中硫含量的要求，依次進(jìn)入主甲烷化反應(yīng)器、副甲烷化反應(yīng)器，在催化劑的作用下，將氣體中的一氧化碳和二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷，轉(zhuǎn)化后氣體中CO+CO2含量＜50ppm，然后進(jìn)入干燥系統(tǒng)，將水分脫至1ppm 以下，進(jìn)入深冷液化裝置，經(jīng)過液化分離，得到高品質(zhì)的液化甲烷產(chǎn)品。塔頂采出的氮?dú)錃庾鳛榻範(fàn)t煤氣凈化部分再生氣對(duì)凈化部分的分子篩再生，完成再生任務(wù)后可以匯入焦化廠的燃?xì)夤芫W(wǎng)為焦?fàn)t提供熱量。

2 工藝獨(dú)具特點(diǎn)

（1）這種工藝路線的焦?fàn)t煤氣經(jīng)甲烷化制液化天然氣項(xiàng)目，在國內(nèi)屬第一家。在其他裝置中，僅能做到從焦?fàn)t煤氣中提取甲烷組分進(jìn)行液化，而我廠則是將焦?fàn)t煤氣中的一氧化碳、二氧化碳、氫氣和多元烴均轉(zhuǎn)化為甲烷，從而將甲烷產(chǎn)量提高至85%。

（2）焦?fàn)t煤氣制甲烷項(xiàng)目中螺桿壓縮機(jī)與往復(fù)式壓縮機(jī)的新型組合壓縮工藝，首先采用噴水螺桿壓縮機(jī)直接為焦?fàn)t氣提壓0.45MPa（g），進(jìn)行預(yù)凈化，脫除焦油和萘等雜質(zhì)，然后用活塞式壓縮機(jī)將預(yù)凈化后較干凈的氣體加壓2.8MPa（g）進(jìn)入精脫硫工段。與傳統(tǒng)的往復(fù)式壓縮機(jī)提壓技術(shù)相比具有效率高、運(yùn)行穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，提出了焦?fàn)t煤氣壓縮工藝技術(shù)的新途徑。

（3）精脫硫采用三級(jí)加氫轉(zhuǎn)化、兩級(jí)氧化鋅脫硫的工藝，將總硫脫至0.1ppm。工藝流程包括預(yù)加氫、鐵鉬加氫轉(zhuǎn)化有機(jī)硫、鎳鉬加氫轉(zhuǎn)化有機(jī)硫和氧化鋅脫硫劑脫硫等部分，然后進(jìn)入甲烷化工段。

（4）甲烷化采用虛幻壓縮機(jī)循環(huán)工藝流程，并有效的利用反應(yīng)放出的熱量發(fā)生低壓蒸汽，節(jié)省了冷卻水，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。甲烷化反應(yīng)器采用絕熱式固定床反應(yīng)器，兩塔串聯(lián)，確保甲烷化氣質(zhì)量。

（5）本裝置在制取合格液化天然氣的同時(shí)還聯(lián)產(chǎn)氫氣。通過采用低溫分離技術(shù)，對(duì)焦?fàn)t煤氣中的有用組分甲烷和氫氣分別利用，不但節(jié)省了轉(zhuǎn)化設(shè)備和空分設(shè)備的投資，還提高了焦?fàn)t煤氣的綜合利用率，生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生廢氣。甲烷被分離出液化天然氣，氫氣又作為焦?fàn)t煤氣凈化部分再生氣對(duì)凈化部分的分子篩進(jìn)行再生，完成任務(wù)后可以匯入焦化廠的燃?xì)夤芫W(wǎng)為焦?fàn)t提供熱量，增加了氫氣利用的附加值，大大降低了裝置的綜合能耗。

（6）制冷工序中采用帶有預(yù)冷器的混合冷劑制冷循環(huán)制冷工質(zhì)循環(huán)過程中冷劑組分和組分濃度參數(shù)選擇的合理與否，直接影響著液化流程的正常運(yùn)行和性能指標(biāo)。調(diào)整混合工質(zhì)的比例對(duì)優(yōu)化生產(chǎn)，能耗的進(jìn)一步降低具有重大影響。

（7）在天然氣回收系統(tǒng)中，采用在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平的變頻BOG 壓縮技術(shù)，將BOG 處理后回收氣柜，徹底解決了BOG 量的不均衡問題，在根本上消除了生產(chǎn)裝置上的安全隱患。

3 運(yùn)行情況

精脫硫：原料氣經(jīng)過三級(jí)加氫轉(zhuǎn)化、兩級(jí)氧化鋅脫硫的工藝，可以控制總硫在0.1ppm，脫硫效果穩(wěn)定。

甲烷化：采用 CO 甲烷化反應(yīng)、CO2甲烷化反應(yīng)完成反應(yīng)，甲烷化后工藝氣組分中CO2的濃度小于50ppm（V/V%）。焦?fàn)t煤氣經(jīng)甲烷化轉(zhuǎn)化后，烷烴、烯烴均已完全轉(zhuǎn)化為甲烷。

深冷液化系統(tǒng)運(yùn)行效果

2013 年1 月1 日我廠天然氣項(xiàng)目投產(chǎn)出液后，深冷工段精餾塔釜取樣分析結(jié)果見表1。

表1 液化天然氣組成

深冷液化采用冷劑工質(zhì)制冷循環(huán)、氮?dú)庵评溲h(huán)、雙塔低溫精餾工藝技術(shù)，制得產(chǎn)品純度是達(dá)到99%的高品質(zhì)液化天然氣，符合國家天然氣GB/T 17820-2012 標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4 運(yùn)行過程中遇到的工藝問題

焦化配合煤多為弱粘結(jié)性煤，氧含量相對(duì)較高，煤裂解過程中生成CO2、CO 含量偏高，導(dǎo)致甲烷化出口 CO2含量高于 50ppm，CO2在深冷過程中形成干冰顆粒，堵塞系統(tǒng)。在試運(yùn)轉(zhuǎn)期間甲烷化出口CO2達(dá)標(biāo)生產(chǎn)出了合格液化天然氣，但由于煤氣組分的波動(dòng)較大，沒能實(shí)現(xiàn)長周期運(yùn)轉(zhuǎn)。

甲烷化主要利用熱氣循環(huán)方式或補(bǔ)加蒸汽的方式來控制反應(yīng)放熱量和防止催化劑結(jié)碳。原設(shè)計(jì)中一級(jí)密封氣由壓縮機(jī)出口直接引入機(jī)組干氣密封系統(tǒng)。實(shí)際循環(huán)氣組分中的水蒸汽含量比設(shè)計(jì)中的高，循環(huán)氣壓縮機(jī)一級(jí)干氣密封出現(xiàn)帶液問題，導(dǎo)致干氣密封多次損壞。

原設(shè)計(jì)中精脫硫一級(jí)加氫轉(zhuǎn)化器的兩條冷激線在脫碳之前，實(shí)踐生產(chǎn)中加入的冷激煤氣量較高且不穩(wěn)定，造成甲烷化出口CO2含量波動(dòng)較大，當(dāng)含量高于50ppm 時(shí)，CO2就會(huì)在深冷過程中形成干冰顆粒，堵塞系統(tǒng)。

焦?fàn)t煤氣氫碳比偏低且波動(dòng)較大，導(dǎo)致甲烷化產(chǎn)品氣不合格，無法進(jìn)入深冷液化，產(chǎn)品氣直接放空。

預(yù)凈化活性炭過濾器負(fù)責(zé)去除原料氣中殘余的苯酚萘霧滴，使用一段時(shí)間后吸附劑飽和，吸附能力逐漸減弱，此時(shí)需要再生。原設(shè)計(jì)中過濾器再生用0.5MPa 的低壓蒸汽再生，但焦化提供的蒸汽壓力及溫度都達(dá)不到再生要求，吸附劑內(nèi)會(huì)有大量的水產(chǎn)生，損壞催化劑。

5 技改措施及取得的效果

針對(duì)CO2在深冷過程中形成干冰顆粒，堵塞系統(tǒng)的問題，我公司增設(shè)了脫碳裝置，利用MDEA 溶液調(diào)整原料氣組分，使CO2在 50ppm-3%（v%）的范圍內(nèi)可調(diào)。實(shí)現(xiàn)了 LNG 裝置的連續(xù)生產(chǎn)。

在壓縮機(jī)出口一級(jí)密封氣增加一套干氣密封除液裝置，先經(jīng)過氣氣一級(jí)換熱，再通過循環(huán)水二級(jí)換熱，分離水通過自動(dòng)排水閥，排入集液罐后分離出殘余的有害氣體，再通過自動(dòng)排水閥排入地溝。這樣可以將密封氣因熱量損失而產(chǎn)生的水通過汽水分離器分離出來，使裝置連續(xù)運(yùn)行。

將精脫硫預(yù)加氫和一級(jí)加氫轉(zhuǎn)化器的冷激線改到脫碳之后，保證了精脫硫后CO2含量低并保持穩(wěn)定，使干燥液化持續(xù)生產(chǎn)。

針對(duì)原料氣氫碳比偏低問題，在脫氫塔出口增加一條氮?dú)錃馕矚饣厥展艿缹⒌獨(dú)錃馑腿霘夤?，提高氫氣在焦?fàn)t氣中的比例。改造完成后，深冷液化工段運(yùn)行穩(wěn)定。

將低壓蒸汽改為中壓蒸汽，利用中壓蒸汽再生活性炭吸附劑，實(shí)踐證明中壓蒸汽再生可以滿足生產(chǎn)要求。

6 總結(jié)

內(nèi)蒙古恒坤化工有限公司在焦?fàn)t煤氣制液化天然氣工藝技術(shù)方面成功運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，為后期投建同類LNG 生產(chǎn)裝置提供借鑒作用。同時(shí)項(xiàng)目的成功，標(biāo)志著世界焦?fàn)t煤氣制天然氣技術(shù)的新突破，也標(biāo)志著世界第一家焦化企業(yè)向清潔能源企業(yè)的成功轉(zhuǎn)變。