LNG生產過程中酸氣脫除工藝探討

【摘 要】目前，液化天然氣（LNG）作為一種清潔、高效能源，已經在工業生產和日常生活中起到越來越重要的作用，在能源供應中所占的比例也越來越大。本文就LNG生產過程中酸氣的脫除工藝進行簡單探討。

【關鍵詞】酸氣脫除；胺液再生；發泡

1.LNG酸氣脫除工藝

LNG原料天然氣來自上游氣田，經過天然氣凈化廠（或處理廠）進行凈化后，脫除原料氣中的水分、凝析油及硫化物，成為合格的商品氣銷往下游。但是作為LNG的原料氣，因為LNG具有的低溫特性，因此對原料氣中的雜質的脫除要求更高。原料其中含有的水分、重烴、汞和酸性氣體，在低溫情況下會以液態狀態析出，堵塞或者腐蝕管道。因此，在原料氣液化之前必須脫除其中的水分、重烴、汞和酸性氣體（CO2和H2S）。

1.1酸氣脫除原理

目前LNG工廠主要采用胺液吸收的方法脫除酸氣。從原料氣壓縮機單元來的壓縮氣體，首先進入粗過濾器，濾除氣體中的固體顆粒及液態重烴后，進入CO2吸收塔（注：CO2吸收塔一般采用板式塔。板式塔分為泡罩塔、篩板塔和浮閥塔，幾種塔之間最大的不同在于其塔盤結構上的差異。）進行酸氣脫除。氣體自吸收塔底部向上，與自上而下的胺液（MDEA溶液）充分接觸。原料氣中CO2被充分吸收而進入液相，將CO2脫除到50ppmv以下。脫除酸氣后的天然氣進入凈化工藝其他單元，繼續脫除氣體中的水分、汞以及重烴。

1.2胺再生工藝

吸收酸性氣體后的胺液體，我們稱之為富胺液。富胺液經過加熱再生（即脫除酸性氣體）后的胺液稱為貧胺液。

胺再生系統包括的工藝設備有：胺再生塔、富胺閃蒸罐、貧/富胺換熱器、貧胺冷卻器、胺緩沖罐。

富胺液進入胺再生塔中，通過降低壓力、蒸汽加熱后在富胺中脫除酸性氣體。

閃蒸后的富胺與再生塔底部流出的貧胺溶液在貧/富胺換熱器中換熱，升溫后去胺再生塔頂部，在再生塔進行汽提再生，直至貧胺的貧度指數達到合格。

從再生塔出來的貧胺液經過換熱器冷卻后進入胺緩沖罐，通過循環泵增壓進入CO2吸收塔頂部，進行酸性氣體吸收。從而實現了MDEA溶液的循環利用。

2.胺液發泡及處理辦法

胺液含有部分烴類、降解產物、固體懸浮物和熱穩態鹽等雜質，這部分雜質的存在會引起胺液發泡，發泡后會加大蒸汽使用量并損耗胺液，并引起裝置、管道堵塞，加速設備管道腐蝕，嚴重時致影響整個裝置的正常運行。因此，研究胺液發泡的原因并防止發泡現象的產生在LNG生產過程中尤為重要。

2.1胺液發泡的原因

胺液發泡的原因主要有以下幾個方面：

（1）原料氣中帶入雜質較多，尤其是烴類、降解產物、固體懸浮物和熱穩態鹽等雜質。這部分雜質在胺液與原料氣進行充分接觸過程中導致胺液發泡。

（2）貧胺液溫度過低，溶液粘度增大。

（3）CO2吸收塔中浮閥在塔盤上被卡死，有效截面積減少，閥孔氣速過大，發生“攔液”現象。

（4）溶液中含水量過低或過高，容易發泡。

（5）吸收塔操作壓力、流量波動大，處理量過大。

2.2發泡后出現的現象

（1）CO2吸收塔內胺液液位迅速升高。

（2）CO2吸收塔塔內差壓過大。

（3）吸收塔溫度梯度逆流，正常溫度從上到下，從低到高變化。

（4）CO2在線分析數據不合格。

2.3胺液發泡后的處理方法

胺液發泡后CO2吸收塔及管道堵塞，嚴重時會污染下游氣體脫水單元重分子篩填料，甚至會影響整個LNG工廠正常生產運行。因此，研究胺液發泡的原因并防止發泡現象的產生在LNG生產過程中尤為重要。通常發生胺液發泡后及時采取以下措施：

（1）立即加入適量防沫劑，并適當減少氣體處理量。

（2）加快旁通閥，加快胺液排放至再生塔。

（3）補充新胺液，調整胺液濃度。

（4）控制室監控好參數變化。如壓差、溫度梯度和CO2含量等。

2.4 MDEA溶液組成

胺液是天然氣在脫除酸氣工藝過程中用于吸收酸性氣體的一種溶液，一般是 有機堿，以醇胺類較多。 常用的有一乙醇胺（MEA）二乙醇胺（DEA）， 二異丙醇胺（DIPA），N-甲基二乙醇胺（MDEA）。目前國內LNG工廠一般采用MDEA溶液脫酸氣工藝較多。

N-甲基二乙醇胺（MDEA），是一種無色或微黃色粘性液體，易與水、乙醇、乙醚混溶，分子量119.16，標準大氣壓下的沸點為246-249℃，比重1.0425，冰點為-21℃。

從化學反應平衡角度來看，增加反應物濃度有利于反應向反應生產物方向進行。原料氣中酸性氣體組分的濃度是給定的，所以，適當提高溶液的濃度有利于酸性組分的脫除。對于MDEA溶液，在相同氣液比下選擇性隨溶液濃度上升而改善，而隨溶液濃度升高而相應提高氣液比運行時，則選擇性的改善更為顯著。溶液濃度的重要影響可能是通過粘度進而導致膜阻力變化而影響CO2的吸收。在實際生產中， MDEA溶液濃度一般控制在40-50%（質量分數）為宜。

2.5胺液凈化

LNG工廠采用胺液（MDEA溶液）脫除酸氣工藝，在工藝操作過程中，會不可避免出現胺液劣化現象，那么如何來有效防止胺液劣化，延長胺液使用壽命。通常的作法為對胺液進行凈化。胺液凈化主要是要避免溶液起泡，主要手段就是過濾，較為常見的設計是富液全量過濾+貧液15～30%三級過濾，再加以合理的過濾元件的選擇即可。

利用胺液吸收法脫除天然氣中的酸性氣體是目前天然氣凈化廠、LNG工廠以及其他化工企業的主要方法。如何在生產過程中不斷發現新問題并優化生產工藝，防止吸收過程中發泡現象的發生，確保工廠安全、平穩生產運行。對每個工廠來說都是重點和難點。因此我們在今后的生產過程中要加強這一點的研究。

【參考文獻】

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