合成氨及甲醇生產裝置廢氣生產LNG節能改造研究

何文新

（大慶油田化工有限公司項目管理中心，黑龍江大慶 163000）

LNG，全稱為Liquefied Natural Gas，即液化天然氣。由于合成氨及甲醇生產裝置會產生較多的廢氣，直接排放會造成環境污染以及能源浪費等問題。而液化天然氣作為當前主要的清潔能源，在汽車燃料以及生活燃氣等方面有著重要的作用。但在利用合成氨及甲醇生產裝置廢氣來生產LNG 的過程中，出現了廢氣生產LNG 流程有待完善等問題。本文就此類問題進行簡析，并就如何促進廢氣生產LNG 的節能改造提出幾種方式或方法，為環境保護及廢氣回收利用盡綿薄之力。

1 合成氨及甲醇生產裝置廢氣生產LNG存在的主要問題

1.1 廢氣生產LNG液化工藝應用水平有待提高

在合成氨及甲醇生產裝置的使用過程中，受到反應條件以及生產環境的限制，甲烷以及合成氣中的惰性氣體無法完全參與反應，因此需要排出裝置，但廢氣的排出也會使氫、氮等物質成比例的排出裝置。而在甲醇生產裝置中，由于甲醇生產對氫碳比的要求較高，因此也需要排放廢氣，但排放廢氣的過程也會使得大量的碳原子無法得到有效的利用，影響了LNG 液化工藝的應用水平。另外，LNG 液化工藝主要有膨脹機制冷循環工藝、階式制冷循環工藝以及混合制冷循環工藝等，但部分技術人員未充分了解各類工藝的應用范圍及效果，降低了天然氣液化工藝的應用水平。

1.2 廢氣生產LNG凈化工藝選擇不夠合理

另一個需要注意的問題是廢氣生產LNG 凈化工藝選擇不夠合理。在合成氨及甲醇生產裝置排出廢氣經過處理之后，需要在天然氣液化之前對其進行液化，凈化的目的是除去廢氣中所含的酸性氣體、雜質以及水分等。若酸性氣體、水分或者雜質未除去，會在后續的天然氣液化以及運輸過程中堵塞或腐蝕管道，不僅增加天然氣運輸的壓力，也會造成較多的能源損失。天然氣的凈化工藝主要有溶劑吸收、低溫脫水以及固體干燥劑吸附等類型。在實際應用的過程中，技術人員未按照要求對各項工藝進行了解與掌握，對凈化工藝的優缺點不夠熟悉，因此無法選擇合理的天然氣凈化工藝[1]。

1.3 合成氨及甲醇生產裝置廢氣生產LNG流程有待完善

除了廢氣生產LNG 液化工藝應用水平有待提高以及凈化工藝選擇不夠合理之外，合成氨及甲醇生產裝置廢氣生產LNG 流程有待完善也是節能改造需要注意的問題。廢氣生產LNG 的流程包括甲烷化、天然氣凈化工藝、LNG 液化工藝、以及分離等環節，技術人員需要按照要求對每一步進行操作，特別是甲烷化、液化等環節，由于此類環節的要求較高，因此需要技術人員注意工藝標準，降低操作誤差。但由于技術人員對部分環節的重視程度不夠，使得廢氣生產LNG 流程有待完善，影響整體的LNG 生產效率，最終導致液化天然氣的生產質量不高。

2 合成氨及甲醇生產裝置廢氣生產LNG的節能改造措施

2.1 提高廢氣生產LNG液化工藝的應用水平

要想更好地進行合成氨及甲醇生產裝置廢氣生產LNG 的節能改造，第一步需要做的是提高廢氣生產LNG 液化工藝的應用水平。在合成氨及甲醇生產裝置進行合成反應的過程中，會排出包括惰性氣體以及合成放空氣在內的廢氣，廢氣經過凈化之后再進行液化。而天然氣液化是廢氣生產LNG 的關鍵環節，技術人員需要了解LNG 液化工藝的類型、適用范圍以及應用效果等信息，從而根據廢氣生產的環境及外部條件對LNG 液化工藝進行選擇與應用。在合適的環境或溫度下對LNG 液化工藝進行應用，可以提高天然氣液化環節的質量與效果，并有效節能，促進產業的轉型升級。

例如，廢氣生產LNG 液化工藝包括膨脹機制冷循環工藝、階式制冷循環工藝以及混合制冷循環工藝等。其中，膨脹機制制冷循環工藝中使用的試劑為高壓制冷劑，利用透平膨脹機的絕熱膨脹性能來實現天然氣的液化，制冷劑主要有氮氣制冷劑、氮-甲烷制冷劑等。一般來說，凈化后的廢氣經過預冷氣預冷之后，進入氣液分離器去除重烴，剩余的氣相部分則進行天然氣的液化。階式制冷循環工藝是指利用不同類型制冷劑的蒸發溫度進行不同級別的冷凍，通過天然氣與制冷劑的換熱，從而使天然氣液化。而混合制冷循環工藝則是指利用多種物質混合的循環制冷劑對天然氣進行液化的工藝，即對高溫段以及低溫段兩個階段進行制冷，采用合適的制冷劑，使天然氣在不同階段都可以得到液化。技術人員在對天然氣液化工藝進行應用時，需要了解不同工藝所使用的制冷劑成分以及不同的標準，從而根據廢氣生產的實際情況對天然氣進行液化，提高LNG 的產量[2]。

2.2 選擇合理的廢氣生產LNG凈化工藝

另一個需要采取的措施是選擇合理的廢氣生產LNG 凈化工藝。在對天然氣進行液化之前，需要對合成氨及甲醇生產裝置產出的廢氣進行凈化，由于該裝置排出的廢氣中包含一定量的氫、氮氣體以及大量的碳原子，因此需要提高廢氣的利用率。凈化的主要目的是除去廢氣中包含的酸性氣體、水分以及雜質等物質，使天然氣更加純凈。實際應用中的凈化工藝包括溶劑吸收、低溫脫水以及固體干燥劑吸附等，在應用時需要了解凈化環節的操作規范以及應用標準，從而更好地進行天然氣的凈化。

例如，針對不同類型的天然氣凈化工藝，技術人員可以針對其原理及應用效果進行優化分析。溶劑吸收工藝是指利用較高濃度的酸性物質，如濃磷酸、三甘醇以及有機酸等物質對天然氣進行脫水，但酸性物質對脫水的深度要求較高，若廢氣產出部位深度或溫度較低，則會影響溶劑的脫水效率。低溫脫水雖然可以避免天然氣在溫度較低時出現水化物，但受到此工藝應用條件的限制，使得其溫度范圍較為有限。固體干燥劑吸附是指利用硅膠或者分子篩等物質吸附水分或雜質，并且對酸性氣體具有較高的選擇作用，可以有效去除天然氣中的雜質或水分。通過選擇合理的廢氣生產LNG 凈化工藝，可以較好地凈化天然氣，從而提高LNG 的質量。

2.3 完善合成氨及甲醇生產裝置廢氣生產LNG的流程

除了提高廢氣生產LNG 液化工藝的應用水平以及選擇合理的廢氣生產LNG 凈化工藝之外，完善合成氨及甲醇生產裝置廢氣生產LNG 的流程也是進行節能改造的重要措施，技術人員需要按照生產LNG 工藝流程對各個環節進行操作，并在操作過程中結合其實際的生產環境，貫徹各環節的操作標準，從多個方面提高LNG 的生產質量。

例如，在對廢氣進行甲烷化處理時，技術人員需要按照標準控制好催化劑的類型及反應溫度，對CO、CO2以及H2的反應量進行適當的調整，由于此反應是由催化劑催化的強放熱反應，因此需要合理調整反應溫度，特別是CO 與CO2甲烷化會產生較高的絕熱溫升，需要注意溫度的變化。通過完善LNG 生產流程控制，可以有效提高LNG 生產質量[3]。

3 結語

合成氨及甲醇生產裝置廢氣生產LNG 的節能改造是對廢氣回收利用的主要手段，雖然出現了天然氣凈化以及液化工藝選擇不夠合理等問題，但隨著天然氣凈化及液化環節的完善，將會節省更多的能源，同時會有較多的天然氣被利用，促進能源節約以及環境保護等措施的實施。