LNG脫重烴工藝技術研究

行潔(陜西延長石油天然氣股份有限公司，陜西 延安 716000)

0 引言

我國在不斷發展的過程中，對大氣造成了一定程度的污染。為了實現可持續發展的戰略目標，應盡可能地使用清潔能源，減少污染物的排放。天然氣就是一種典型的清潔能源。隨著國家和社會對天然氣的需求量持續加大，這就要求液化天然氣工程有更高的生產效率。要充分利用脫重烴工藝技術來解決凍堵問題，盡可能地保證工廠生產工作的經濟效益和社會效益。

1 LNG脫重烴工藝技術的背景

某些液化天然氣工廠是利用灌輸天然氣來進行生產的，很容易受到諸多不穩定因素的影響。比如：氣源相對比較復雜、混合的比例不夠穩定、用戶用氣量發生變化等。這些因素很可能導致LNG生產時偏離值設計無法保持穩定。這一現象在大部分LNG工廠都很普遍，甚至有些工廠會無奈地以天為單位來進行相應的變化。而在諸多的變化當中，重烴變化無疑是最容易影響系統的變化。重烴變化通常會導致冷箱天然氣通道因為凍化而出現堵塞的問題，從而使得冷熱溫度相差過大，甚至高于20 ℃，這會嚴重影響工廠的生產效率[1]。一般情況下，工廠會選擇通過對冷凍箱升溫來進行解凍處理，以促使天然氣能夠暢通流通。但這又進一步地降低了生產的效率，同時天然氣放火炬的數量也會急劇增多。另外，這也在很大程度上造成了資源的浪費，不符合節能環保的需求，降低了生產的經濟效益。在這樣的背景下，脫重烴工藝技術的運用就顯得尤為重要了，合理利用脫重烴工藝技術，可以有效提升生產的效率和質量。同時還能有效節約成本和資源，能夠為LNG工廠的持續健康發展打下良好的基礎。

2 LNG工廠冷箱凍堵原因分析

目前來說，人們將更多的關注放在了天然氣液化工藝制冷技術的研究上，而隨著科技的發展，自動化控制也成了主要的研究方向之一。但是對天然氣液化過程中冷箱凍堵的情況并沒有引起足夠的重視，對造成這一問題的原因也沒有進行全面和深入分析。根據研究表明，在LNG液化天然氣生產過程中，最容易造成天然氣通道凍堵現象的原因就是芳香烴的凝固，芳香烴本身含有較多的烴、苯等物質，因此更容易產生凝固現象。如果天然氣組分產生了一定的變化，也會引起天然氣性質的改變。在進行液化生產時，一旦天然氣的露點產生改變，那么就會導致原有的分離溫度不能有效發揮其分離重烴的作用，天然氣中的重烴如果不能被有效地分離，就會使得天然氣出冷箱產生凍堵問題，影響生產工作的效率和質量。在遇到諸如此類的情況時，部分企業會選擇調節混合冷劑組分的方式來對其分離溫度進行調整，但這又進一步對冷箱的冷量分布造成了影響，也會嚴重破壞天然氣處理效率和質量。在液化天然氣實際生產過程中，由于操作不當而導致的冷凍箱凍堵現象也屢見不鮮。而以下兩種情況是最常見的誤操作行為：首先，在對天然氣進行預處理時操作不當。如果此時天然氣脫碳裝置的運行狀況正常，而其外部的儀表風溫度不合理，未達到需求標準，就會使得脫碳裝置的MDEA酸氣負荷產生一定的波動。除此之外，再沸器的溫度狀況也會對其產生同樣的影響。第二種情況則是在對液化裝置進行操作時行為不當。在生產過程中，部分人員沒有將冷量匹配控制在合理標準，從而導致冷箱中部的溫度有所增加，使得重烴不能被有效的分離，也會造成冷凍箱通道的堵塞。

3 LNG脫重烴工藝

因為冷凍箱凍堵的現象在LNG工廠生產過程中非常普遍，因此脫重烴工藝技術的運用是非常關鍵的。本文便對一些脫重烴工藝技術進行了全面分析和研究。

3.1 低溫深冷分離工藝

雖然近年來我國社會經濟發展十分迅速，但是客觀的講，我國天然氣產業還有很大的發展空間。除此之外，我國的天然氣管網仍有待進一步提高。一般來說，液化天然氣生產工廠會選擇坑口氣來作為原料，坑口氣有著其獨特的性質，比如穩定性較強。因此針對坑口氣產生的凍堵現象，可以多考慮使用低溫深冷分離工藝[2]。低溫深冷分離工藝會通過抽出的形式來降低冷箱中天然氣的壓力，然后再通過降溫技術來降低天然氣的溫度，一般要將其控制在50 ℃以下。然后再把重組分通過液態的方式析出，再使用出沫網來對其進行分離成氣態和液態，以規避冷箱通道凍堵的問題。和其他脫重烴工藝技術相比，低溫深冷分離工藝的操作更加便捷，而且所需成本較低，所以受到了廣泛的青睞。但是需要注意的是，假如原料氣中重組分含量過高，甚至高于1 000 mg/dm3的時候，那么對溫度的要求就會增高，這就會產生提前液化現象，對產品造成一定的損失。而且如果甲苯之類的物質含量較少的話，低溫深冷分離工藝的效果也會大打折扣，所以在使用的時候，要根據實際情況來進行選擇和調整。

3.2 低溫洗滌工藝

低溫洗滌工藝是先讓天然氣在冷箱上部經過-40 ℃的預冷，然后再使天然氣進入到低溫洗滌塔中去[3]。需要注意的是，這一過程中要確保洗滌塔的塔頂出口沒有殘余的天然氣重組分，因此需要把部分LNG產品當成塔頂的回流。同時利用液相冷劑或者是原料氣來給塔底再沸器提供部分熱量，從而有效提高被分離組分的重烴含量，并且降低閃蒸量。低溫洗滌工藝技術的適應性比較好，而且成本消耗較低，所以在進行脫重烴操作時被廣泛應用。

3.3 干法吸附工藝

干法吸附工藝在實際中的運用也是比較廣泛的。干法吸附工藝是利用吸附劑來對原料氣中的重組分進行相應的處理，通過吸附作用來使重組分脫離，從而有效解決重組分在冷箱低溫處產生凍堵的問題。通常來說，根據吸附方式的不同，可以分為兩塔和三塔。兩塔和三塔有著各自的優勢，兩塔吸附工藝技術在操作流程上比較簡單，而且所需成本較低。不過兩塔吸附方式在解吸時需要消耗比較久的時間，這無疑降低了脫重烴工作的效率。和兩塔吸附工藝相比，三塔吸附工藝的操作流程相對更加復雜，而且需要較高的成本投入，所以經濟性較差。但是其效率要遠遠高于兩塔吸附工藝技術，因此工作人員需要根據實際情況和生產要求，合理進行選擇。干法吸附工藝有一個非常顯著的優點，通過這種脫重烴工藝技術，可以有效地將重組分盡可能地脫除。除此之外，在分離重組分時，冷箱所消耗的冷量也相對較少，這就有效減少了對電力的消耗。不過需要注意的是，假如重組分超出工藝預想范圍太多，在吸附時就很容易產生穿透現象，從而進一步導致冷箱凍堵的問題。

3.4 節流分離法

節流分離法也是常見的一種脫重烴工藝技術，節流分離法利用的是氣體在從穩定的高壓節流到穩定低壓節流的時候，假如其流動的速度保持穩定，那么其先后的焰值也不會發生太大的變化，而氣體的溫度會產生一定的改變，這其實就是常說的焦耳-湯姆遜效應。節流分離法則是充分利用了焦耳-湯姆遜效應，然后對原料氣里面包含的各種烴類組分進行分離，因為不同烴類組分，它的溫度也各不相同，所以在進行降溫處理時，可以很好地進行區分。此外，學者還設計出了小壓差節流制冷脫烴工藝，這種優化后的工藝技術很好的滿足天然氣外輸的需求[4]。

3.5 膜分離法

隨著科學技術水平的提高，膜分離法也應運而生。膜分離法是一種新興的氣體處理技術。這一技術主要運用了氣體在經過高壓推動，透過薄膜的時候擴散速率有所差別這一現象，來對氣體進行有效分離。根據膜致密度的差別，一般會將其分成無孔膜和多孔膜，這兩者的運用原理有所區別。無孔膜主要運用了分子擴散原理來進行有效分離，而多孔膜則更多的是通過受孔洞的影響實現分離效果。這一技術和傳統的脫重烴工藝技術相比，工藝操作流程更加簡化，同時對能源的消耗較低，也不會用到其他驅動設備，因此大大降低了成本投入，有利于保證工廠生產的經濟效益[5]。但與此同時，膜分離法脫重烴工藝技術的生產效率遠不及之前提到的幾種脫重烴工藝技術，這也是這一技術亟需研究和提升的地方。

4 結語

綜上所述，為了有效提升LNG工廠生產的效率和質量，促進LNG工廠持續穩定健康的發展，就應該通過各種脫重烴工藝技術來對冷箱通道凍堵問題進行有效處理。在實際運用時，應該根據實際情況和需求，選擇合適的脫重烴工藝技術，以保證其有效性，提升LNG工廠的經濟效益和社會效益。