液化天然氣裝置凈化與液化工藝關鍵技術研究

崔高楊

摘要：LNG技術就是將天然氣用液態形式進行儲存和運輸。以LNG工廠實際生產為例，先對入廠原料氣組分進行分析，并結合原料氣成分和各項成分含量標準要求，選取最佳的脫除工藝，應用MDEA脫CO2、分子篩脫水脫苯、專用吸附劑脫汞、低溫脫重烴等工藝技術將天然氣中所含雜質脫除至設計指標。避免CO2、水、汞、苯、重烴等雜質對工藝運行及設備產生不利影響，液化單元采用MRC混合制冷工藝技術將天然氣在冷箱中液化并送至LNG儲罐儲存外運，因此本文就對液化天然氣裝置凈化與液化工藝關鍵技術進行深入的分析和探究。

關鍵詞：液化天然氣;凈化工藝;關鍵技術

本公司LNG生產過程就是將天然氣在中壓狀態（5Mpa）下，用深冷處理技術處理到-162℃，隨后通過節流至常壓（0.1Mpa）液態進入LNG儲罐儲存，其體積約為同量氣態天然氣體積的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輸工作。那么在天然氣液化之前，需要先對天然氣原料氣進行相應的凈化處理，這樣才能夠更好的保障后續液化天然氣的質量。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，脫除酸性氣體，脫水和部分烴類等，通過反復循環處理，保障當中的各項含量指標能夠達到相應的標準要求。

一、天然氣的凈化處理

（一）天然氣質量要求

隨著目前社會經濟的快速發展，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定了嚴格的技術標準，需要綜合考量經濟、環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量下天然氣發熱量的最小參考值，這不僅是控制天然氣二氧化碳等排放物含量參考指標，還直接影響到生活中對于天然氣加熱 設備的規格選擇[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，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。徑露點表示在正常的壓力下，天然氣在釋放出第一滴液烴時的溫度，而這主要和天然氣的成分以及壓力有關聯。

（二）液化天然氣的預處理指標

天然氣液化過程中要采取凈化的預處理措施，并且必須要脫除原料氣當中所含有的硫化氫、二氧化碳和水等雜質，確保在其實際運輸過程中，不會對管道設備造成較大的腐蝕[2]。通常在天然氣液化處理過程中，經常會受到工廠類型、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。那么本文以基本負荷型液化天然氣工廠原料氣預處理為例，對于預處理的指標要求，溶解度限制二氧化碳為（50～100）×10 -6，無限制生產下的累計允許值水小于0.1×10-6，標準狀態下硫化物總量（10～50）mg/m3，產品規格硫化氫為 4×10 -6等。

二、天然氣凈化工藝方案優選

（一）化學吸附法

天然氣原料氣中包含的酸性氣體包含CO2、H2S和有機硫化合物等，原料氣在加入管道運輸之前，要進行相應的凈化處理，因為這些酸性氣體對管道設備產生腐蝕，導致催化劑中毒，甚至引發環境污染問題。對于CO2的脫除方式，有化學吸附法和物理吸附法這兩種，化學吸附法就是以MDEA作為吸附劑，就是當原料氣加熱之后進入吸附塔塔底，含帶的CO2與MDEA吸附劑逆流進行混合接觸[3]。當天然氣從塔頂出來之后，含有CO2的MDEA溶液直接從塔底排出，之后對溶液進行進入富胺閃蒸罐，加熱處理之后，再進入胺再生塔進行冷卻處理，分離出的氣體從塔頂進入放空系統，剩余的胺液進行再次冷卻。并進入貧胺緩沖罐，經過 再次處理之后，將溶液導入吸收塔，開始下一輪的循環處理，直至達到標準排放含量。

（二）物理吸附法

物理吸附法的應用是需要建立在有機溶劑，能夠吸收原料氣中酸性物質的基礎上的，因為溶劑當中的酸氣負荷和酸性成分的分壓是成正比的，所以在釋放壓力過程中，原料當中的酸性成分也會被釋放。正是因為這些特性，一般物理吸附法主要應用在高壓低溫環境中，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就是溶劑的酸氣負荷都相對較高，比較適合處理原料當中酸氣 分壓較高的原料氣，并且物理吸附法中的溶劑變質幾率和腐蝕性會相對較小，其能夠有效脫離各種有機硫化物。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烴含量較大的天然氣原料氣當中，可以說，其凈化的程度也遠遠不及化學吸附的效果好。

（三）脫水工藝

脫水工藝也是一個重要部分，其通常分為脫水和再生這兩個階段，從塔頂出來的天然氣，在經過分子篩吸附脫除，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，進入再生氣分液罐，分液之后的氣體，會直接從罐頂出來并進入管網當中，則剩余的液體，會直接從罐底排出，進行之后的回收處理。

三、混合制冷流程

混合制冷工藝實際上是從級聯式液化流程所發展而來的，其通常都采用 C1～C5的碳氫化合物和氮氣等五種以上的混合制冷劑作為制冷介質，這有效彌補級聯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行逐級的壓縮、冷凝、分級和蒸發，直接獲取不同溫度的冷量，對天然氣原料氣進行相應的冷卻和液化。相比較而言，混合制冷劑的使用流程相對簡單，所需要的機組設備也不多，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數據計算的困難度相對較大。通過對天然氣原料氣氣質及液化天然氣裝置規模大小的研究，還可以選擇階式制冷和氮氣膨脹制冷液化工藝技術來進行處理。階式制冷液化工藝一般在國外應用相對較多，其整體投資相對較大，對于液化設備的數量也要求較多，故其整體功耗較大，該技術主要應用于國外大型LNG裝置，國內應用較少，目前相關技術和設備都需要從國外進口，整個投資相對較大[6]。氮氣膨脹制冷工藝是凈化后的天然氣在冷箱中通過丙烷預冷，氮氣深冷的方式將天然氣液化，該技術涉及關鍵制冷設備氮氣壓縮機、氮氣膨脹透平機，該技術在國內應用較為普遍。

結語：

總而言之，我國對于液化天然氣方面的研究本身相對較晚，其對于很多關鍵技術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，才能夠更好的推進我國液化天然氣裝置凈化和液化工藝技術的發展。

參考文獻：

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[3]林暢，白改玲，王紅，李玉龍.大型天然氣液化技術與裝置建設現狀與發展[J].化工進展，2014，33（11）：2916-2922.

[4]熊曉俊，林文勝，顧安忠.氣體膨脹式天然氣帶壓液化流程的設計與優化[J].天然氣工業，2013，33（06）：97-101.

[5]趙文華，楊建民，胡志強，謝彬，喻西崇.大型浮式液化天然氣開發系統關鍵技術現狀及發展趨勢[J].中國海上油氣，2013，25（01）：82-86+90.

[6]邢云，劉淼兒.中國液化天然氣產業現狀及前景分析[J].天然氣工業，2009，29（01）：120-123+147-148.