LNG裝置與CNG裝置關(guān)聯(lián)工藝優(yōu)化探討

張相兵，張修申，武瑞霞，張建華，馬慧明

（中國(guó)石化中原油田分公司天然氣處理廠，河南濮陽(yáng) 457162）

LNG裝置與CNG裝置關(guān)聯(lián)工藝優(yōu)化探討

張相兵，張修申，武瑞霞，張建華，馬慧明

（中國(guó)石化中原油田分公司天然氣處理廠，河南濮陽(yáng) 457162）

根據(jù)天然氣處理LNG裝置和CNG裝置關(guān)聯(lián)時(shí)出現(xiàn)的實(shí)際問(wèn)題展開(kāi)研究，提出了解決方案并進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用，工業(yè)應(yīng)用實(shí)踐證明，該項(xiàng)目所開(kāi)發(fā)的LNG裝置與CNG裝置關(guān)聯(lián)優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)先進(jìn)、性能可靠，具有節(jié)能、高效等特點(diǎn)。

LNG裝置；CNG裝置；關(guān)聯(lián)；工藝優(yōu)化

天然氣具有資源豐富、利用廣泛、使用方便、排放清潔等特點(diǎn)。在全球能源需求持續(xù)增長(zhǎng)、石油產(chǎn)量增長(zhǎng)緩慢、CO2排放加劇的大背景下，近些年來(lái)世界天然氣產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。隨著對(duì)天然氣不斷增長(zhǎng)的需求，我們必須加大對(duì)天然氣的處理與利用，液化天然氣（LNG）、壓縮天然氣（CNG）的生產(chǎn)和應(yīng)用是天然氣加工中一個(gè)比較重要的部分，隨著我國(guó)天然氣工業(yè)的發(fā)展，應(yīng)對(duì)LNG、CNG的發(fā)展給予一定的重視。

1 LNG裝置和CNG裝置工藝簡(jiǎn)述

LNG生產(chǎn)工藝如圖1所示：LNG裝置是以天然氣為原料氣，經(jīng)二氧化碳脫除、二氧化碳解吸、天然氣脫汞、脫水、脫苯等工藝凈化天然氣；通過(guò)一系列換冷生產(chǎn)液化天然氣的成套裝置。在正常生產(chǎn)時(shí)，進(jìn)料為油田伴生氣，含量較高。進(jìn)界區(qū)原料氣組成（物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）如下：二氧化碳，0.4901%；氮?dú)猓?.6520%；水蒸氣，0.0600%；甲烷，69.0309%；乙烷，14.5395%；丙烷，9.5018%；異丁烷，0.9608%；正丁烷，2.1956%；異戊烷，0.2318%；正戊烷，0.2904%；正己烷，0.0456%；正庚烷，0.0043%；辛烷，0.0002%。

CNG生產(chǎn)工藝如下頁(yè)圖2所示。自聯(lián)合站來(lái)的原料氣（0.15～0.25 MPa）進(jìn)入分離罐，脫除夾帶的少量輕油、水（游離水）和機(jī)械雜質(zhì)。氣相進(jìn)入原料氣壓縮機(jī)進(jìn)行二級(jí)壓縮，再進(jìn)入壓縮機(jī)出口分離器進(jìn)行氣液分離。原料氣通過(guò)干燥器干燥之后，露點(diǎn)降至－60℃以下。依次進(jìn)入三個(gè)冷箱階梯降溫，氣相經(jīng)膨脹機(jī)膨脹，節(jié)流降溫后呈氣液混合物進(jìn)入脫乙烷塔塔頂。從脫乙烷塔頂出來(lái)的干氣經(jīng)換熱進(jìn)入CNG裝車(chē)系統(tǒng)。脫乙烷塔塔底的液相進(jìn)入液化氣塔分離成液化氣和穩(wěn)定輕烴產(chǎn)品。

圖2 CNG生產(chǎn)工藝示意圖

2 存在問(wèn)題

LNG工廠液相重?zé)N因C2和含量超標(biāo)（見(jiàn)表1），無(wú)法作液化氣商品出售，原設(shè)計(jì)將這股重?zé)N與CNG工廠分離器底部的液相混合后自脫乙烷塔中下部進(jìn)入；但由于LNG自身冷量的需求，重?zé)N進(jìn)入CNG時(shí)溫度往往只能控制在－15℃左右，且攜帶相當(dāng)多的輕組分，造成CNG脫乙烷塔內(nèi)的熱平衡及氣液相平衡被打破，脫乙烷塔頂溫降不下來(lái)，收率下降，嚴(yán)重影響了液化氣及穩(wěn)定輕烴的產(chǎn)量和質(zhì)量。

表1 重?zé)N組分組成

3 改造思路及理論依據(jù)

改造思路：利用現(xiàn)有的重?zé)N分液罐作為一個(gè)閃蒸罐，閃蒸出的氣相進(jìn)入CNG原料氣入口管線，管線上加裝調(diào)節(jié)閥和單向閥。這樣重?zé)N分液罐的氣相不再進(jìn)入LNG裝置進(jìn)行重復(fù)做功，富氣進(jìn)入膨脹節(jié)流過(guò)程，以提高制冷量。LNG重?zé)N分液罐的底部液相管線增加一條管線，直接進(jìn)入CNG脫乙烷塔底，管線上加裝液控調(diào)節(jié)閥和單向閥。

改造理論依據(jù)：由于LNG制冷溫度較低，重?zé)N里面含有大量的輕組分。由于LNG自身冷量的需求，經(jīng)換熱后重?zé)N進(jìn)入CNG時(shí)往往溫度只能控制在－15℃左右，重?zé)N進(jìn)入脫乙烷塔后，輕組分由于溫度升高迅速汽化，氣體上升過(guò)程對(duì)塔上部的低溫液體進(jìn)行加溫使其汽化，破壞了脫乙烷塔的溫度梯度平衡。膨脹機(jī)制冷不足以提供足夠的冷量來(lái)滿(mǎn)足塔內(nèi)回流，造成上升氣速過(guò)大，而上升氣速的平方與塔壓差成正比，所以造成塔壓差增大。最大壓差為4.5 kPa，平均壓差為3.4 kPa。

要想改善塔內(nèi)的熱平衡及氣液相平衡，第一是增大膨脹機(jī)的制冷量，使塔內(nèi)的回流足以冷卻塔內(nèi)中下部的大量溫度較高的輕組分。第二是降低進(jìn)入脫乙烷塔內(nèi)物料中的大量較高溫度的輕組分，改善塔內(nèi)的氣流流速，從而改善塔內(nèi)的熱平衡及氣液相平衡，降低脫乙烷塔的塔頂溫度，提高天然氣的收率。為了改善重?zé)N的組分，在重?zé)N進(jìn)入脫乙烷塔之前加裝一個(gè)閃蒸罐，把輕組分閃蒸出一部分，以減輕塔的負(fù)荷。這樣就改善了重?zé)N的組分，從而改善了脫乙烷塔的物料配比和氣液相平衡，為脫乙烷塔頂部提供相對(duì)較多的冷量，從而提高天然氣的收率，增加產(chǎn)量。

4 改造效果

工業(yè)應(yīng)用實(shí)踐證明，該項(xiàng)目所開(kāi)發(fā)的LNG裝置與CNG裝置關(guān)聯(lián)優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)先進(jìn)、性能可靠，具有節(jié)能、高效等特點(diǎn)，提高了脫乙烷塔操作穩(wěn)定性。其先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)效益如下：①重?zé)N分液罐的氣相不再進(jìn)入LNG裝置重復(fù)做功，減輕裝置的負(fù)荷，節(jié)約用電。②由于重?zé)N分液罐的氣相中含有大量的輕組分，把重?zé)N分液罐的氣相引入CNG可以增加膨脹機(jī)的制冷量，降低脫乙烷塔的頂溫，提高的收率。③重?zé)N分液罐閃蒸后的大股物料進(jìn)入CNG脫乙烷塔內(nèi)，其氣相負(fù)荷會(huì)降低，從而避免了脫乙烷塔的氣液相平衡的破壞。④由于LNG進(jìn)入CNG的管線為碳鋼管，溫度要求控制在－15℃以上。改造后重?zé)N分液罐的液體溫度一般控制在0℃左右，將不存在因溫度過(guò)低造成管線凍裂的安全隱患。⑤改造后可以大幅提高液化氣和穩(wěn)定輕烴的產(chǎn)量，脫乙烷塔頂干氣中的含量由73 g/m3下降至46 g/m3，增加了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

TE64

B

1003－3467（2010）19－0050－02

2010－07－14

張相兵（1975－），女，工程師，從事天然氣處理工作，電話(huà)：13839321620。