液化天然氣凈化工藝的選擇

周豪

摘要：LNG即天然氣儲存里面一項高新技術。常壓條件下把氣態(tài)天然氣通過深冷技術冷卻到零下一百六十二攝氏度，讓它凝結成液體，這個液體即為LNG。而把天然氣轉化為液態(tài)存儲的技術即為LNG技術。六百二十五立方的天然氣液化成LNG后體積僅為一立方，所以天然氣液化以后能夠極大程度減少空間使用，有利于管道以及罐車運輸。

關鍵詞：液化天然氣；影響；凈化工藝

一、天然氣雜質(zhì)對液化的影響

天然氣的凈化是指脫除天然氣中的硫化氫、水、二氧化碳、重烴和汞等雜質(zhì)，以免這些雜質(zhì)腐蝕設備及在低溫下凍結而堵塞設備和管道。

（一）水分

天然氣從地層中開采出來后會含有水分，液化裝置中的水在低于零度時會結冰或霜，同時水還會和天然氣形成天然氣水合物。天然氣水合物是半穩(wěn)定的固態(tài)化合物，可以在零度以上形成。這些物質(zhì)可以凍結換熱器表面和節(jié)流閥的工作部分，影響換熱甚至堵塞管道。

（二）硫化氫

硫化氫是一種酸性氣體，對金屬具有腐蝕性。

（三）二氧化碳

二氧化碳也是酸性氣體。二氧化碳在低溫下會結晶，在0.1MPa下，升華點為-78.5℃，比液化天然氣高，因此會在換熱器表面結晶，影響液化。

（四）重烴

天然氣中主要成分為甲烷，通常還含有一些其他烷烴，如乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等。通常重烴是指C5+以上的烴類。烴類的凝固點隨分子量（即碳鏈的長度）變大而升高。天然氣液化時，重烴總是先冷凝結晶，從而堵塞管道。

低碳烴類可以溶解在液化天然氣中，對液化的影響不大。在-183.3℃以上時，乙烷、丙烷能以任意濃度溶解于LNG中。

（五）汞

汞會嚴重腐蝕鋁制設備，當汞存在時，鋁會與水反應生成白色粉末狀的腐蝕產(chǎn)物。極其微量的汞足以給鋁制設備帶來嚴重的破壞。同時汞是有害重金屬，會帶來環(huán)境污染，對檢修人員產(chǎn)生危害。

二、液化天然氣的凈化

（一）天然氣的質(zhì)量要求

（1）最小熱值

天然氣本身具有質(zhì)量要求，為了保證天然氣用戶能自主根據(jù)燃燒值確定設備的型號，必須確定最小熱值。最小熱值指的是在單位時間內(nèi)天然氣釋放出最低熱量，熱量大小和N2和我CO2有一定的聯(lián)系。

（2）含硫量

硫本身質(zhì)地軟，體積輕，粉末有異味。含硫量過多會嚴重危害到大家的日常生活，為了控制天然氣的腐蝕性，必須控制硫量的大小。含硫量的指標主要以H2S表示，正常情況下H2S含量在5-24mg/m3。

（3）烴露點

在一定壓力下，天然氣中析出第一滴液烴時的溫度，與天然氣的壓力的和組成部分有一定的聯(lián)系。

（4）水露點

在一定壓力下，天然氣飽和濕度相對應的溫度，也可指天然氣中的水蒸氣在一定壓力下凝結出第一滴水時天然氣的溫度。

（二）液化天然氣預處理指標

液化天然氣廠凈化系統(tǒng)處理前要進行預處理，除去其中含有的有害物質(zhì)及可能結晶的物質(zhì)，主要包括：水分、汞、重烴等雜質(zhì)。對天然氣進行預處理的目的主要為以下幾點

（1）避免低溫下水與烴類凍結，從而堵塞設備和管道，降低管線的輸送能力。

（2）提升天然氣最低熱值，滿足氣體質(zhì)量標準。

（三）酸性氣體的脫除

天然氣中含有的H2S，CO2被統(tǒng)一稱為酸性氣體，酸性氣體長期存在會導致金屬管道及相關設備受到腐蝕，長此以往影響使用壽命。其次基于酸性氣體的特殊性，在應用中會造成環(huán)境污染，因此在凈化過程中首先要脫除酸性氣體，具體脫除方法如下。當前較為常用的脫除方法主要有兩種，分別為濕法和干法。濕法適應當前工藝需要，是首選方法。以下將對化學吸收法和物理吸收法進行詳細的分析。

（1）化學吸收法

化學吸收法是一種可逆性的化學變化，可吸收原料中弱堿性的物質(zhì)。主要包括：原料本身的酸性物質(zhì)，例如：H2S，CO2，當溫度升高時，在進行吸收過程中，雜質(zhì)混合物自然會釋放出大量的酸氣。醇胺溶液是化學吸收法在中常用的吸收劑之一，醇胺溶液主要組成部分是胺溶液，與原料天然氣中的酸性氣體發(fā)生化學反應，進而脫除天然氣中的酸性物質(zhì)。醇胺吸收法具有成本低、應用范圍廣、反應速度快的特點。在實踐中有不可替代的作用。

（2）物理吸收法

物理吸收法和化學吸收法最大的特點就是在原料酸性基礎上，讓所有物質(zhì)進行脫離，溶劑本身的酸氣負荷與酸性成分成正比，如果液體壓力下降，會立即將酸性氣體釋放出來，該種方式通常實用于高壓、低溫環(huán)境中。物理吸收法主要有冷甲醇法、碳酸丙烯脂法、磷酸三丁脂法、聚乙醇二甲醚法。

（四）水分脫除

在一定條件下，原料中含有的飽和水分會有生成碳氫化合物的可能性，嚴重者會導致液化系統(tǒng)裝置中的各個管路出現(xiàn)堵塞的情況。管道中含有水分，長時間內(nèi)會形成具有腐蝕性酸性溶液，進而對設備及管道造成嚴重腐蝕。

（1）低溫冷凝法

低溫冷凝法是利用高壓天然氣節(jié)流膨脹降溫或者利用透平膨脹降溫，應用天然氣和水汽凝結的溫度差，將天然氣中水汽和冷凝為液體，通過液烴和水的密度差進行重力分離，該方法適用于高壓天然氣，如果對低壓天然氣進行處理時需要進行增壓操作。

（2）溶劑吸收脫水法

溶劑吸收法是利用某些溶劑對天然氣中的水進行溶解，具有和化學反應類似的特點，混合液蒸汽壓較低，溶劑可以再利用。該方法最大的特點是處理量較大，脫水時間快，應用范圍廣。

三 貧液循環(huán)泵工藝設計要點及優(yōu)化

該工藝設計要點為：1）選泵時將其中的富余量作為主要的參數(shù)，利用可靠的計算方法對貧液循環(huán)量進行合理地計算，確定出符合實際生產(chǎn)需要的揚程大??；2）工藝設備使用過程中，為了減少溶劑損耗，可以采用機械密封法，同時為了延長貧液循環(huán)泵的使用壽命，工藝設計中宜采用離心泵；3）運用貧液循環(huán)泵時，技術人員應該充分地考慮天然氣凈化工藝的實際要求，確保這種循環(huán)泵的參數(shù)設備能夠達到生產(chǎn)現(xiàn)場的實際要求。

貧液循環(huán)泵工藝設計優(yōu)化的措施主要包括：1）為了保證天然氣處理廠生產(chǎn)現(xiàn)場蒸汽系統(tǒng)運行的高效性，應該選用可靠地設備增強貧液循環(huán)泵工作過程中的節(jié)能效果，相關的研究報告指出，選用背壓式汽輪機作為循環(huán)泵的原動機，可以實現(xiàn)設備運行過程中的節(jié)能環(huán)保發(fā)展目標；2）為了降低設備使用過程中的電能消耗率，應選用可靠的水力透平泵；3）將貧液循環(huán)泵安裝在貧液空冷器之后，減少設備的投資成本。

結語

LNG作為一種清潔能源，其需求正不斷增長。天然氣中的雜質(zhì)對LNG液化有很大影響，水分、二氧化碳、重烴液化裝置中會產(chǎn)生結晶，堵塞管道，影響生產(chǎn)的正常運行；硫化氫對金屬有腐蝕性；汞會腐蝕鋁制設備；天然氣中的氦、氮氣在液化過程中增加動力消耗。

天然氣的組分對天然氣凈化工藝的選擇有很大影響，因此對一個特定的項目，凈化工藝的選擇應考慮以下因素：①根據(jù)天然氣中氣相雜質(zhì)的組成和含量，選擇適合的凈化工藝；②液化裝置對凈化氣的技術要求；③投資及操作費用。

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（作者單位：武漢市天然氣有限公司）