合成氨及甲醇生產(chǎn)裝置廢氣生產(chǎn)LNG節(jié)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(chǎn)裝置會產(chǎn)生較多的廢氣，直接排放會造成環(huán)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(chǎn)裝置廢氣來生產(chǎn)LNG 的過程中，出現(xiàn)了廢氣生產(chǎn)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(chǎn)LNG 的節(jié)能改造提出幾種方式或方法，為環(huán)境保護及廢氣回收利用盡綿薄之力。

1 合成氨及甲醇生產(chǎn)裝置廢氣生產(chǎn)LNG存在的主要問題

1.1 廢氣生產(chǎn)LNG液化工藝應用水平有待提高

在合成氨及甲醇生產(chǎn)裝置的使用過程中，受到反應條件以及生產(chǎn)環(huán)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(zhì)成比例的排出裝置。而在甲醇生產(chǎn)裝置中，由于甲醇生產(chǎn)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(huán)工藝、階式制冷循環(huán)工藝以及混合制冷循環(huán)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(chǎn)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(chǎn)LNG 凈化工藝選擇不夠合理。在合成氨及甲醇生產(chǎn)裝置排出廢氣經(jīng)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(zhì)以及水分等。若酸性氣體、水分或者雜質(zhì)未除去，會在后續(xù)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?shù)膲毫?，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(yōu)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(chǎn)裝置廢氣生產(chǎn)LNG流程有待完善

除了廢氣生產(chǎn)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(chǎn)裝置廢氣生產(chǎn)LNG 流程有待完善也是節(jié)能改造需要注意的問題。廢氣生產(chǎn)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(huán)節(jié)，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(huán)節(jié)，由于此類環(huán)節(jié)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(huán)節(jié)的重視程度不夠，使得廢氣生產(chǎn)LNG 流程有待完善，影響整體的LNG 生產(chǎn)效率，最終導致液化天然氣的生產(chǎn)質(zhì)量不高。

2 合成氨及甲醇生產(chǎn)裝置廢氣生產(chǎn)LNG的節(jié)能改造措施

2.1 提高廢氣生產(chǎn)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(chǎn)裝置廢氣生產(chǎn)LNG 的節(jié)能改造，第一步需要做的是提高廢氣生產(chǎn)LNG 液化工藝的應用水平。在合成氨及甲醇生產(chǎn)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(nèi)的廢氣，廢氣經(jīng)過凈化之后再進行液化。而天然氣液化是廢氣生產(chǎn)LNG 的關鍵環(huán)節(jié)，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(jù)廢氣生產(chǎn)的環(huán)境及外部條件對LNG 液化工藝進行選擇與應用。在合適的環(huán)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(huán)節(jié)的質(zhì)量與效果，并有效節(jié)能，促進產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。

例如，廢氣生產(chǎn)LNG 液化工藝包括膨脹機制冷循環(huán)工藝、階式制冷循環(huán)工藝以及混合制冷循環(huán)工藝等。其中，膨脹機制制冷循環(huán)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(xiàn)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(jīng)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(huán)工藝是指利用不同類型制冷劑的蒸發(fā)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(huán)工藝則是指利用多種物質(zhì)混合的循環(huán)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(jù)廢氣生產(chǎn)的實際情況對天然氣進行液化，提高LNG 的產(chǎn)量[2]。

2.2 選擇合理的廢氣生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)裝置產(chǎn)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(zhì)等物質(zhì)，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(huán)節(jié)的操作規(guī)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(yōu)化分析。溶劑吸收工藝是指利用較高濃度的酸性物質(zhì)，如濃磷酸、三甘醇以及有機酸等物質(zhì)對天然氣進行脫水，但酸性物質(zhì)對脫水的深度要求較高，若廢氣產(chǎn)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(xiàn)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(zhì)吸附水分或雜質(zhì)，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(zhì)或水分。通過選擇合理的廢氣生產(chǎn)LNG 凈化工藝，可以較好地凈化天然氣，從而提高LNG 的質(zhì)量。

2.3 完善合成氨及甲醇生產(chǎn)裝置廢氣生產(chǎn)LNG的流程

除了提高廢氣生產(chǎn)LNG 液化工藝的應用水平以及選擇合理的廢氣生產(chǎn)LNG 凈化工藝之外，完善合成氨及甲醇生產(chǎn)裝置廢氣生產(chǎn)LNG 的流程也是進行節(jié)能改造的重要措施，技術人員需要按照生產(chǎn)LNG 工藝流程對各個環(huán)節(jié)進行操作，并在操作過程中結(jié)合其實際的生產(chǎn)環(huán)境，貫徹各環(huán)節(jié)的操作標準，從多個方面提高LNG 的生產(chǎn)質(zhì)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?shù)恼{(diào)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(diào)整反應溫度，特別是CO 與CO2甲烷化會產(chǎn)生較高的絕熱溫升，需要注意溫度的變化。通過完善LNG 生產(chǎn)流程控制，可以有效提高LNG 生產(chǎn)質(zhì)量[3]。

3 結(jié)語

合成氨及甲醇生產(chǎn)裝置廢氣生產(chǎn)LNG 的節(jié)能改造是對廢氣回收利用的主要手段，雖然出現(xiàn)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(huán)節(jié)的完善，將會節(jié)省更多的能源，同時會有較多的天然氣被利用，促進能源節(jié)約以及環(huán)境保護等措施的實施。