LNG脫重烴工藝技術(shù)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(fā)展的過程中，對大氣造成了一定程度的污染。為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標，應(yīng)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(xù)加大，這就要求液化天然氣工程有更高的生產(chǎn)效率。要充分利用脫重烴工藝技術(shù)來解決凍堵問題，盡可能地保證工廠生產(chǎn)工作的經(jīng)濟效益和社會效益。

1 LNG脫重烴工藝技術(shù)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(chǎn)的，很容易受到諸多不穩(wěn)定因素的影響。比如：氣源相對比較復(fù)雜、混合的比例不夠穩(wěn)定、用戶用氣量發(fā)生變化等。這些因素很可能導致LNG生產(chǎn)時偏離值設(shè)計無法保持穩(wěn)定。這一現(xiàn)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(yīng)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(tǒng)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(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)的效率，同時天然氣放火炬的數(shù)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(jié)能環(huán)保的需求，降低了生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。在這樣的背景下，脫重烴工藝技術(shù)的運用就顯得尤為重要了，合理利用脫重烴工藝技術(shù)，可以有效提升生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。同時還能有效節(jié)約成本和資源，能夠為LNG工廠的持續(xù)健康發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。

2 LNG工廠冷箱凍堵原因分析

目前來說，人們將更多的關(guān)注放在了天然氣液化工藝制冷技術(shù)的研究上，而隨著科技的發(fā)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(jù)研究表明，在LNG液化天然氣生產(chǎn)過程中，最容易造成天然氣通道凍堵現(xiàn)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(zhì)，因此更容易產(chǎn)生凝固現(xiàn)象。如果天然氣組分產(chǎn)生了一定的變化，也會引起天然氣性質(zhì)的改變。在進行液化生產(chǎn)時，一旦天然氣的露點產(chǎn)生改變，那么就會導致原有的分離溫度不能有效發(fā)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(chǎn)生凍堵問題，影響生產(chǎn)工作的效率和質(zhì)量。在遇到諸如此類的情況時，部分企業(yè)會選擇調(diào)節(jié)混合冷劑組分的方式來對其分離溫度進行調(diào)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(zhì)量。在液化天然氣實際生產(chǎn)過程中，由于操作不當而導致的冷凍箱凍堵現(xiàn)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(yù)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(chǎn)生一定的波動。除此之外，再沸器的溫度狀況也會對其產(chǎn)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(chǎn)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(xiàn)象在LNG工廠生產(chǎn)過程中非常普遍，因此脫重烴工藝技術(shù)的運用是非常關(guān)鍵的。本文便對一些脫重烴工藝技術(shù)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(jīng)濟發(fā)展十分迅速，但是客觀的講，我國天然氣產(chǎn)業(yè)還有很大的發(fā)展空間。除此之外，我國的天然氣管網(wǎng)仍有待進一步提高。一般來說，液化天然氣生產(chǎn)工廠會選擇坑口氣來作為原料，坑口氣有著其獨特的性質(zhì)，比如穩(wěn)定性較強。因此針對坑口氣產(chǎn)生的凍堵現(xiàn)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(shù)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(tài)的方式析出，再使用出沫網(wǎng)來對其進行分離成氣態(tài)和液態(tài)，以規(guī)避冷箱通道凍堵的問題。和其他脫重烴工藝技術(shù)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(chǎn)生提前液化現(xiàn)象，對產(chǎn)品造成一定的損失。而且如果甲苯之類的物質(zhì)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(jù)實際情況來進行選擇和調(diào)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(jīng)過-40 ℃的預(yù)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(chǎn)品當成塔頂?shù)幕亓?。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(shù)的適應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(chǎn)生凍堵的問題。通常來說，根據(jù)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(yōu)勢，兩塔吸附工藝技術(shù)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(fù)雜，而且需要較高的成本投入，所以經(jīng)濟性較差。但是其效率要遠遠高于兩塔吸附工藝技術(shù)，因此工作人員需要根據(jù)實際情況和生產(chǎn)要求，合理進行選擇。干法吸附工藝有一個非常顯著的優(yōu)點，通過這種脫重烴工藝技術(shù)，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(yù)想范圍太多，在吸附時就很容易產(chǎn)生穿透現(xiàn)象，從而進一步導致冷箱凍堵的問題。

3.4 節(jié)流分離法

節(jié)流分離法也是常見的一種脫重烴工藝技術(shù)，節(jié)流分離法利用的是氣體在從穩(wěn)定的高壓節(jié)流到穩(wěn)定低壓節(jié)流的時候，假如其流動的速度保持穩(wěn)定，那么其先后的焰值也不會發(fā)生太大的變化，而氣體的溫度會產(chǎn)生一定的改變，這其實就是常說的焦耳-湯姆遜效應(yīng)。節(jié)流分離法則是充分利用了焦耳-湯姆遜效應(yīng)，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(qū)分。此外，學者還設(shè)計出了小壓差節(jié)流制冷脫烴工藝，這種優(yōu)化后的工藝技術(shù)很好的滿足天然氣外輸?shù)男枨骩4]。

3.5 膜分離法

隨著科學技術(shù)水平的提高，膜分離法也應(yīng)運而生。膜分離法是一種新興的氣體處理技術(shù)。這一技術(shù)主要運用了氣體在經(jīng)過高壓推動，透過薄膜的時候擴散速率有所差別這一現(xiàn)象，來對氣體進行有效分離。根據(jù)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(qū)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(xiàn)分離效果。這一技術(shù)和傳統(tǒng)的脫重烴工藝技術(shù)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(qū)動設(shè)備，因此大大降低了成本投入，有利于保證工廠生產(chǎn)的經(jīng)濟效益[5]。但與此同時，膜分離法脫重烴工藝技術(shù)的生產(chǎn)效率遠不及之前提到的幾種脫重烴工藝技術(shù)，這也是這一技術(shù)亟需研究和提升的地方。

4 結(jié)語

綜上所述，為了有效提升LNG工廠生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，促進LNG工廠持續(xù)穩(wěn)定健康的發(fā)展，就應(yīng)該通過各種脫重烴工藝技術(shù)來對冷箱通道凍堵問題進行有效處理。在實際運用時，應(yīng)該根據(jù)實際情況和需求，選擇合適的脫重烴工藝技術(shù)，以保證其有效性，提升LNG工廠的經(jīng)濟效益和社會效益。