液化天然氣裝置凈化與液化工藝關(guān)鍵技術(shù)研究

高宏宏(陜西延長石油天然氣股份有限公司，陜西 延安 716000)

0 引言

通過LNG技術(shù)能夠?qū)⑻烊粴庖砸簯B(tài)的方式加以存儲，以方便將天然氣進(jìn)行運(yùn)輸。一般將氣態(tài)的天然氣通過深冷處理技術(shù)到-162 ℃，在常壓下就可以使得氣態(tài)天然氣變?yōu)橐簯B(tài)，625 m3的氣態(tài)天然氣經(jīng)過液化處理之后，可以變?yōu)? m3體積的液態(tài)天然氣，效果十分明顯，這樣可以大大降低天然氣的體積，對于天然氣后期在管道中的存儲及運(yùn)輸都非常有利，經(jīng)過多次對天然氣的循環(huán)處理，就可以使液化天然氣的各項(xiàng)指標(biāo)符合要求。

1 液化天然氣裝置

1.1 液化天然氣裝置概述

一般在對天然氣進(jìn)行液化操作之前，首先需要將原料天然氣加以凈化，經(jīng)過這個操作處理之后才可以保證天然氣液化之后具有較高的品質(zhì)。在對原料天然氣進(jìn)行凈化的過程中，主要是針對原料氣中的一些酸性氣體加以去除，其中的雜質(zhì)、烴等也要一起除去[1]。在液化天然氣生產(chǎn)過程中，往往所涉及到的處理設(shè)備類型較多，如在原料天然氣凈化處理工藝流程中，涉及到的設(shè)備類型包括分液罐、增壓機(jī)、管道系統(tǒng)以及吸附塔等，分別對原料天然氣中的酸性氣體和水分進(jìn)行處理。

1.2 液化天然氣裝置的技術(shù)現(xiàn)狀

我國液化天然氣的消耗量較大，需要加強(qiáng)液化天然氣的技術(shù)創(chuàng)新，以便為社會提供更為充足的液化天然氣，滿足工業(yè)生產(chǎn)和居民生活使用的需求。當(dāng)前我國在液化天然氣技術(shù)領(lǐng)域中還相對不夠成熟，起步較晚，存在著較大的發(fā)展和進(jìn)步的空間，需要投入更多的研發(fā)成本和研發(fā)人才，來進(jìn)一步對液化天然氣技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新和研究。

2 液化天然氣裝置凈化技術(shù)分析

2.1 液化天然氣的凈化標(biāo)準(zhǔn)

在對原料天然氣進(jìn)行凈化時(shí)，需要把握好液化天然氣的凈化標(biāo)準(zhǔn)。一般在凈化工藝技術(shù)體系中，存在以下幾點(diǎn)主要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；一是應(yīng)將原料天然氣中存在的固體雜質(zhì)加以去除；二是需要去除掉原料天然氣中的酸性氣體和水；三是硫化氫以及二氧化碳的含量應(yīng)該在允許的范圍內(nèi)，同時(shí)重?zé)N的含量也不能過高。這些都是液化天然氣主要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)原料天然氣進(jìn)入到裝置之后，首先需要經(jīng)過分液罐，將一些含帶的液體加以脫除，之后再經(jīng)過過濾操作，將原料天然氣中的固體加以脫除，天然氣經(jīng)過該步驟的處理之后，就可以送入到增壓機(jī)，并在35 ℃的環(huán)境條件下進(jìn)行冷卻，之后就可以對天然氣進(jìn)行凈化操作。

2.2 液化天然氣凈化工藝中的脫除酸性氣體

在原料天然氣中，包括了多種類型的酸性氣體，如：硫化氫、二氧化碳、有機(jī)硫化物等。含有這些酸性氣體的原料天然氣進(jìn)入到管道系統(tǒng)開始運(yùn)輸前，需要對原料天然氣進(jìn)行凈化。由于管道系統(tǒng)的材質(zhì)大多數(shù)是金屬，含有這些酸性氣體的原料天然氣會對管道系統(tǒng)中的設(shè)備造成一定的腐蝕，如果情況比較嚴(yán)重，還會出現(xiàn)催化劑中毒的情況[2]，并對周圍環(huán)境產(chǎn)生較大的污染，故在原料天然氣進(jìn)入到金屬管道系統(tǒng)之前，需要先對原料氣進(jìn)行預(yù)處理。

在脫除原料天然氣中酸性氣體的技術(shù)中，以脫除二氧化碳為例，在工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際中可以采取的方法包括了物理吸附法和化學(xué)吸附法，這兩種脫除二氧化碳的方法都在實(shí)際的天然氣凈化工藝技術(shù)中得到了應(yīng)用。其中，以化學(xué)吸附法應(yīng)用得更為廣泛，并采用MDEA作為化學(xué)吸附法中的吸附劑。當(dāng)對原料氣進(jìn)行加熱之后，原料天然氣就可以進(jìn)入到吸附塔的塔底，這時(shí)含有二氧化碳和吸附劑MDEA就會發(fā)生逆流，之后相互混合，經(jīng)過一段時(shí)間的接觸反應(yīng)之后，天然氣就可以從吸附塔的塔頂上出來，而含有二氧化碳和吸附劑的反應(yīng)溶液從吸附塔的塔底處流出。之后溶液再進(jìn)入到富胺閃蒸罐當(dāng)中，經(jīng)過將溶液加熱到113 ℃之后，并進(jìn)入到胺再生塔，同時(shí)冷卻到65 ℃之后，此時(shí)反應(yīng)所分離出來的氣體會從吸附塔的塔頂進(jìn)入到放空系統(tǒng)當(dāng)中。其余的胺液會經(jīng)過再次的冷卻操作之后，當(dāng)冷卻到40 ℃之后，就可以進(jìn)入到貧胺緩沖罐?？傊?jīng)過這個流程的處理后將溶液導(dǎo)入到吸收塔當(dāng)中，這時(shí)就可以直接進(jìn)入下一個環(huán)節(jié)的處理。經(jīng)過多次循環(huán)的處理之后，使天然氣中的酸性氣體能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 液化天然氣凈化工藝中的脫水技術(shù)分析

在對原料天然氣進(jìn)行凈化過程中，脫水工藝是重要的凈化流程，在該工藝流程中，主要包括了兩個部分，即脫水以及再生。一般從吸附塔的塔頂處出來的天然氣，再對其經(jīng)過分子篩吸附之后，然后采用干燥器進(jìn)行過濾，加入到液化處理功能單元中。當(dāng)以上原料天然氣處理步驟都已完成之后，再生氣會經(jīng)過干燥器的頂部位置上出來，并當(dāng)完成冷卻處理之后，會進(jìn)入到再生氣分液罐當(dāng)中。此時(shí)氣體或從分液罐的頂部位置出來，而后再進(jìn)入到管網(wǎng)系統(tǒng)之中，其他的液體就可以從分液罐的底部位置加以排出，這樣就可以對底部流出來的液體進(jìn)行再次回收利用。

3 天然氣的液化工藝技術(shù)及發(fā)展趨勢分析

在對原料天然氣進(jìn)行仔細(xì)分析研究之后，可以采取階式制冷工藝和復(fù)疊式制冷工藝，對原料天然氣進(jìn)行液化處理。以下分析這兩種液化天然氣的處理技術(shù)和具體的流程。

3.1 液化天然氣的階式制冷工藝

液化天然氣的階式制冷工藝是目前在實(shí)際應(yīng)用中十分廣泛的天然氣液化技術(shù)，在國外也得到了良好的發(fā)展。但這種天然氣液化技術(shù)的投資相對較高，并且對液化天然氣所需要采用到的設(shè)備數(shù)量較多，在進(jìn)行液化天然氣的工藝過程中，所需要的占地面積也比較大。在采用這種工藝技術(shù)進(jìn)行天然氣液化操作時(shí)，往往很多液化設(shè)備都要從國外進(jìn)口，這就直接導(dǎo)致液化天然氣的生產(chǎn)成本較高，其主要工藝流程如圖1所示。

圖1 液化天然氣的階式制冷工藝

在液化天然氣的階式制冷工藝當(dāng)中，首先原料天然氣經(jīng)過入口進(jìn)入到分離過濾環(huán)節(jié)中，在對原料天然氣進(jìn)行增壓操作之后，就可以將原料天然氣中的二氧化碳以及水分加以脫除。之后再經(jīng)過丙烷壓縮機(jī)，再進(jìn)行丙烷預(yù)冷操作及乙烯壓縮機(jī)進(jìn)行制冷操作之后，再進(jìn)行氮?dú)夂图淄橹评渲?，這樣就可以將液化天然氣進(jìn)行存儲或運(yùn)輸?shù)剿枰牡胤健?/p>

3.2 液化天然氣的復(fù)疊式制冷工藝

復(fù)疊式制冷工藝也是重要的制備液化天然氣的方法之一。在該工藝技術(shù)體系中，將經(jīng)過凈化處理之后的天然氣送入到冷箱，再與氮?dú)夂捅榘l(fā)生接觸反應(yīng)，然后再經(jīng)過節(jié)流降壓一系列操作，在溫度達(dá)到零下162 ℃時(shí)，就可以快速制得所需要的液化天然氣。這種類型的液化天然氣生產(chǎn)工藝技術(shù)應(yīng)用時(shí)間比較長，操作步驟比較靈活，技術(shù)相對比較成熟，在我國已經(jīng)得到了比較廣泛的應(yīng)用，其工藝技術(shù)流程圖如圖2所示。

圖2 液化天然氣中的復(fù)疊式制冷工藝

在復(fù)疊式制冷技術(shù)流程當(dāng)中，首先原料天然氣經(jīng)過分離、過濾、增壓、脫二氧化碳等酸性氣體、脫除水分，經(jīng)過各個環(huán)節(jié)處理之后，再進(jìn)入到冷箱之中，經(jīng)過一系列處理之后就可以得到所需要的液化天然氣，并可以存儲或者裝車運(yùn)輸。

3.3 液化天然氣凈化工藝經(jīng)濟(jì)對比及發(fā)展趨勢分析

綜上，上述所分析的兩種液化天然氣技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛，但在具體應(yīng)用中，需要從多個不同的角度分析，全面對這兩種液化天然氣生產(chǎn)工藝技術(shù)進(jìn)行對比，這樣才能選取較為經(jīng)濟(jì)合理的工藝技術(shù)。主要需要對比的角度包括天然氣的液化率、能源消耗、液化處理的實(shí)際效果以及收益率等，這些都是液化天然氣工藝技術(shù)選擇中的重要參考技術(shù)指標(biāo)，具體對比如表1所示。

表1 液化天然氣凈化工藝的經(jīng)濟(jì)性對比

從表1中可以看出，復(fù)疊式以及階式的液化天然氣技術(shù)的液化率都相對較高，都能夠達(dá)到97.2%，但在其他性能指標(biāo)上也存在著一定的差異。相對而言，階式的液化工藝技術(shù)所需要消耗的功率比較低，但是在液化天然氣生產(chǎn)系統(tǒng)的總投資方面，比復(fù)疊式的工藝技術(shù)要更高，導(dǎo)致其投資回收期也更晚，收益率也更低?，F(xiàn)今復(fù)疊式的液化天然氣生產(chǎn)技術(shù)在很多工廠實(shí)際生產(chǎn)中都已經(jīng)應(yīng)用，是一種較為成熟的工藝技術(shù)。在這種工藝技術(shù)之中所運(yùn)用的先進(jìn)設(shè)備不多，并且在對原料天然氣進(jìn)行凈化處理過程中，整體所涉及到的處理流程也不多?？傮w而言，凈化和液化操作都相對簡單靈活方便。因此，可以在液化天然氣的生產(chǎn)實(shí)際中優(yōu)先采用復(fù)疊式制冷工藝技術(shù)。

4 結(jié)語

本文對天然氣的脫除酸性氣體和脫水技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析，并采取MDEA作為吸附塔中的吸附劑，采用這種凈化工藝處理之后，原料天然氣取得了較好的凈化效果。本文所分析的液化天然氣凈化技術(shù)和液化工藝，相關(guān)企業(yè)可以在實(shí)際的天然氣生產(chǎn)中加以應(yīng)用。