焦爐煤氣制液化天然氣工藝技術研究

白文杰 李乃厚 李棟柱

內蒙古恒坤化工有限公司

本文簡述了內蒙古恒坤化工有限公司10 萬t/焦爐煤氣制液化天然氣工藝流程和特點，介紹了焦爐煤氣制液化天然氣工藝技術，并根據實際運行過程中出現的問題提出了解決方法。

本文簡述了內蒙古恒坤化工有限公司10 萬t/焦爐煤氣制液化天然氣工藝流程和特點，介紹了焦爐煤氣制液化天然氣工藝技術，并根據實際運行過程中出現的問題提出了解決方法。

2013 年1 月1 日，內蒙古恒坤化工有限公司焦爐煤氣制液化天然氣裝置成功開車。現將焦爐煤氣制液化天然氣工藝技術特點、運行過程存在的問題及解決措施總結如下。

1 焦爐煤氣制液化天然氣工藝簡介

焦爐煤氣首先進入氣柜中，經沉降、緩沖、穩壓后，經壓縮、預處理后脫除焦油和奈，并脫除無機硫和部分有機硫等，再加氫轉化脫硫，將總硫脫至0.1ppm 以下，以滿足甲烷化催化劑對原料氣中硫含量的要求，依次進入主甲烷化反應器、副甲烷化反應器，在催化劑的作用下，將氣體中的一氧化碳和二氧化碳轉化為甲烷，轉化后氣體中CO+CO2含量＜50ppm，然后進入干燥系統，將水分脫至1ppm 以下，進入深冷液化裝置，經過液化分離，得到高品質的液化甲烷產品。塔頂采出的氮氫氣作為焦爐煤氣凈化部分再生氣對凈化部分的分子篩再生，完成再生任務后可以匯入焦化廠的燃氣管網為焦爐提供熱量。

2 工藝獨具特點

（1）這種工藝路線的焦爐煤氣經甲烷化制液化天然氣項目，在國內屬第一家。在其他裝置中，僅能做到從焦爐煤氣中提取甲烷組分進行液化，而我廠則是將焦爐煤氣中的一氧化碳、二氧化碳、氫氣和多元烴均轉化為甲烷，從而將甲烷產量提高至85%。

（2）焦爐煤氣制甲烷項目中螺桿壓縮機與往復式壓縮機的新型組合壓縮工藝，首先采用噴水螺桿壓縮機直接為焦爐氣提壓0.45MPa（g），進行預凈化，脫除焦油和萘等雜質，然后用活塞式壓縮機將預凈化后較干凈的氣體加壓2.8MPa（g）進入精脫硫工段。與傳統的往復式壓縮機提壓技術相比具有效率高、運行穩定的優勢，提出了焦爐煤氣壓縮工藝技術的新途徑。

（3）精脫硫采用三級加氫轉化、兩級氧化鋅脫硫的工藝，將總硫脫至0.1ppm。工藝流程包括預加氫、鐵鉬加氫轉化有機硫、鎳鉬加氫轉化有機硫和氧化鋅脫硫劑脫硫等部分，然后進入甲烷化工段。

（4）甲烷化采用虛幻壓縮機循環工藝流程，并有效的利用反應放出的熱量發生低壓蒸汽，節省了冷卻水，達到節能降耗的目的。甲烷化反應器采用絕熱式固定床反應器，兩塔串聯，確保甲烷化氣質量。

（5）本裝置在制取合格液化天然氣的同時還聯產氫氣。通過采用低溫分離技術，對焦爐煤氣中的有用組分甲烷和氫氣分別利用，不但節省了轉化設備和空分設備的投資，還提高了焦爐煤氣的綜合利用率，生產過程中不產生廢氣。甲烷被分離出液化天然氣，氫氣又作為焦爐煤氣凈化部分再生氣對凈化部分的分子篩進行再生，完成任務后可以匯入焦化廠的燃氣管網為焦爐提供熱量，增加了氫氣利用的附加值，大大降低了裝置的綜合能耗。

（6）制冷工序中采用帶有預冷器的混合冷劑制冷循環制冷工質循環過程中冷劑組分和組分濃度參數選擇的合理與否，直接影響著液化流程的正常運行和性能指標。調整混合工質的比例對優化生產，能耗的進一步降低具有重大影響。

（7）在天然氣回收系統中，采用在國內處于領先水平的變頻BOG 壓縮技術，將BOG 處理后回收氣柜，徹底解決了BOG 量的不均衡問題，在根本上消除了生產裝置上的安全隱患。

3 運行情況

精脫硫：原料氣經過三級加氫轉化、兩級氧化鋅脫硫的工藝，可以控制總硫在0.1ppm，脫硫效果穩定。

甲烷化：采用 CO 甲烷化反應、CO2甲烷化反應完成反應，甲烷化后工藝氣組分中CO2的濃度小于50ppm（V/V%）。焦爐煤氣經甲烷化轉化后，烷烴、烯烴均已完全轉化為甲烷。

深冷液化系統運行效果

2013 年1 月1 日我廠天然氣項目投產出液后，深冷工段精餾塔釜取樣分析結果見表1。

表1 液化天然氣組成

深冷液化采用冷劑工質制冷循環、氮氣制冷循環、雙塔低溫精餾工藝技術，制得產品純度是達到99%的高品質液化天然氣，符合國家天然氣GB/T 17820-2012 標準的要求。

4 運行過程中遇到的工藝問題

焦化配合煤多為弱粘結性煤，氧含量相對較高，煤裂解過程中生成CO2、CO 含量偏高，導致甲烷化出口 CO2含量高于 50ppm，CO2在深冷過程中形成干冰顆粒，堵塞系統。在試運轉期間甲烷化出口CO2達標生產出了合格液化天然氣，但由于煤氣組分的波動較大，沒能實現長周期運轉。

甲烷化主要利用熱氣循環方式或補加蒸汽的方式來控制反應放熱量和防止催化劑結碳。原設計中一級密封氣由壓縮機出口直接引入機組干氣密封系統。實際循環氣組分中的水蒸汽含量比設計中的高，循環氣壓縮機一級干氣密封出現帶液問題，導致干氣密封多次損壞。

原設計中精脫硫一級加氫轉化器的兩條冷激線在脫碳之前，實踐生產中加入的冷激煤氣量較高且不穩定，造成甲烷化出口CO2含量波動較大，當含量高于50ppm 時，CO2就會在深冷過程中形成干冰顆粒，堵塞系統。

焦爐煤氣氫碳比偏低且波動較大，導致甲烷化產品氣不合格，無法進入深冷液化，產品氣直接放空。

預凈化活性炭過濾器負責去除原料氣中殘余的苯酚萘霧滴，使用一段時間后吸附劑飽和，吸附能力逐漸減弱，此時需要再生。原設計中過濾器再生用0.5MPa 的低壓蒸汽再生，但焦化提供的蒸汽壓力及溫度都達不到再生要求，吸附劑內會有大量的水產生，損壞催化劑。

5 技改措施及取得的效果

針對CO2在深冷過程中形成干冰顆粒，堵塞系統的問題，我公司增設了脫碳裝置，利用MDEA 溶液調整原料氣組分，使CO2在 50ppm-3%（v%）的范圍內可調。實現了 LNG 裝置的連續生產。

在壓縮機出口一級密封氣增加一套干氣密封除液裝置，先經過氣氣一級換熱，再通過循環水二級換熱，分離水通過自動排水閥，排入集液罐后分離出殘余的有害氣體，再通過自動排水閥排入地溝。這樣可以將密封氣因熱量損失而產生的水通過汽水分離器分離出來，使裝置連續運行。

將精脫硫預加氫和一級加氫轉化器的冷激線改到脫碳之后，保證了精脫硫后CO2含量低并保持穩定，使干燥液化持續生產。

針對原料氣氫碳比偏低問題，在脫氫塔出口增加一條氮氫氣尾氣回收管道將氮氫氣送入氣柜，提高氫氣在焦爐氣中的比例。改造完成后，深冷液化工段運行穩定。

將低壓蒸汽改為中壓蒸汽，利用中壓蒸汽再生活性炭吸附劑，實踐證明中壓蒸汽再生可以滿足生產要求。

6 總結

內蒙古恒坤化工有限公司在焦爐煤氣制液化天然氣工藝技術方面成功運行的經驗，為后期投建同類LNG 生產裝置提供借鑒作用。同時項目的成功，標志著世界焦爐煤氣制天然氣技術的新突破，也標志著世界第一家焦化企業向清潔能源企業的成功轉變。