液化天然氣工廠凈化系統(tǒng)技術(shù)研究

馬濤 朱振華(新疆新捷股份有限公司 830000)

液化天然氣工廠是凈化系統(tǒng)在研究的重要平臺，要想保證天然氣資源得到科學(xué)合理的應(yīng)用，必須將遠(yuǎn)距離天然氣運輸變成現(xiàn)實，經(jīng)過處理后方可應(yīng)用。在進行液化之前，必須進行凈化工序，除去其中含有的雜質(zhì)，雜質(zhì)包括：酸性氣體、機械類雜質(zhì)、有毒氣體等，在實踐中在要做好處理，保證生產(chǎn)液化天然氣的順利進行。

一、液化天然氣的凈化

1.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(shè)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[1]。

（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(yán)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(biāo)主要以H2S表示，正常情況下H2S含量在

5-24 mg/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(yīng)的溫度，也可指天然氣中的水蒸氣在一定壓力下凝結(jié)出第一滴水時天然氣的溫度。

2.液化天然氣預(yù)處理指標(biāo)

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

（1）避免低溫下水與烴類凍結(jié)，從而堵塞設(shè)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(biāo)準(zhǔn)[2]。

（3）避免其他雜質(zhì)腐蝕管道及設(shè)備

由于原料氣體組成成分不同，天然氣處理方法及制作工藝也各不相同，常規(guī)式指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)如表一：

表一：基本負(fù)荷型工廠預(yù)處理指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)

注：表一中的A表示累計允許值，B表示溶解度值，C表示產(chǎn)品規(guī)格。

二、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(dǎo)致金屬管道及相關(guān)設(shè)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(yīng)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(dāng)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(yīng)當(dāng)前工藝需要，是首選方法。以下將對化學(xué)吸收法和物理吸收法進行詳細(xì)的分析[3]。

1.化學(xué)吸收法

化學(xué)吸收法是一種可逆性的化學(xué)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(dāng)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(xué)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(xué)反應(yīng)，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(yīng)用范圍廣、反應(yīng)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(xué)吸收法最大的特點就是在原料酸性基礎(chǔ)上，讓所有物質(zhì)進行脫離，溶劑本身的酸氣負(fù)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。該方法主要特性如下：

（1）正常處于很低的溫度和高壓環(huán)境中

（2）溶劑酸氣負(fù)荷率高，適合做酸性高壓的原料氣體處理

（3）溶劑變質(zhì)機率小，實用于各種有機硫的脫離

在實踐中有多種實用于氣體脫離的方法，要根據(jù)實際情況確定處理方法。物理吸收法一般不適用于酸性氣體在濃度較大的氣體，在處理中受到溶劑組合變化的限制，凈化程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于化學(xué)吸收法。要根據(jù)實際情況確定使用方法[4]。

三、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?xì)浠衔锏目赡苄裕瑖?yán)重者會導(dǎo)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(shè)備及管道造成嚴(yán)重腐蝕。氣體生成水合物的臨界溫度如表二

表二：氣體生成水合物的臨界溫度

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(yīng)用天然氣和水汽凝結(jié)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(xué)反應(yīng)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(yīng)用范圍廣。

3.固體吸收法

固體吸收法能將在孔隙表面大量的水分子進行吸附，將水脫至0.1ppm或者露點降至-100℃。該方法適用于多微孔性，表面積較大的物質(zhì)，吸附量大，對不同成分有不同的吸附能力。

結(jié)束語

隨著綠色能源的不斷推廣，天然氣凈化成為當(dāng)前工作要點，為了提升液化天然氣工廠天然氣的凈化能力，需要綜合考慮多種方法，采用恰當(dāng)?shù)姆绞竭_(dá)到凈化的效果。

[1]曹東,李顯良,曾強,龐有慶.天然氣凈化廠MDEA脫硫溶液的發(fā)泡與預(yù)防[J].石油與天然氣化工，2012（23）：190-192.

[2]歐銀軍.天然氣預(yù)處理過程中的脫酸與脫水工藝研究[J].科技視界，2012（10）：90-92.

[3]謝滔,宋保建,閆蕾.國內(nèi)外天然氣脫水工藝技術(shù)現(xiàn)狀調(diào)研[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（25）：90-92.

[4]王蘭芝，李桂明，楊紅健,等.天然氣凈化技術(shù)研究進展[J].河南化工，2013（12）:30-34.