焦爐煤氣液化預處理裝置試車及改進

郝全忠，蔣 莉，彭名生

(四川哈深冷天然氣工程有限公司，成都610045)

七臺河三聚隆鵬焦爐煤氣制液化天然氣(LNG)項目是由三聚創潔科技發展有限公司與七臺河隆鵬煤炭發展有限公司共同出資建設的。它是對隆鵬煤炭發展有限公司原有的焦爐煤氣制甲醇裝置進行改造，并利用富余焦爐煤氣生產液化甲烷(LNG)，以達到合理利用焦爐煤氣的目的。

1 焦爐煤氣及設計指標

1.1 原料的組份和條件

進入預處理系統的原料組成、工藝指標見表1。

表1 原料組成和工藝指標Tab.1 Raw material composition and process indicators

其他雜質中，汞的質量濃度為10 μg/m3，苯、萘和焦油的質量濃度含量分別為3 g/m3、50 mg/m3、100 mg/m3。

1.2 預處理后的焦爐煤氣

焦爐煤氣經過預處理系統后，要求達到的設計指標見表2。

表2 預處理后的焦爐煤氣設計指標Tab.2 COG design specifications after pretreatment

1.3 設計工況下的生產規模

原料氣處理量，為40 000 m3/h;LNG產量(出冷箱產量)，為8 960 m3/h;年開工時間，為8 000 h;操作彈性50% ～105%。

2 預處理工藝流程

焦爐煤氣成分比較復雜，其中的CO2、重烴以及所含的飽和水在低溫環境下會凍堵板翅式換熱器，而汞會腐蝕鋁質的換熱器及管路。

為了保證后續的液化工序能正常進行，并得到合格的液化天然氣，必須對焦爐煤氣進行凈化處理，以脫除其中的CO2、H2O、重烴、汞等有害物質。根據需要脫出的物質情況，預處理分為:脫碳(二氧化碳)工序，脫汞工序，脫水、脫重烴工序。

2.1 脫碳工序

脫碳工序以活性MDEA為吸收劑，采用一段吸收、一段再生流程脫除焦爐煤氣中酸性氣體(二氧化碳)。含有 CO2的焦爐煤氣(1.8～2.0MPa，20℃)從吸收塔下部進入，自下而上通過吸收塔。再生后的胺溶液(貧液，2.1～2.3 MPa，50℃，140 m3/h)從CO2吸收塔上部進入，自上而下通過吸收塔。逆向流動的胺溶液和焦爐煤氣在吸收塔內充分接觸，氣體中的CO2被吸收進入液相;未被吸收的組份從吸收塔頂部引出，進入吸收塔頂冷卻器，溫度將降至～40℃，然后進吸收塔頂氣液分離器，最后出氣液分離器的氣體送脫汞塔，冷凝液去富胺閃蒸罐。吸收CO2的胺溶液(稱富液，～60℃)，經減壓閥、閃蒸罐后與再生塔底部流出的胺溶液(貧液，114～120℃)在貧富液換熱器換熱(升溫至90～99℃)，然后去CO2再生塔上部。在再生塔進行汽提再生，直至貧液的貧液度達到指標。

出再生塔的貧液，經過貧富液換熱器、貧液緩沖罐、升壓泵、貧液冷卻器后，貧液被冷卻到40～50℃，再經貧液泵進入吸收塔上部。

再生塔頂部出口氣體，經二氧化碳冷卻器，進入二氧化碳氣液分離器。出氣液分離器的氣體就地放空或去預壓縮單元，冷凝液回流至再生塔。

再沸器的熱源由低壓飽和蒸汽(0.5MPa，170℃)提供。經過脫碳處理的焦爐煤氣中CO2實際含量小于10 mL/m3。

脫碳工序的流程見圖1所示。

圖1 脫碳工序流程示意圖Fig.1 Flow diagram of decarbonization process

2.2 脫汞工序

來自脫碳單元的焦爐煤氣(1.8～2.0 MPa，20℃)，首先進入脫汞塔進行脫汞。脫汞前，焦爐煤氣汞含量為10 μg/m3，凈化后含量小于0.01 μg/m3。脫汞后，先經過高精度過濾器，去除從塔內帶出的粉塵等雜物，然后進入溴化鋰預冷系統冷卻，溫度降至7℃，最后進入脫水、脫重烴工序的吸附塔A/B/C。

2.3 脫水脫重烴工序

脫汞后的焦爐煤氣(1.8～2.0 MPa，7℃)進入吸附塔A/B/C，脫除焦爐煤氣中含有的水分、苯(及其他重烴)、萘、焦油等。焦爐煤氣從吸附塔頂部進入，通過分子篩及活性炭復合床層吸附脫除水分及重組分，然后從吸附塔底部出來。吸附后，在φ(H2O)≤1 mL/m3、w(重烴)≤70 mg/kg后，進入焦爐煤氣液化單元。

吸附單元采用3塔等壓再生方案。在給定的吸附周期內，一臺處于吸附狀態，用來脫除焦爐煤氣中的水分及重組分;第二臺處于加熱狀態，用來脫除吸附在床層中的水分及重組分;第三臺處于冷卻狀態。再生氣來自冷箱的高壓富氫氣(1.7～1.9 MPa，7℃)。再生氣首先進入加熱結束的塔進行冷吹，之后進入再生氣加熱器加熱(蒸汽加熱)到220～240℃。熱的、干燥的氣體從下而上通過再生狀態(加熱)的吸附塔，解吸分子篩中的水和重組分。從再生狀態(加熱)的吸附塔出來的再生氣，進入再生氣冷卻器連續冷卻，冷卻后的常溫氣體供用戶使用。

再生氣加熱器熱源，采用蒸汽加熱器(過熱蒸汽，1.2 MPa，270℃)。每臺吸附塔的完整循環周期為24 h:吸附狀態8 h，加熱狀態8 h，冷卻狀態8 h。焦爐煤氣出吸附塔后，設置高精度過濾器，去除從塔內帶出的粉塵等雜物。

脫水、脫重烴工序流程圖見圖2。

圖2 脫水、脫重烴工序流程圖Fig.2 Process flow of dehydration and dehydrocarbonization

3 存在問題及解決方案

該項目開車以來，總體運行平穩，各項指標均達到設計要求，保證了液化單元的正常工作和液化天然氣的產出。但也存在一些安裝和運行的問題。

1)開車初期，脫碳單元二氧化碳冷凝器換熱效果很差，出口溫度達到90℃以上，再生塔塔頂壓力達到90kPa，甚至更高，致使安全閥起跳。

經過分析發現:①開車初期，由于焦爐煤氣流量一直不穩定，造成再生塔出口酸氣以水蒸氣為主。大量的水蒸氣在二氧化碳冷凝器管路中發生相變，凝結成水且不能及時排出，導致冷凝器負荷不足。②現場安裝未按圖紙施工。再生塔出口主管路中心低于二氧化碳冷凝器進口中心約3 m，未形成有效的步步低的關系，且進口支管未采取保溫措施，導致進口管路中積水，形成液柱。

針對這種情況，采取了調節再沸器進口蒸汽量，降低塔底溫度，減少水蒸氣的蒸發。同時，采取多次迅速降低二氧化碳冷凝器壓力(至30kPa)，使塔頂和冷凝器壓差突然變大;將進口支管中的積水逐漸帶出，慢慢使塔頂恢復到合適的壓力。

但管路安裝已經完畢，且不易更改，不能徹底解決問題。通過將二氧化碳冷凝器進口支管保溫、穩定焦爐煤氣流量以使酸氣中含有一定量CO2的辦法，可避免問題的出現。

2)脫碳單元中直徑較小且含水的管路經常凍堵。現場查看發現，因未按圖紙要求對含水的管路進行伴熱施工，致使環境溫度降低后，管路內部結冰形成凍堵。后對DN80及以下管路返工，加電伴熱并嚴格保溫。

3)原設計有缺陷。原設計未考慮上下水管的伴熱，也未考慮下部水箱的加熱，導致低溫環境時，上下水管凍堵。脫碳單元的二氧化碳冷凝器采用以空氣和水為介質的復合式空冷器，空冷器只配置了一臺循環水泵。為防止空冷器在低溫環境中凍堵，系統停車時，水泵不能停機，一直處于開啟狀態，造成使用不便，且只配置了一臺水泵，一旦出現故障，將導致整個系統不能穩定工作。后建議備用一臺水泵或再外置一臺循環泵。

4)吸收塔到閃蒸罐管路上的調節閥出現關不嚴。抽出閥芯后發現，密封面上卡了一根鐵絲，致使閥芯無法回座。

5)脫水、脫重烴單元的個別快速切斷閥出現不能動作?，F場處理發現，氣缸在低溫環境下，密封材料收縮導致氣缸漏氣。重新加工密封材料進行更換，即可解決了問題。