洗滌塔在LNG實際生產中的應用

張鑫蘆剛陳秋燕(.山東泰安昆侖能源有限公司， 山東 泰安 7033；.昆侖能源投資山東有限公司， 山東 青島 66000)

洗滌塔在LNG實際生產中的應用

張鑫1蘆剛2陳秋燕1(1.山東泰安昆侖能源有限公司， 山東 泰安 271033；2.昆侖能源投資山東有限公司， 山東 青島 266000)

在LNG生產過程中，原料氣的組分不穩定，重組分脫除不徹底，加上冷箱內部板翅式換熱器流道狹窄，極易引起冷箱凍堵等問題，裝置停車復熱，給工廠運行造成了極大地經濟損失，因此脫重烴的效果對裝置平穩運行至關重要。本文比較了目前常用的脫重烴方案，重點介紹了洗滌塔脫重烴工藝，并結合泰安工廠實際生產過程中洗滌塔脫重烴的效果，對生產中遇到的一些問題提出了相關的解決方法。

LNG；洗滌塔；脫重烴

0 引言

在液化天然氣生產過程中脫除重烴是極其重要的一個環節，重烴即重的烴類(C5+以上)，一般從地下開采出的天然氣當中都會有重烴組分，使得天然氣的露點較高。重組分脫除不徹底，造成換熱器流道凍堵，降低液化率、增加能耗，嚴重時會導致停產甚至事故。因此選擇合理的脫重烴方案成為裝置能否平穩運行的關鍵。

1 常見天然氣脫重烴工藝方案

目前常見的天然氣脫重烴工藝方案主要有：活性炭吸附法、深冷分離法、異戊烷溶解法。

1.1 吸附法

吸附法分離天然氣中重烴的原理是利用吸附劑對苯、環己烷等重烴的選擇性吸附的特性進行分離，此吸附多為物理吸附，過程可逆，當吸附達到飽和后，再用熱甲烷氣脫附，再生的吸附劑可循環使用。可選擇在裝置的脫酸脫水單元之后加裝重烴吸附裝置,可以采用2塔或者3塔流程,以3塔流程為例：

每一個吸附塔依次經歷吸收，加熱再生，冷卻吹掃三個步驟，當其中一臺吸附塔工作時另兩臺進行再生冷卻，每臺吸附塔輪流工作從而保證連續處理天然氣，達到連續生產凈化的目的。或者可以采用復合吸附的方式，在干燥塔當中裝填多種吸附劑床層，增加硅膠等對重烴具有較大吸附容量的吸附劑，同時脫水、脫重烴，流程也為典型3塔流程，每個塔依次經歷吸收，加熱再生，冷卻，三塔輪流工作，對脫酸后的天然氣進行脫水、脫重烴處理。

1.2 深冷分離法

利用熔沸點的不同，進行氣液分離。低溫分離工藝是最為廣泛的天然氣脫烴方法，它是將天然氣冷卻至烴露點溫度以下某一低溫，得到部分富含較重烴類的凝液，并在此低溫下使其與氣體分離。低溫分離法，在多數液化工藝中都設計了低溫重烴分離器，一般此分離器較小，重烴含量高時分離不徹底仍會造成冷箱冰堵。

1.3 異戊烷溶解法

利用相似相容原理，采用異戊烷作為吸收溶劑洗滌天然氣中的重烴組分。

含苯天然氣進入脫苯塔的底部，異戊烷介質送入脫苯塔的頂部而使異戊烷與天然氣逆流接觸，在脫苯塔內部除去其中的苯后，從脫苯塔的頂部排出并進入下一工序。也有利用冷箱中液化的重烴作為洗滌液，不過由于原料氣中組分可能不穩定等原因，仍需要異戊烷來調節。

綜上，吸附法投資少，操作簡單，適于處理雜質含量低的氣源，但對原料氣變化適應性差，應用領域有限，可通過增加吸附劑量的方式提高重烴處理能力，但吸附劑的選擇較困難。異戊烷溶解法，主要用于脫苯，對苯的溶解性較好，其他重烴不能脫除干凈，選擇此法的主要是原料氣重烴組分中苯含量較高，重烴分離法，在多數液化工藝中都設計了重烴低溫分離器，此分離器較小，重烴含量高時，仍會造成冷箱冰堵。

2 洗滌塔脫重烴應用實例

加裝洗滌塔等方式可以有效的脫出重烴，適用于重烴較多的工況，并且工藝方案成熟，比較適合處理大量的天然氣。增加洗滌塔時可在冷箱液化段中抽出低溫凝液，利用重組分沸點比天然氣高的特點，根據精餾原理，將天然氣中的重組分分離出來，經過預冷的天然氣進入精餾塔脫重烴，然后進入冷箱繼續預冷進入氣液分離罐，液相由泵打入精餾塔，氣相深冷液化。

2.1 泰安工廠洗滌塔脫重烴工藝

工廠采用的是雙循環混合制冷工藝，采用低溫精餾的方式來脫出苯 C5+等重組分，經凈化合格后的天然氣進入LNG板翅式換熱器，在LNG板翅式換熱器中向下流動，冷卻至-43℃時，進入洗滌塔脫除天然氣中的苯、重烴，塔頂氣體返回LNG板翅式換熱器后，經再冷凝后進入洗滌塔回流罐進行氣液分離，分離后的氣體在LNG板翅式換熱器中被進一步冷卻、液化，并以過冷至-156.5℃的液體流出，再經節流后進入LNG儲罐作為LNG產品。經洗滌塔回流罐分離后的液相通過洗滌塔回流泵輸送回塔頂。洗滌塔塔底液體進入洗滌塔再沸器進行加熱，氣相返回塔底，液相節流降壓到0.35MPaG并通過重烴電加熱器加熱至30℃，盡量脫除液相中的輕組分。洗滌塔再沸器的熱源為低壓1號混合冷劑。從重烴電加熱器出來的氣相去燃料氣緩沖罐作燃料氣，液相通過重烴輸送泵輸送至重烴儲罐，作為副產品通過重烴裝車泵輸送至槽車外運。

泰安工廠脫重烴工藝

2.2 重烴脫除效果

對進裝置區的天然氣和洗滌塔脫重烴后的天然氣進行取樣檢測，其結果如下表所示。

位號 進廠原料氣 脫重烴后(洗滌塔回流罐頂)控制指標(%) 分析結果 分析結果甲烷:mol/mol 94.3230 96.3300乙烷:mol/mol 2.5900 1.6700丙烷:mol/mol 0.3950 0.1330異丁烷:mol/mol 0.0520 0.0058正丁烷:mol/mol 0.0840 0.0048氮氣:mol/mol 1.6920 1.8163異戊烷:mol/mol 0.0120 0.0000正戊烷:mol/mol 0.0140 0.0000新戊烷:mol/mol 0.0105 0.0000二氧化碳:mol/mol 0.7890 0.0000己烷:mol/mol 0.0158 0.000庚烷:mol/mol 0.0027 0.0000苯:mol/mol 0.0172 0.0000甲苯:mol/mol 0.0000 0.0000

從測量結果看，進裝置天然氣含有大量C5-C9重烴及苯，遠遠超出液化裝置對重烴組分的含量要求，而從洗滌塔后的取樣測量結果可以看出，重烴脫出明顯已達液化裝置對苯和重烴指標要求(苯含量≤5ppmv，重烴含量≤100ppmv)。脫重烴效果良好。

3 洗滌塔脫重烴工藝實際操作中遇到的問題及操作注意事項

3.1 生產中遇到的問題及工廠采取的解決方式

試車生產過程中出現了幾次天然氣流道堵塞的現象，主要發生在冷箱底部深冷段以及冷箱出口閥門，其中出口閥門多次堵塞情況嚴重。

從中控室數據反映來看，冷箱深冷段堵塞主要表現為深冷換熱器兩端壓差明顯增大，制冷溫度和產品LNG的冷端溫差明顯增加，此時冷劑制冷溫度和產品LNG的出冷箱溫度正常，冷箱液化段壓力降正常，但隨著時間的推移，制冷端的溫度下降，產品端溫度下降。

冷箱出口閥門堵塞之初表現為冷箱各段溫度及壓降沒有異常，但閥門前后壓差上升，出口流量下降，出口端溫度下降，現場閥門劇烈震動并伴有較大響聲。

根據中控室在線分析儀監測數據(進冷箱及洗滌塔原料氣組分)的數據顯示，堵塞時進入冷箱的原料氣均滿足H2O≤1ppm，CO2≤50ppm，對進入冷箱前深度凈化后的天然氣和洗滌塔后的天然氣進行取樣檢測，發現原料氣中的苯含量超標，也就是說重烴脫除不凈是造成凍堵主要原因。

針對泰安工廠裝置堵塞的實際情況，可以判斷由于上游突然切換氣源導致原料氣組份產生很大變化氮氣含量，重組分含量明顯增大。進冷箱的凈化天然氣中的苯、環己烷嚴重超標，即使經過洗滌塔后，天然氣中的苯、環己烷含量仍然很高，在進一步液化中導致冷箱的板翅式通道堵塞。

針對類似冷箱部分堵塞和出口閥門凍堵的緊急情況，根據工廠的生產及操作經驗總結出以下措施：

(1)增大高壓冷劑流量，降低進洗滌塔天然氣溫度，降低進塔壓力以求更好的重烴脫除效果。增大冷劑流量為系統提供更多的冷量以均衡原料氣中突增的氮氣和重烴所需。降低進洗滌塔天然氣溫度和進塔壓力，有利于重烴在洗滌塔中更好液化，從而提高脫除效果。

(2)如已發生冷箱及出口閥門凍堵，可手動控制進氣量，增大進冷箱天然氣流量，以沖洗冷箱換熱器，增大天然氣流量的同時也要注意調整冷劑流量，并時刻關注換熱器兩端壓差的變化，如果情況好轉，應及時做出調整。出口閥門凍堵則需切換旁通開啟放空閥，并對閥門進行局部復熱。總之應多觀察，早發現，盡量避免凍堵情況嚴重導致必須停車的狀況發生。

(3)增大低壓冷劑進洗滌塔再沸器的流量，改善再沸器換熱，提高重烴脫除效果。精餾塔需要氣相液相分接觸以達到最好的效果，低壓冷劑量不足會導致再沸器效果降低，從而降低重烴脫除效果，同時浪費大量天然氣。

通過優化操作可以暫時解決凍堵問題，但這樣操作會增加能耗，提高操作難度，提高生產成本，只能用于臨時解決問題。如果工廠運行過程中頻繁出現上述問題，則需要根據氣源變化及凍堵情況考慮工藝改造措施。

3.2 生產操作的注意事項

實際生產當中重點需要對洗滌塔液位、壓力、以及進塔流量進行嚴格監控，值得一提的是開車階段，在冷劑循環建立后需要將天然氣引入洗滌塔，注意在開啟洗滌塔入口流量控制閥之前，應先緩慢開啟洗滌塔再沸器熱側流量控制閥，防止過冷的液體進入下游裝置。在冷卻期間，密切注意洗滌塔塔底液位和回氣溫度，隨著LNG板翅式換熱器預冷段溫度進一步降低，以及塔底液位的建立，逐步開大洗滌塔再沸器熱側流量控制閥。同時密切注意洗滌塔再沸器的液位和溫度，洗滌塔再沸器液位和溫度達到設計要求時，緩慢開啟塔底產品流量控制閥，同時投用重烴電加熱器。當重烴電加熱器的液位和壓力滿足設計要求時，投用重烴輸送泵及相關控制閥在洗滌塔回流罐建立液位后，緩慢打開洗滌塔回流泵入口預冷管線的手閥，預冷洗滌塔回流泵。預冷結束后投用洗滌塔回流泵。總之開車階段預冷非常重要，操作要緩慢，液位建立的要穩定。至于生產過程中更多的是參數監控，壓力，塔液位，流量等都會對洗滌塔的洗滌效果造成較大的影響，嚴格控制洗滌塔液位以及脫重烴的溫度。特別是天然氣流量或者組份變化時要及時調整。嚴格巡檢避免因流量閥失靈或者排液管堵塞造成洗滌塔及分離罐的液位異常。

4 結語

伴隨著LNG工業的快速發展，LNG工廠再生產中的問題也愈發明顯，尤其是重烴處理問題以及由此引起的天然氣管線堵塞問題。因此，除設計建設階段參建單位應充分考慮當地環境及變化特點提出更合理的設計，提高裝置適應性，合理選擇裝置凈化方案之外，已建成工廠也應當互相分享生產經驗，相互借鑒生產中遇到的問題以及解決方式，共同努力以求整體LNG行業更好的發展。本文記述泰安工廠實際生產過程中洗滌塔脫重烴的效果，并介紹了工廠對于一些問題的解決方式以及操作經驗，對LNG項目建設以及裝置生產具有參考價值。

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①蘆剛，昆侖能源投資(山東)公司副總經理，負責生產安全。②張鑫，山東泰安昆侖能源有限公司技術員。③陳秋燕，山東泰安昆侖能源有限公司LNG工藝工程師。