液化天然氣工廠凈化系統(tǒng)技術(shù)研究

曹 龍（江西省鄱陽湖液化天然氣有限公司，江西湖口 332500）

液化天然氣工廠凈化系統(tǒng)技術(shù)研究

曹 龍
（江西省鄱陽湖液化天然氣有限公司，江西湖口 332500）

分析了液化天然氣的凈化，闡述了液化天然氣中酸性氣體脫除的化學(xué)吸收方法和物理吸收方法，以及原料氣中水分脫除的低溫冷凝法、固體吸附法和膜法，以期為改進(jìn)液化天然氣工廠的凈化技術(shù)和降低能耗提供參考。

液化天然氣；凈化系統(tǒng)；酸性氣體

天然氣的主要成分是甲烷，其性能高、熱值大，常壓下冷到-162℃時會凝結(jié)為液體，既可以節(jié)約儲運(yùn)的空間，又方便安全使用。但是天然氣中含有硫化氫、二氧化碳和水等雜質(zhì)，不但會對管道設(shè)備造成腐蝕，而且低溫時會因凍結(jié)而堵塞管道設(shè)備。因此，天然氣液化前需要進(jìn)行脫除酸性氣體和水分等凈化處理，以保障液化天然氣的安全生產(chǎn)和運(yùn)輸。

1　液化天然氣的凈化

1.1天然氣質(zhì)量要求

綜合考慮環(huán)境保護(hù)、安全衛(wèi)生與經(jīng)濟(jì)效益等多方面因素，確定天然氣質(zhì)量要求的技術(shù)指標(biāo)主要為：①最小熱值，即單位質(zhì)量或者體積天然氣發(fā)熱量的最小值，其不但關(guān)系到選用天然氣加熱設(shè)備的規(guī)格與型號，而且是控制天然氣中二氧化碳與氮?dú)獾群康闹匾獏⒖贾笜?biāo)；②含硫量，即以硫化氫含量或者總硫含量表示天然氣中的含硫量，一般規(guī)定天然氣中硫化氫含量在6～24mg/m3之間，目的是保障人身健康安全，降低天然氣腐蝕性；③烴露點(diǎn)，即一定壓力下，天然氣析出第一滴液烴時的溫度，主要與天然氣成分及壓力相關(guān)；④水露點(diǎn)，即一定壓力下，天然氣中水蒸氣凝結(jié)出第一滴水時的溫度。

1.2液化天然氣的預(yù)處理指標(biāo)

天然氣液化前需要進(jìn)行凈化，即采取預(yù)處理措施，脫除其中所含的硫化氫、二氧化碳和水等雜質(zhì)，確保輸送天然氣的管道設(shè)備不被腐蝕或堵塞，天然氣熱值滿足氣體的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。由于液化天然氣工廠類型、原料氣的組分及來源不同，所以天然氣凈化處理的方法、凈化指標(biāo)與工藝流程也存在差異。以基本負(fù)荷型液化天然氣工廠原料氣預(yù)處理為例，其預(yù)處理指標(biāo)要求為：溶解度限制二氧化碳無限制生產(chǎn)下累計允許值水，產(chǎn)品規(guī)格硫化氫= 4×10-6，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下硫化物總量（10～50）mg/m3等。

2　天然氣中酸性氣體脫除方法

天然氣中的硫化氫和二氧化碳等均為酸性氣體，其不但會腐蝕金屬管道設(shè)備，而且會對環(huán)境造成污染，所以液化天然氣凈化時需要對其脫除處理，主要為化學(xué)吸收和物理吸收兩種方法。

2.1化學(xué)吸收方法

該方法建立在可逆性化學(xué)變化的基礎(chǔ)上，吸收劑為弱堿性物質(zhì)，吸收對象主要是原料氣中硫化氫和二氧化碳等酸性物質(zhì)。當(dāng)溫度升高且壓力降低時，混合物就會放出酸氣。醇胺溶液是化學(xué)吸收方法中最常用的吸收劑，其原理是以胺作為溶劑，與原料氣中的酸性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，從而將其脫除。使用胺包括一乙醇胺、二乙醇胺和甲基二乙醇胺等，其優(yōu)點(diǎn)為反應(yīng)速率比較高且穩(wěn)定性好，脫出成本比較低。

2.2物理吸收方法

該方法是建立在有機(jī)溶劑可以吸收原料氣中的酸性物質(zhì)基礎(chǔ)上，將物質(zhì)進(jìn)行脫離。由于溶劑酸氣負(fù)荷和酸性成分分壓成正比，所以當(dāng)壓力下降時，酸性成分就被釋放出來。該方法主要應(yīng)用于高壓低溫的環(huán)境中。物理吸收方法主要包括冷甲醇法、碳酸丙烯酯法與磷酸三丁酯法等，其特性為溶劑酸氣的負(fù)荷較高，適合處理酸氣分壓比較高的原料氣，并且溶劑變質(zhì)的幾率與腐蝕性比較小，可以脫離各種有機(jī)硫化物。物理吸收方法的不足之處在于不適用于重?zé)N含量大的原料氣，并且對天然氣的凈化程度不如化學(xué)吸收方法。

3　天然氣中水分脫除方法

當(dāng)溫度和壓力條件適合時，原料氣中的飽和水分可能會生成碳?xì)浠衔铮瑖?yán)重時會堵塞液化裝置中的管道設(shè)備，從而影響液化天然氣產(chǎn)量或者造成安全事故。同時，原料氣中的硫化氫與二氧化碳等酸性物質(zhì)在水分作用下會形成腐蝕性溶液，對管線設(shè)備造成嚴(yán)重腐蝕。因此，液化天然氣的原料氣需要采取脫水處理，保障液化天然氣的安全生產(chǎn)和運(yùn)輸。

3.1低溫冷凝法

該方法是利用高壓天然氣節(jié)流或者透平膨脹機(jī)進(jìn)行膨脹降溫，利用天然氣與水汽凝結(jié)成液體時產(chǎn)生的溫度差，將天然氣中水汽與重?zé)N冷凝成液體，最后采取重力分離方式將液烴與水分分開。低溫冷凝法主要用于高壓的天然氣，低壓天然氣需要在增壓后方可采用此方法，所以其適用范圍有限，并且能耗比較大。

3.2固體吸附法

該方法是利用干燥劑表面孔隙吸附天然氣中水分，可以將原料氣的水露點(diǎn)降到-100℃或者將水分脫到0.1×10-6。干燥劑的物理性質(zhì)需要滿足多微孔性且比表面積較大，顆粒大小比較均勻，強(qiáng)度、吸附性與耐磨性比較高，熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性良好，并且可以循環(huán)使用。固體吸附法多用于對含水量較少的天然氣進(jìn)行深度脫水，干燥劑主要選用活性炭、分子篩與硅膠等。

3.3膜法

該方法的原理是利用濃度差、壓力差或者電位差，利用原料氣中各組分在分離膜中滲透能力的不同，實(shí)現(xiàn)原料氣中各組分的分離，即當(dāng)原料氣經(jīng)過分離膜表面時，其中的硫化氫與二氧化碳等酸性組分可以優(yōu)先通過，從而將原料氣中的水分脫除。電滲析、反滲透和微過濾等技術(shù)均為膜分離技術(shù)，其應(yīng)用前景較好。

4　結(jié)束語

總之，隨著環(huán)境保護(hù)形勢的嚴(yán)峻和綠色能源的開發(fā)，液化天然氣的凈化處理越來越重要。只有依據(jù)液化天然氣工程的實(shí)際情況，選擇合適的凈化技術(shù)，才能保證液化天然氣凈化效果，以及天然氣的安全生產(chǎn)與運(yùn)輸。

［1］ 馬成.液化天然氣工廠凈化系統(tǒng)技術(shù)［D］.華南理工大學(xué)，2013.

Study LNG Plant Purification System Technology

Cao Long

Describes the characteristics of liquefied natural gas，analyzes the production process and the principle of liquefied natural gas，and from the three bus control systems，security systems，and explosion-proof intelligent temperature control system，we discussed the LNG automation system，with a view to promote the development of liquefied natural gas automation system，improve the utilization of liquefied natural gas to provide reference.

LNG；development；automation systems

TE68

A

1003-6490（2016）05-0057-02

2016-05-06

曹龍（1988—），男，江西南昌人，助理工程師，主要從事液化天然氣生產(chǎn)工作。