液化天然氣裝置凈化與液化工藝關(guān)鍵技術(shù)研究

劉 英 波

（華陸工程科技有限責(zé)任公司, 陜西 西安 710065）

液化天然氣裝置凈化與液化工藝關(guān)鍵技術(shù)研究

劉 英 波

（華陸工程科技有限責(zé)任公司, 陜西 西安 710065）

LNG技術(shù)是一種將天然氣以液態(tài)的形式儲存技術(shù)，便于管道裝置的儲存以及運輸工作。以某地區(qū)液化天然氣工程為例，首先是對原料氣組分進行分析，根據(jù)原料氣成分與各項成分含量標準要求進行選擇合適的脫除工藝，選取MDEA劑脫除酸性氣體和分子篩脫水等凈化工藝。在液化工藝方面，主要分析了階式制冷液化工藝與復(fù)迭式制冷液化工藝，從能耗、投資、回收期、稅前內(nèi)部收益率、設(shè)備數(shù)量、處理復(fù)雜程度、操作方面以及技術(shù)成熟度方面對比，優(yōu)選出復(fù)疊式制冷液化工藝，該液化工藝在達到理想液化率97.3%的情況下，綜合指標優(yōu)于階式制冷液化工藝，而且目前該技術(shù)使用比較成熟，設(shè)備數(shù)量少，占地面積小，是一種操作簡單、處理高效的液化工藝，建議采用MDEA劑脫除酸性氣體+分子篩脫水+復(fù)迭式制冷液化工藝。

裝置；凈化工藝；液化工藝；投資；回收期

LNG技術(shù)是一種將天然氣以液態(tài)的形式儲存技術(shù)，一般是將氣態(tài)天然氣在常壓下，進行深冷處理技術(shù)至-162 ℃，使之變?yōu)橐簯B(tài)，625×103m的天然氣液化后，體積僅為1×103m3，大大節(jié)約儲存天然氣的體積，便于管道裝置的儲存以及運輸工作[1]。將天然氣液化前，首先要對天然氣原料氣進行凈化處理，才能保證后續(xù)液化天然氣品質(zhì)，對原料氣的凈化一般是指脫除酸性氣體，脫除固體雜質(zhì)，脫重?zé)N與脫水等，通過反復(fù)循環(huán)處理，使各項含量達到標準要求。目前，我國在液化天然氣方面的研究起步較晚，在預(yù)處理與液化環(huán)節(jié)很多關(guān)鍵技術(shù)不夠成熟，需要投入更多的資金與人力來開展深層次的研究，因此，下面首先就液化天然氣裝置凈化工藝方案進行探討與選擇，隨后對不同液化工藝方案進行對比分析，從投入、回收率以及技術(shù)成熟度方面對比選出最佳的液化工藝方案。

1 天然氣凈化處理

1.1 天然氣凈化標準

天然氣凈化工藝標準有如下幾點[2]：①脫除固體雜質(zhì)；②脫除酸性氣體（H2S、CO2）、重?zé)N和水；③保證天然氣液化時，H2S含量小于 5×10-6，CO2含量小于 5×10-5，重?zé)N含量小于 7×10-5，水含量小于1×10-7。

原料氣經(jīng)過轉(zhuǎn)運進入裝置，經(jīng)過分液罐，脫去含帶的液體，再經(jīng)過進一步的過濾，將固體和液體粒徑＞5 μm的雜質(zhì)脫去，脫雜質(zhì)后的天然氣進入增壓機，壓縮至5.5 MPa后，在35 ℃下冷卻，隨后進行凈化部分進行凈化[3]，表 1為某液化天然氣工廠原料氣。

表1 原料氣組分統(tǒng)計表Table 1 Statistics of the feed gas composition

1.2 凈化工藝方案優(yōu)選

原料氣中所含有的酸性氣體包括H2S、CO2以及有機硫化合物，原料氣加入管道運輸前，需要凈化處理，這些酸性雜志氣體會造成金屬管道設(shè)備的腐蝕，還會導(dǎo)致催化劑中毒，以及污染周圍環(huán)境，因此，原料氣在使用前，務(wù)必按照酸性氣體脫除標準來進行預(yù)處理[4]。

CO2脫除最常用的方法用化學(xué)吸附法和物理吸附法。一般采取的化學(xué)吸附法，主要以甲基二乙醇胺（MDEA）作為吸附劑。加熱后的原料氣進入吸附塔塔底，含帶的CO2與MDEA吸附劑逆流混合接觸，天然氣從塔頂出來，含有CO2的MDEA溶液從塔底排出，隨后對溶液進入富胺閃蒸罐，加熱（113 ℃）處理后，再次進入胺再生塔，冷卻至 65 ℃后，分離出的氣體從塔頂進入放空系統(tǒng)，剩余的胺液再次冷卻至 40 ℃后，進入貧胺緩沖罐，處理后再次將溶液導(dǎo)入吸收塔，開始下一輪循環(huán)處理，直至達到標準排放含量為準[5]。

脫水工藝分為兩個部分，脫水和再生。從塔頂出來的天然氣經(jīng)過分子篩吸附脫除，再由干燥器過濾加入液化處理單元；再生氣經(jīng)由干燥器頂部出來，冷卻處理后，進入再生氣分液罐，分液后的氣體從灌頂出來進入管網(wǎng)，剩余液體從罐底排除，進行回收處理[6]。原料氣凈化工藝簡圖如圖1所示。

圖1 組合凈化工藝流程圖Fig.1 Combination purification process flow diagram

2 天然氣液化工藝

經(jīng)過對該天然氣工廠原料氣分析，選取階式制冷和復(fù)疊式制冷液化工藝技術(shù)來處理該氣源。各制冷處理工藝流程圖如圖2所示。

圖2 階式制冷工藝流程圖Fig.2 Cascade refrigeration process flow diagram

階式制冷液化工藝是國外液化天然氣常用的技術(shù)，其投資大，對液化設(shè)備數(shù)量要求多，占地面積也隨之較大，相關(guān)方面技術(shù)以及設(shè)備需要從國外進口，投資較大[7]。

復(fù)迭式制冷液化工藝將凈化后的天然氣直接輸入冷箱，與丙烷和氮氣分別接觸后，通過節(jié)流降壓（0.35 MPa），制冷至-162 ℃，獲得液體天然氣（LNG），該工藝技術(shù)在國內(nèi)用的較多，技術(shù)成熟，操作嫻熟(圖3)。

圖3 復(fù)迭式制冷工藝流程圖Fig.3 Refrigeration process flow diagram

下面對這兩種制冷液化工藝技術(shù)處理效果、液化率、能耗、收益率進行了全面的對比與分析，選出最佳的凈化工藝方案。天然氣液化工藝技術(shù)經(jīng)濟參數(shù)對比如表2所示。

表2 天然氣液化工藝技術(shù)經(jīng)濟參數(shù)對比Table 2 Technical and economic parameters of natural gas liquefaction technology

從表2可知，階式制冷液化工藝液化率與復(fù)迭式制冷液化工藝理想液化率為 97.3%，階式制冷液化工藝除功率比復(fù)疊式制冷液化工藝要低外，總投資資金比復(fù)疊式制冷高出約3 000×104元，投資回收期也晚了將近1 a，稅前內(nèi)部收益率低3.24%，而且復(fù)疊式制冷液化工藝是目前 LNG凈化工廠使用較成熟的工藝，該工藝設(shè)備裝備數(shù)量少，凈化處理流程短，操作也相對簡單，因此，選取復(fù)疊式制冷液化工藝[8]。

3 結(jié) 論

在對該氣源組分分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合天然氣脫除酸性氣體以及脫水理論，選取MDEA劑脫除酸性氣體以及分子篩脫水等凈化工藝技術(shù)，處理過后的天然氣達到了凈化工藝標準。對達標后的天然氣進行液化處理，選取了階式制冷液化工藝與復(fù)迭式制冷液化工藝分別進行處理，主要從能耗、投資、回收期、稅前內(nèi)部收益率進行對比，再結(jié)合國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)有的技術(shù)現(xiàn)狀以及裝置設(shè)備使用情況，優(yōu)選出復(fù)迭式制冷液化工藝，該液化工藝在達到理想液化率97.3%的情況下，綜合指標優(yōu)于階式制冷液化工藝，而且目前該技術(shù)使用比較成熟，設(shè)備要求數(shù)量少，是一種非常有效的液化工藝技術(shù)，該套工藝技術(shù)的成功應(yīng)用可為相似原料氣組分的凈化與液化工程提供技術(shù)支持。

［1］ 張遠德, 汪鴻鵬, 郭天林. 天然氣集輸脫水脫硫工藝研究及發(fā)展方向[J]. 油氣田地面工程, 2011, 30(11): 59-60.

［2］ 顧安忠. 液化天然氣技術(shù)[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2003.

［3］ 郭揆常. 液化天然氣(LNG)應(yīng)用與安全[M]. 北京: 中國石化出版社, 2010.

［4］ 魏荊輝, 張恒偉, 葉正勇, 等. 高含硫天然氣凈化裝置用能優(yōu)化[J]. 油氣田地面工程, 2014, 33(6): 98-99.

［5］ 孫洪亮, 馬蕊, 楊家智, 等. 塔里木氣區(qū)天然氣凈化工藝[J]. 油氣田地面工程, 2008, 27(9): 37-38.

［6］羅小武. 天然氣凈化工藝技術(shù)研究與應(yīng)用[J]. 天然氣與石油, 2006, 24(2): 30-31．

［7］ 鄭大振. LNG工廠的天然氣凈化工藝及其新發(fā)展[J]. 天然氣工業(yè), 1994, 14 (4): 68-72.

［8］ 顧安忠, 魯雪生, 汪榮順, 等. 液化天然氣技術(shù)[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2003: 18-20．

Key Techniques of Purification and Liquefaction Process in Liquefied Natural Gas (LNG) Plants

LI Ying-bo
（HUA LU Engineering Science and Technology co., LTD, Shaanxi Xi'an 710065，China）

LNG technology is a kind of storage technology of gas in the form of liquid, convenient for storage and transportation of gas. Taking a liquefied natural gas (LNG) project as an example, at first composition of the feed gas was analyzed, and then according to the composition of feed gas and the component content standards, appropriate purification processes were chosen, such as MDEA agent was used to remove acidic gas and molecular sieve was used in dehydration. In the liquefaction process, the cascade refrigeration liquefaction process and the complex overlapping refrigeration liquefaction process were analyzed from the aspects of energy consumption, investment, payback period, internal rate of return before tax, equipments, process complexity, operation and technical maturity. The complex overlapping refrigeration liquefaction process was screened out. Comprehensive indexes of the liquefaction process under the condition of the ideal liquefied rate 97.3%, are superior to the cascade refrigeration liquefaction process, and its technology is mature, it needs less equipments, and has simple operation. At last, MDEA agent removing acid gas and molecular sieve dehydration and complex overlapping refrigeration liquefaction process were recommended.

device; purification process; liquefaction process; investment; payback period

TE 624

A

1671-0460（2016）11-2593-03

國家973項目，項目號：2009CB219604。

2016-09-18

劉英波（1977-），男，陜西西安人，工程師，2002年畢業(yè)于沈陽化工學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)，研究方向：主要從事化工設(shè)計和工藝開發(fā)工作。E-m ail：LYB2325@chinahualueng.com。