天然气液化工艺流程分析及其优选

天然气液化工艺流程分析及其优选

郭长坤

新疆克拉玛依新捷液化天然气有限公司新疆克拉玛依834000

摘要：天然气液化工艺流程的设计优化中所涉及的设备、运行参数以及物流的物性参数众多，加之各热力学方程高度非线性这些特点，国内外一些学者将遗传算法这一优秀算法引入到天然气液化流程的优化设计中。但标准遗传算法在天然气液化工艺的优化设计中容易陷入局部最优的陷阱，且收敛的速度及精度还有待提升。本文根据天然气液化工艺优化设计中待优化参数多，耗时长的特点对标准遗传算法进行改进，改进后的遗传算法在提升全局搜索能力的同时还增强了局部搜索能力，对天然气液化流程的优化设计具有很好的适用性。

关键词：天然气；液化工艺；流程分析；工艺优选

引言

天然气是一种高效、优质、清洁的能源,低温液化后体积缩小620倍,十分有利于运输和储存。我国天然气液化技术是一项新兴的技术,正在迅速发展，但技术领域与欧洲和北美等发达国家存在一定差距。HYSYS是一个化工流程模拟动态仿真软件，是一款环境模拟设计软件，允许设计者通过概念上的设计而简化制作过程来完成项目工作，对于天然气工程中，更是以其高效、准确的模拟特性赢得了广泛好评，得到天然气行业内的高度认可。在学习李士富等应用HYSYS软件对部分世界上典型的天然气处理工艺建立模型的基础上，通过HYSYS软件对闭式混合冷剂、带丙烷预冷的混合冷剂及调峰型三种液化流程进行模拟计算并比较分析，为实际工艺流程的设计提供帮助。

1天然气液化工艺优化原则分析

天然气液化工艺是天然气生产与输送的关键，该环节也是运输与销售过程中的主要耗能环节，并对安全生产有着较高的要求。在此基础上，现阶段针对其工艺流程的设计与优化成为了研究的重点。按照现行不同的工艺流程其安全系数、操作难度、设备场地、设备成本、工艺运维均存在较大的不同。探究各类工艺与设备的原理与工况不同是形成有效选择与工艺优化的基础。在实际的设计与应用过程中工艺优化应该本着如下原则来进行：一是需要保障工艺的合规性：所谓的合规性主要是指工艺的设计需要符合相关的科学事实以及现阶段的技术特征。尤其是在天然气液化的过程中由于对生产安全具有较高的要求，更是对其技术的成熟程度有着较高的要求，通过实验工艺以及试运行工艺的方式来确定新型技术的稳定性与参数是一种可行模式，而不能贸然的大范围引入并不成熟的相关技术，以免形成安全生产事故；二是需要保障工艺的适应性：所谓的适应性主要是指不同的天然气液化工艺流程需要根据天然气的原料气特性来进行规划。如在天然气液化预处理之前的杂质去除环节应该充分考量原料气中的杂质种类与浓度，进而形成更为有效的去除效果。同时还需要考虑设备场地的各类环境条件，如湿润地区的防潮处理与水分杂质去除工艺要相对高效；三是需要保障工艺的经济性：在保障上述原则的基础上，我们在优化的过程中要充分对其经济性进行考量，具体分为如下三个方面，即初装成本、运行成本（能耗）以及维护成本等三种。利用成本与产出模型寻求平衡点是一种常见的方式，同时还需要考量场地、预算等经济指标因素。

2提纯工艺流程及优选

2.1脱酸方法选取

天然气脱酸气的方法有：化学溶剂法、物理溶剂法、化学-物理溶剂法、直接转换法、分子筛法、膜分离法、低温分离法等。其中化学溶剂法是天然气脱酸气中最常用、最成熟的方法。化学溶剂法系采用碱性溶液与天然气中的酸性组分反应生成某种化合物，因此也称为化学吸收法。吸收了酸性组分的碱性溶液（通常称为富液）在再生时又可使该化合物将酸性组分分解或者释放出来。这类方法中最具有代表性的是采用有机胺的醇胺法。本区块天然气不含有硫化物和C3及以上组分，只需要考虑脱除其中的CO2的组分，即可达到SY/T6829-2011《天然气集输与处理运行规范》中商品天然气的气质要求。醇胺法技术成熟，溶剂来源方便，适应性很强，对于大、中型脱碳装置或酸气分压低和净化程度要求高时，通常优先考虑采用醇胺法脱碳。管道和设备的防腐蚀工程建设，必须依靠科学技术进步，提高我国油田防腐蚀的水平。

2.2脱水方面

水分的存在不仅会在后续的低压过程中与烃类物质形成固体物堵塞管道，而且容易形成酸性环境加速管道的腐蚀。在此背景下需要对其进行有效的去除。现行的常见去除方式主要为低温分离、溶剂吸收、固体吸附等三种。其中低温分离是利用节流降温的方式形成-10到-20摄氏度的环境温度，使得水分凝结沉淀。此种方法费用较低，且不引入其他物质对于环境的扰动相对较小。但是也同样存在脱水深度不足、装置占地较大等特征。在溶剂吸附法中主要采用三甘醇溶剂作为吸收剂对其他中的水分进行吸收。该技术由于可以重复利用，故而成本相对较低，但是存在污染环境的风险。在固体吸附方面采用分子筛作为吸附材料对气体进行提纯。除首次投资较高之外，其他环节均存在一定的优势。故而，在实际的水分去除工艺中建议选择溶剂或固体吸附法作为流程技术手段。

2.3脱酸方面

在现行的脱酸技术中主要可以分为干法脱硫与湿法脱硫等两种，而在不同门类下由于所使用的脱硫剂的不同而形成若干二级工艺。其中干法脱硫主要包括了活性炭、氧化铁、氧化锌等；湿法脱硫则主要包括了硫酸钠、氨水等。通过综合对比，湿法脱硫效果整体具有优势，且在吸收溶剂方面建议采用硫酸钠或者醇胺溶液，二者具有价格低、易回收，在形成较好的脱酸效果的基础上形成的生成物能够作为次级化工原料而出售，为企业带来一定的收益。

结语

经醇胺溶液脱酸处理后，要对酸气进行回收。由上述模拟结果知酸气中硫化氢含量为62.98%，超过了50%的含量，故酸气的硫磺回收工艺推荐采用克劳斯反应中的部分燃烧法。由于受到反应温度下化学平衡的限制，不能完全将H2S回收，尚存的H2S则通过燃烧，以SO2的形式排入大气，浪费了硫资源，还造成环境污染。为达到国家标准《大气污染物综合排放标准》（GB16297—1996）中尾气排放的规定，还采用SCOT尾气吸收工艺。故需设硫磺回收装置和尾气回收装置各一套。

参考文献：

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[3]杨义振.浅谈焦炉煤气制液化天然气[J].石化技术，2016(4):49-50.