液化天然气装置净化与液化工艺关键技术研究

液化天然气装置净化与液化工艺关键技术研究

胡敏

陕西液化天然气投资发展有限公司 陕西省 咸阳市 712100

摘要：我国在液化天然气领域的研究起步相对较晚，许多关键技术尚未完全成熟。为了在未来的技术发展中赶超国际先进水平并实现技术的超越，我们需要投入更多的人力和物力进行深入的研究。目前，液化天然气是一种非常重要的能源形式，对人们的生活有着很大影响。鉴于此，本文主要分析液化天然气装置净化与液化工艺关键技术。

关键词：液化天然气装置；净化；液化

中图分类号：TE64   文献标识码：A

1、引言

经过对天然气的脱酸和脱水技术进行了深入的探讨，并选择甲基二乙醇胺（MDEA）作为吸附塔的吸附材料。经过这种净化方法的处理，原始的天然气获得了令人满意的净化效果。通过对脱酸、脱水等预处理工艺技术的综合考虑，选择最佳的液化工艺，从而实现生产装置高效运行。本文分析的液化天然气净化技术和液化工艺，已成功应用于相关液化天然气生产企业，并实现安全、稳定运行。

2、概述

液化天然气生产技术是一种将常规天然气预处理、液化、储存的方法，通常是将净化以后的气态天然气在常压下进行深冷处理，直到-162℃，使其变为液态。1m³LNG气化后可得到625m³天然气，这大大减少了储存体积，方便了管道装置的储存和运输工作。由于天然气中含有大量的硫，氮和氧元素，容易造成爆炸事故的发生。因此，必须在天然气液化之前，对原料天然气进行净化处理，这样才能确保液化天然气的后续品质。通常，原料气的净化包括去除固体杂质、酸性气体、脱水、重烃和脱汞等，确保满足标准要求。现阶段，我国在液化天然气领域的研究启动相对较晚，许多关键的预处理和液化技术尚未完全成熟，这就需要我们投入更多的财力和人力资源来进行更为深入的研究工作。

3、液化天然气装置净化技术分析

3.1、液化天然气的净化标准

在净化原料天然气的过程中，必须严格遵循液化天然气的净化准则。在净化技术流程中，通常有以下几个核心的技术准则；首先，我们应该清除原料天然气中的固态杂质；其次，必须从原料天然气中去除酸性成分和水分；第三是，硫化氢和二氧化碳的浓度应当保持在可接受的界限之内，同时，重烃的浓度也不应过高。原料天然气应在被引入装置前进行过滤，通过过滤器过滤气体中99.9%粒径为1um的固体、液体杂质，经过这一系列处理步骤后，天然气可以被输送到压缩机，并在35℃的冷却环境中冷却，之后便可进行天然气的净化预处理工序。

3.2、液化天然气净化工艺中的脱除酸性气体

原料天然气中含有多种酸性气体，例如硫化氢、二氧化碳和有机硫化物等。在将含有这些酸性气体的原料天然气送入天然气液化单元之前，有必要对这些原料天然气进行净化处理。鉴于管道系统主要由金属构成，含有酸性气体的原料气可能会对管道系统内的设备造成腐蚀。如果这种腐蚀情况特别严重，可能会导致天然气、吸收溶剂等输送介质泄漏，造成安全运行风险及环境污染。同时，酸性气体含量超标会引起天然气液化单元冰堵，造成低温冷换设备运行故障等装置停车风险。

从原料天然气酸性气体去除技术来看，就以二氧化碳去除为例，实际工业生产可采用的有物理吸附法与化学吸收法，两种二氧化碳脱除方法均已应用于天然气实际净化工艺技术。其中化学吸吸收使用较多且使用MDEA为化学吸收法吸收剂。原料气加热后，原料天然气可进入吸附塔底部，此时与来自吸收塔顶部的贫吸收剂MDEA逆流接触后互相搅拌，天然气脱除CO2含量小于50ppm，由吸收塔顶部排出，同时吸收饱和二氧化碳的富吸收液塔底部排出。溶液再次进入富胺闪蒸罐，经加热至113℃后进入胺再生塔中，边冷却至65℃后即可，这时，反应分离出的气体将由再生塔管道输送、放空。剩余胺液将进行再一次降温操作后，待降温至40℃时进入贫胺缓冲罐中。简单地说，在此过程处理之后，溶液被引入吸收塔中，此时便可直接投入到下一步骤处理中。

3.3、液化天然气净化工艺中的脱水技术分析

原料天然气净化工艺中脱水是一个很重要的净化工艺，这一工艺流程主要由吸附和再生两部分组成。一般脱水吸附床层设置为两塔运行模式，一塔吸附的同时，一塔处于再生阶段。酸性气体脱除合格的原料天然气经管道输送至脱水分子筛吸附床层，通过3A或者4A不同孔径的分子筛进行吸附，将水含量脱除至小于1ppm。吸附饱和的分子筛床层首先通过热再生气加热至200-230℃，对吸附饱和水分的分子筛进行加热脱水，按照顺控逻辑设置进行冷再生，将分子筛冷却至35℃，以备下一个吸附循环。

4、液化天然气装置液化工艺关键技术

4.1、级联式液化流程

首先用于天然气液化工艺的工序是级联式液化工艺，基本负荷型天然气液化装置始于20世纪60年代。最典型的的级联式制冷循环一般都有三个单独的制冷系统串联，其中包括甲烷、丙烷和乙烯三种制冷剂，每一个制冷系统都有单独的配套压缩机组。由3个独立制冷循环系统冷却器逐级制冷，冷凝液化过冷后降压得到低温常压液态天然气产品。级联式制冷液化工艺技术已比较成熟，存在运行平稳，能源消耗少，系统间互相影响较小，所用制冷剂均为纯物质未配置等技术难题。但该流程也存在很多不足，特别是所需机组设备较多，液化流程比较复杂，初期设备投资较大，需配备专用存储制冷设备，系统管道控制比较复杂，机组维护成本高等弊端。

4.2、混合制冷流程

混合制冷工艺是从级联式液化流程演变而来的，通常以C1~C5碳氢化合物和氮气5种以上混合制冷剂作为制冷介质，取代3个独立的制冷系统，采用级联式液化流程。制冷剂成分由原料气组合成分及压力决定，通过制冷剂逐级压缩，冷凝，分离，节流及蒸发等过程，从而得到不同温度的冷量，实现原料天然气的冷却液化。混合制冷剂的操作流程相对简洁，所需的机组设备也不多，这导致初期投资的减少，与最初的级联式液化流程相比，成本降低了15%~20%。然而，混合制冷技术的一个明显缺陷是能耗偏高，与级联式液化技术相比，能耗高出大约10%~20%。此外，混合制冷剂的配置也相对复杂，这使得流程数据的计算变得更为困难。

4.2、复迭式制冷流程

复迭式制冷液化工艺是把提纯天然气直接送入冷箱中，经分别与丙烷及氮气反应，经节流降压，而使温度降至-162°C，所得天然气为液态，此法在我国应用较多，技术也比较成熟。

在分析某天然气工厂原料气的基础上，选择阶式制冷与复叠式制冷两种液化工艺。阶式制冷液化工艺国外已广泛应用于天然气液化，该工艺投资较大、所需设备较多、占地面积较大，国内该领域应用需大量引进。

阶式制冷和复迭式制冷的液化效率都达到了97.3%，但阶式制冷在液化方面的功率明显低于复叠式制冷液化技术。在其他几个项目中，资金的注入明显超过了预期，而对于投资的回报，所需的时间也相对较长，而税前的内部回报率仅为3.24%。国内复叠式制冷液化工艺以其技术工艺较为成熟、前期资金投入和设备需求量小、操作方法简便等众多优点，对于复叠式制冷机液化过程的选择仍具有一定的优越性。

5、结束语

液化天然气技术是一种将天然气以液态形式储存的方法，在正常压力下对气态天然气进行-162℃的深冷处理。这就会使天然气由气态转变为液态，并减小所存储天然气的容量，更有利于存储和管道运输作业。在天然气液化之前要对采出原料气展开净化处理作业，这可以让天然气品质得到改善，满足日常使用规范。

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