焦炉煤气液化预处理装置试车及改进

郝全忠，蒋 莉，彭名生

(四川哈深冷天然气工程有限公司，成都610045)

七台河三聚隆鹏焦炉煤气制液化天然气(LNG)项目是由三聚创洁科技发展有限公司与七台河隆鹏煤炭发展有限公司共同出资建设的。它是对隆鹏煤炭发展有限公司原有的焦炉煤气制甲醇装置进行改造，并利用富余焦炉煤气生产液化甲烷(LNG)，以达到合理利用焦炉煤气的目的。

1 焦炉煤气及设计指标

1.1 原料的组份和条件

进入预处理系统的原料组成、工艺指标见表1。

表1 原料组成和工艺指标Tab.1 Raw material composition and process indicators

其他杂质中，汞的质量浓度为10 μg/m3，苯、萘和焦油的质量浓度含量分别为3 g/m3、50 mg/m3、100 mg/m3。

1.2 预处理后的焦炉煤气

焦炉煤气经过预处理系统后，要求达到的设计指标见表2。

表2 预处理后的焦炉煤气设计指标Tab.2 COG design specifications after pretreatment

1.3 设计工况下的生产规模

原料气处理量，为40 000 m3/h;LNG产量(出冷箱产量)，为8 960 m3/h;年开工时间，为8 000 h;操作弹性50% ～105%。

2 预处理工艺流程

焦炉煤气成分比较复杂，其中的CO2、重烃以及所含的饱和水在低温环境下会冻堵板翅式换热器，而汞会腐蚀铝质的换热器及管路。

为了保证后续的液化工序能正常进行，并得到合格的液化天然气，必须对焦炉煤气进行净化处理，以脱除其中的CO2、H2O、重烃、汞等有害物质。根据需要脱出的物质情况，预处理分为:脱碳(二氧化碳)工序，脱汞工序，脱水、脱重烃工序。

2.1 脱碳工序

脱碳工序以活性MDEA为吸收剂，采用一段吸收、一段再生流程脱除焦炉煤气中酸性气体(二氧化碳)。含有 CO2的焦炉煤气(1.8～2.0MPa，20℃)从吸收塔下部进入，自下而上通过吸收塔。再生后的胺溶液(贫液，2.1～2.3 MPa，50℃，140 m3/h)从CO2吸收塔上部进入，自上而下通过吸收塔。逆向流动的胺溶液和焦炉煤气在吸收塔内充分接触，气体中的CO2被吸收进入液相;未被吸收的组份从吸收塔顶部引出，进入吸收塔顶冷却器，温度将降至～40℃，然后进吸收塔顶气液分离器，最后出气液分离器的气体送脱汞塔，冷凝液去富胺闪蒸罐。吸收CO2的胺溶液(称富液，～60℃)，经减压阀、闪蒸罐后与再生塔底部流出的胺溶液(贫液，114～120℃)在贫富液换热器换热(升温至90～99℃)，然后去CO2再生塔上部。在再生塔进行汽提再生，直至贫液的贫液度达到指标。

出再生塔的贫液，经过贫富液换热器、贫液缓冲罐、升压泵、贫液冷却器后，贫液被冷却到40～50℃，再经贫液泵进入吸收塔上部。

再生塔顶部出口气体，经二氧化碳冷却器，进入二氧化碳气液分离器。出气液分离器的气体就地放空或去预压缩单元，冷凝液回流至再生塔。

再沸器的热源由低压饱和蒸汽(0.5MPa，170℃)提供。经过脱碳处理的焦炉煤气中CO2实际含量小于10 mL/m3。

脱碳工序的流程见图1所示。

图1 脱碳工序流程示意图Fig.1 Flow diagram of decarbonization process

2.2 脱汞工序

来自脱碳单元的焦炉煤气(1.8～2.0 MPa，20℃)，首先进入脱汞塔进行脱汞。脱汞前，焦炉煤气汞含量为10 μg/m3，净化后含量小于0.01 μg/m3。脱汞后，先经过高精度过滤器，去除从塔内带出的粉尘等杂物，然后进入溴化锂预冷系统冷却，温度降至7℃，最后进入脱水、脱重烃工序的吸附塔A/B/C。

2.3 脱水脱重烃工序

脱汞后的焦炉煤气(1.8～2.0 MPa，7℃)进入吸附塔A/B/C，脱除焦炉煤气中含有的水分、苯(及其他重烃)、萘、焦油等。焦炉煤气从吸附塔顶部进入，通过分子筛及活性炭复合床层吸附脱除水分及重组分，然后从吸附塔底部出来。吸附后，在φ(H2O)≤1 mL/m3、w(重烃)≤70 mg/kg后，进入焦炉煤气液化单元。

吸附单元采用3塔等压再生方案。在给定的吸附周期内，一台处于吸附状态，用来脱除焦炉煤气中的水分及重组分;第二台处于加热状态，用来脱除吸附在床层中的水分及重组分;第三台处于冷却状态。再生气来自冷箱的高压富氢气(1.7～1.9 MPa，7℃)。再生气首先进入加热结束的塔进行冷吹，之后进入再生气加热器加热(蒸汽加热)到220～240℃。热的、干燥的气体从下而上通过再生状态(加热)的吸附塔，解吸分子筛中的水和重组分。从再生状态(加热)的吸附塔出来的再生气，进入再生气冷却器连续冷却，冷却后的常温气体供用户使用。

再生气加热器热源，采用蒸汽加热器(过热蒸汽，1.2 MPa，270℃)。每台吸附塔的完整循环周期为24 h:吸附状态8 h，加热状态8 h，冷却状态8 h。焦炉煤气出吸附塔后，设置高精度过滤器，去除从塔内带出的粉尘等杂物。

脱水、脱重烃工序流程图见图2。

图2 脱水、脱重烃工序流程图Fig.2 Process flow of dehydration and dehydrocarbonization

3 存在问题及解决方案

该项目开车以来，总体运行平稳，各项指标均达到设计要求，保证了液化单元的正常工作和液化天然气的产出。但也存在一些安装和运行的问题。

1)开车初期，脱碳单元二氧化碳冷凝器换热效果很差，出口温度达到90℃以上，再生塔塔顶压力达到90kPa，甚至更高，致使安全阀起跳。

经过分析发现:①开车初期，由于焦炉煤气流量一直不稳定，造成再生塔出口酸气以水蒸气为主。大量的水蒸气在二氧化碳冷凝器管路中发生相变，凝结成水且不能及时排出，导致冷凝器负荷不足。②现场安装未按图纸施工。再生塔出口主管路中心低于二氧化碳冷凝器进口中心约3 m，未形成有效的步步低的关系，且进口支管未采取保温措施，导致进口管路中积水，形成液柱。

针对这种情况，采取了调节再沸器进口蒸汽量，降低塔底温度，减少水蒸气的蒸发。同时，采取多次迅速降低二氧化碳冷凝器压力(至30kPa)，使塔顶和冷凝器压差突然变大;将进口支管中的积水逐渐带出，慢慢使塔顶恢复到合适的压力。

但管路安装已经完毕，且不易更改，不能彻底解决问题。通过将二氧化碳冷凝器进口支管保温、稳定焦炉煤气流量以使酸气中含有一定量CO2的办法，可避免问题的出现。

2)脱碳单元中直径较小且含水的管路经常冻堵。现场查看发现，因未按图纸要求对含水的管路进行伴热施工，致使环境温度降低后，管路内部结冰形成冻堵。后对DN80及以下管路返工，加电伴热并严格保温。

3)原设计有缺陷。原设计未考虑上下水管的伴热，也未考虑下部水箱的加热，导致低温环境时，上下水管冻堵。脱碳单元的二氧化碳冷凝器采用以空气和水为介质的复合式空冷器，空冷器只配置了一台循环水泵。为防止空冷器在低温环境中冻堵，系统停车时，水泵不能停机，一直处于开启状态，造成使用不便，且只配置了一台水泵，一旦出现故障，将导致整个系统不能稳定工作。后建议备用一台水泵或再外置一台循环泵。

4)吸收塔到闪蒸罐管路上的调节阀出现关不严。抽出阀芯后发现，密封面上卡了一根铁丝，致使阀芯无法回座。

5)脱水、脱重烃单元的个别快速切断阀出现不能动作。现场处理发现，气缸在低温环境下，密封材料收缩导致气缸漏气。重新加工密封材料进行更换，即可解决了问题。