液化天然气装置净化与液化工艺关键技术研究

刘 英 波

（华陆工程科技有限责任公司, 陕西 西安 710065）

液化天然气装置净化与液化工艺关键技术研究

刘 英 波

（华陆工程科技有限责任公司, 陕西 西安 710065）

LNG技术是一种将天然气以液态的形式储存技术，便于管道装置的储存以及运输工作。以某地区液化天然气工程为例，首先是对原料气组分进行分析，根据原料气成分与各项成分含量标准要求进行选择合适的脱除工艺，选取MDEA剂脱除酸性气体和分子筛脱水等净化工艺。在液化工艺方面，主要分析了阶式制冷液化工艺与复迭式制冷液化工艺，从能耗、投资、回收期、税前内部收益率、设备数量、处理复杂程度、操作方面以及技术成熟度方面对比，优选出复叠式制冷液化工艺，该液化工艺在达到理想液化率97.3%的情况下，综合指标优于阶式制冷液化工艺，而且目前该技术使用比较成熟，设备数量少，占地面积小，是一种操作简单、处理高效的液化工艺，建议采用MDEA剂脱除酸性气体+分子筛脱水+复迭式制冷液化工艺。

装置；净化工艺；液化工艺；投资；回收期

LNG技术是一种将天然气以液态的形式储存技术，一般是将气态天然气在常压下，进行深冷处理技术至-162 ℃，使之变为液态，625×103m的天然气液化后，体积仅为1×103m3，大大节约储存天然气的体积，便于管道装置的储存以及运输工作[1]。将天然气液化前，首先要对天然气原料气进行净化处理，才能保证后续液化天然气品质，对原料气的净化一般是指脱除酸性气体，脱除固体杂质，脱重烃与脱水等，通过反复循环处理，使各项含量达到标准要求。目前，我国在液化天然气方面的研究起步较晚，在预处理与液化环节很多关键技术不够成熟，需要投入更多的资金与人力来开展深层次的研究，因此，下面首先就液化天然气装置净化工艺方案进行探讨与选择，随后对不同液化工艺方案进行对比分析，从投入、回收率以及技术成熟度方面对比选出最佳的液化工艺方案。

1 天然气净化处理

1.1 天然气净化标准

天然气净化工艺标准有如下几点[2]：①脱除固体杂质；②脱除酸性气体（H2S、CO2）、重烃和水；③保证天然气液化时，H2S含量小于 5×10-6，CO2含量小于 5×10-5，重烃含量小于 7×10-5，水含量小于1×10-7。

原料气经过转运进入装置，经过分液罐，脱去含带的液体，再经过进一步的过滤，将固体和液体粒径＞5 µm的杂质脱去，脱杂质后的天然气进入增压机，压缩至5.5 MPa后，在35 ℃下冷却，随后进行净化部分进行净化[3]，表 1为某液化天然气工厂原料气。

表1 原料气组分统计表Table 1 Statistics of the feed gas composition

1.2 净化工艺方案优选

原料气中所含有的酸性气体包括H2S、CO2以及有机硫化合物，原料气加入管道运输前，需要净化处理，这些酸性杂志气体会造成金属管道设备的腐蚀，还会导致催化剂中毒，以及污染周围环境，因此，原料气在使用前，务必按照酸性气体脱除标准来进行预处理[4]。

CO2脱除最常用的方法用化学吸附法和物理吸附法。一般采取的化学吸附法，主要以甲基二乙醇胺（MDEA）作为吸附剂。加热后的原料气进入吸附塔塔底，含带的CO2与MDEA吸附剂逆流混合接触，天然气从塔顶出来，含有CO2的MDEA溶液从塔底排出，随后对溶液进入富胺闪蒸罐，加热（113 ℃）处理后，再次进入胺再生塔，冷却至 65 ℃后，分离出的气体从塔顶进入放空系统，剩余的胺液再次冷却至 40 ℃后，进入贫胺缓冲罐，处理后再次将溶液导入吸收塔，开始下一轮循环处理，直至达到标准排放含量为准[5]。

脱水工艺分为两个部分，脱水和再生。从塔顶出来的天然气经过分子筛吸附脱除，再由干燥器过滤加入液化处理单元；再生气经由干燥器顶部出来，冷却处理后，进入再生气分液罐，分液后的气体从灌顶出来进入管网，剩余液体从罐底排除，进行回收处理[6]。原料气净化工艺简图如图1所示。

图1 组合净化工艺流程图Fig.1 Combination purification process flow diagram

2 天然气液化工艺

经过对该天然气工厂原料气分析，选取阶式制冷和复叠式制冷液化工艺技术来处理该气源。各制冷处理工艺流程图如图2所示。

图2 阶式制冷工艺流程图Fig.2 Cascade refrigeration process flow diagram

阶式制冷液化工艺是国外液化天然气常用的技术，其投资大，对液化设备数量要求多，占地面积也随之较大，相关方面技术以及设备需要从国外进口，投资较大[7]。

复迭式制冷液化工艺将净化后的天然气直接输入冷箱，与丙烷和氮气分别接触后，通过节流降压（0.35 MPa），制冷至-162 ℃，获得液体天然气（LNG），该工艺技术在国内用的较多，技术成熟，操作娴熟(图3)。

图3 复迭式制冷工艺流程图Fig.3 Refrigeration process flow diagram

下面对这两种制冷液化工艺技术处理效果、液化率、能耗、收益率进行了全面的对比与分析，选出最佳的净化工艺方案。天然气液化工艺技术经济参数对比如表2所示。

表2 天然气液化工艺技术经济参数对比Table 2 Technical and economic parameters of natural gas liquefaction technology

从表2可知，阶式制冷液化工艺液化率与复迭式制冷液化工艺理想液化率为 97.3%，阶式制冷液化工艺除功率比复叠式制冷液化工艺要低外，总投资资金比复叠式制冷高出约3 000×104元，投资回收期也晚了将近1 a，税前内部收益率低3.24%，而且复叠式制冷液化工艺是目前 LNG净化工厂使用较成熟的工艺，该工艺设备装备数量少，净化处理流程短，操作也相对简单，因此，选取复叠式制冷液化工艺[8]。

3 结 论

在对该气源组分分析的基础上，结合天然气脱除酸性气体以及脱水理论，选取MDEA剂脱除酸性气体以及分子筛脱水等净化工艺技术，处理过后的天然气达到了净化工艺标准。对达标后的天然气进行液化处理，选取了阶式制冷液化工艺与复迭式制冷液化工艺分别进行处理，主要从能耗、投资、回收期、税前内部收益率进行对比，再结合国内应用现有的技术现状以及装置设备使用情况，优选出复迭式制冷液化工艺，该液化工艺在达到理想液化率97.3%的情况下，综合指标优于阶式制冷液化工艺，而且目前该技术使用比较成熟，设备要求数量少，是一种非常有效的液化工艺技术，该套工艺技术的成功应用可为相似原料气组分的净化与液化工程提供技术支持。

［1］ 张远德, 汪鸿鹏, 郭天林. 天然气集输脱水脱硫工艺研究及发展方向[J]. 油气田地面工程, 2011, 30(11): 59-60.

［2］ 顾安忠. 液化天然气技术[M]. 北京: 机械工业出版社, 2003.

［3］ 郭揆常. 液化天然气(LNG)应用与安全[M]. 北京: 中国石化出版社, 2010.

［4］ 魏荆辉, 张恒伟, 叶正勇, 等. 高含硫天然气净化装置用能优化[J]. 油气田地面工程, 2014, 33(6): 98-99.

［5］ 孙洪亮, 马蕊, 杨家智, 等. 塔里木气区天然气净化工艺[J]. 油气田地面工程, 2008, 27(9): 37-38.

［6］罗小武. 天然气净化工艺技术研究与应用[J]. 天然气与石油, 2006, 24(2): 30-31．

［7］ 郑大振. LNG工厂的天然气净化工艺及其新发展[J]. 天然气工业, 1994, 14 (4): 68-72.

［8］ 顾安忠, 鲁雪生, 汪荣顺, 等. 液化天然气技术[M]. 北京: 机械工业出版社, 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

国家973项目，项目号：2009CB219604。

2016-09-18

刘英波（1977-），男，陕西西安人，工程师，2002年毕业于沈阳化工学院化学工程与工艺专业，研究方向：主要从事化工设计和工艺开发工作。E-m ail：LYB2325@chinahualueng.com。