撬装LNG脱酸单元工艺改善

孙勇 贺勇

摘 要：研究撬装LNG液化站脱酸单元的工艺流程以及工艺现状，结合现场及参数的变化来确认现有工艺的缺陷，通过实践改造来实现工艺的革新及创利创效。

关键词：撬装;LNG;MDEA;脱酸单元;工艺的缺陷;工艺改造

随着国家能源结构调整和清洁能源国家计划的推进，撬装LNG液化站近几年在国内成爆炸式发展，以北京中科睿凌为代表的撬装LNG设备在市场广泛应用，为此我们对该撬装设备组成的LNG液化站为研究对象。

中科睿凌撬装LNG采用的是混合冷剂制冷液化工艺，原料气为井口气，工艺单元有：调压系统、脱酸系统、脱水系统、制冷液化系统，主要产品为LNG、LPG。脱酸单元是天然气预处理中非常重要的工艺环节，其主要功能是利用MDEA溶液将天然气中的二氧化碳脱除，使其指标达到行业标准以便能进入后面的生产环节。

1 项目研究的必要性

LNG撬装站井口气化验二氧化碳成分比为4%，无硫化氢等硫化物，所以脱酸系统采用的是醇胺法脱硫脱碳工艺，醇胺溶剂使用的为配方MDEA溶液，可以从原料气中深度脱除二氧化碳以符合深冷分离工艺的需求。其主要流程为：原料天然气先经分离器除去烃类和杂质后从吸收塔下部进入，自下而上通过吸收塔;再生后的MDEA贫液从吸收塔上部进入，自上而下通过吸收塔，逆向流动的復合胺液和天然气在吸收塔内充分接触，气体中的CO2被吸收而进入液相，脱酸后的组份从吸收塔顶部引出，被吸收塔进液冷却至40℃以下，随后进入净化气分离器。分离的气体送往下游工序，冷凝液回收重新进入循环。

吸收了酸气的复合胺液称为富液，降压后进入富液罐，闪蒸气排出，然后与再生塔底部流出的高温贫液换热后，升温到70℃后进入再生塔上部，在再生塔内进行汽提再生，直至达到贫液的控制指标。出再生塔的贫液经过贫富液换热器和贫液空冷器，被冷却到40～50℃，之后经贫液泵，后从吸收塔上部进入，完成循环。

再生塔顶部的气体进入塔顶冷凝器后，分离的气体送往界区外，冷凝液由塔上部回到再生塔。

然而在实际生产中，再生塔顶分离出来的酸性气体往往会夹带着大量液体从塔顶冷凝器放空出去。如果是手动缓慢开启塔顶放空阀气带液现象较轻，若塔顶放空阀为反应较为灵敏的气动阀程控再生塔压力则夹带现象尤为明显，现场呈喷液状态。经检测喷出的液体不仅仅是蒸馏水还含有部分的醇胺溶液，其中大部分是从塔上部进入塔内的富液还未流下却随放空气夹带而出，这就致使脱酸系统水分和溶剂损耗加剧，平均一周要补充配方MDEA溶液100L，蒸馏水400L，远高于醇胺正常损耗值50kg/106m3。且MDEA溶液喷洒到设备和地面后，容易对设备表面造成腐蚀，并污染地面环境。因而如何才能在保证正常脱酸系统运行的情况下减少因酸气放空带走大量的胺液造成的损耗就成为了亟待解决的问题。

2 研究主要内容

我们随机抽取某二日数据作为研究。通过数据，我们可以得知再生塔的底温最高115.6℃，最低105℃;再生塔顶温最高29.3℃，最低0℃;再生塔顶压力最高87.7kPa，最低41.9kPa。由于放空的条件是再生塔的塔压升到设定值（75kPa左右）从而放空阀程控开启，所以我们需要研究不同的塔温对塔压有何影响，影响程度有多大，能否只通过调整塔温来解决塔顶喷液的。

2.1 再生塔温度对放空的影响

再生塔的作用是利用重沸器提供的热能和水蒸气使配方MDEA溶液和酸性气体生成的化合物逆向分解，从而将酸性组分解吸出来。其中水蒸气对溶液还有汽提作用，即降低了气相中酸性组分的分压，使更多的酸性组分从溶液中解吸。本站的重沸器采用的是YQW-350Q有机热载体炉，热负荷350kW完全满足本站的脱酸热需求。

经过多次试验，我们首先提高导热油温度，使再生塔底温升高（不超过127℃），则再生塔顶温和塔压也会随之升高。通过启停塔顶冷凝器的冷水泵来调节塔顶温度，观察塔压并不随着塔顶温的升降而有线性变化，也就是说在塔底温一定时，塔压并不随着塔顶温的变化而变化，其呈现无规律的状态，但总体是不断上升的趋势;当我们开启塔顶放空阀时，随着气体夹带液体的排出，塔底温度和塔压会开始持续下降（塔底温下降不是很明显），塔顶温度开始变化不大却会在塔压很低时开始持续上升。这主要是因为微正压的再生塔在放空时高温的水蒸气和酸气高速从塔顶排出，带走大量的热量使塔底温度下降，塔压也随之下降;同时大量的热蒸汽集中于塔顶且大部分水蒸气冷凝放热使塔顶升温。由于再生塔温度高，塔压起压快，塔顶需不停开启放空阀排出酸气，喷液次数及喷液量都会增多，所以我们再试着调低导热油的温度，使再生塔底温下降至微高于水沸点，这时塔顶温度也随之下降，而塔压也上升的很缓慢，塔顶放空阀开启频率和开度也随之下降，相应的喷液次数也就随之减少。虽然降低塔温看似很大程度上解决了塔顶喷液的问题，但随着塔温的下降也出现了两个问题。一是水蒸气产生量减少，塔顶回流比也减小，塔顶二氧化碳的放空量也减少，当原料气组分发生改变二氧化碳含量升高时，脱酸效果大大降低，二氧化碳分析仪检测其溶度会超过100ppm，增大了冷箱里NG管道二氧化碳冻堵的几率;二是再生塔整体温度降低，塔顶水蒸气冷凝热减少，放空频率降低，这都致使再生塔顶温度下降的非常低，甚至低至0℃。由于杭锦旗站地处内蒙古鄂尔多斯市，冬季最低平均气温可达-32℃，所以再生塔温度低极易造成塔顶放空管线冻堵，甚至再生塔憋压，安全阀起跳。所以改变再生塔整体温度只能对放空频率和喷液程度起到一定的遏制作用，但无法根本解决问题。

2.2 二次分离器对胺液发泡的影响

胺液起泡主要是醇胺降解产物、溶液中悬浮的固体颗粒、原料气中携带的游离液（烃或水）、化学剂和润滑油等混入胺液造成的，由于MDEA是叔胺基本不存在化学降解问题，所以造成其起泡的主要原因是原料气中的游离液。

冬季生产中由于原料气中存在游离水以及各种烃类，为避免原料气管道发生冻堵（特别是节流阀处）所以需要提高水套炉温度使NG升温，这就不可避免的会使一部分烃类未在高、低压分离器中分离而随原料气进去脱酸系统的吸收塔。在未加设分离器前只能采用降低再生塔温度的方法来减少喷液，这样即使贫液冷却风机全部停止工作贫液温度也非常低，最低时只有33℃左右。因为为避免天然气中的烃类在吸收塔内冷凝而引起胺液的起泡，贫液温度要较吸收塔内气体烃露点高5-6℃。当原料气脱除酸性成分后，其中的气体烃的露点还会进一步升高，所以过低的贫液温度会更有利于气体烃在胺液中冷凝，从而引起胺液起泡，致使脱酸效果变差。加装二次分离器后，再生塔温度可以提高至正常需求，贫液温度也能达到正常的程控设定值（40℃左右），这样就极大的减少了烃类在胺液中的冷凝量，减少了胺液发泡的几率。同时塔顶大量的高温冷凝水和胺液从二次分离器斜管进去富液槽内，提升了富液槽内的整体温度。我们知道闪蒸罐（本站称为富液槽）的主体作用是闪蒸出胺液中溶解的烃类，压力越低、温度越高，闪蒸效果越好，提高了富液槽的温度也就从胺液中解吸出了更多的烃，使胺液发泡几率进一步降低。

2.3 主要技术指标

①研究出当地冬季再生塔在不同的导热油温度下塔底、塔顶以及塔压的变化，通过改变导热油的温度来减少塔顶放空，减少塔顶的喷液量;②改进了再生塔顶的放空系统，加装二次分离器，降低了蒸馏水以及MDEA溶液的损耗量，同时提高了闪蒸罐的闪蒸效果;③提出了符合当地地域气候特性的再生塔操作参数调节范围，为低温地区操作再生塔提供了指导。

3 结论

撬装LNG脱酸单元放空工艺改造，带来的优点：①当再生塔顶冷凝器采用直体竖直连接在再生塔顶时，放空就会夹杂大量液体同时排出，这时就应改变放空工艺，加设分离器，减少胺液及蒸馏水的损耗，同时增大了闪蒸效果;②加装二次分离器前MDEA溶液消耗量大，加装后每月节省配方MDEA溶液400L，约3万元;节省蒸馏水1600L，约1元;③减少了因再生塔放空冻堵、冷箱二氧化碳冻堵、管线腐蚀等，避免因胺液喷溅造成的设备外表、保温层的腐蚀以及胺液对环境的污染;④通过不断的对脱酸系统的摸索总结经验从而为撬装LNG场站的平稳运行提供可靠的理论依据。在冬季生产时，通过工艺的改造和工艺参数的合理调配解决了生产上的实际问题。