液化天然气装置净化与液化工艺关键技术研究

崔高杨

摘要：LNG技术就是将天然气用液态形式进行储存和运输。以LNG工厂实际生产为例，先对入厂原料气组分进行分析，并结合原料气成分和各项成分含量标准要求，选取最佳的脱除工艺，应用MDEA脱CO2、分子筛脱水脱苯、专用吸附剂脱汞、低温脱重烃等工艺技术将天然气中所含杂质脱除至设计指标。避免CO2、水、汞、苯、重烃等杂质对工艺运行及设备产生不利影响，液化单元采用MRC混合制冷工艺技术将天然气在冷箱中液化并送至LNG储罐储存外运，因此本文就对液化天然气装置净化与液化工艺关键技术进行深入的分析和探究。

关键词：液化天然气;净化工艺;关键技术

本公司LNG生产过程就是将天然气在中压状态（5Mpa）下，用深冷处理技术处理到-162℃，随后通过节流至常压（0.1Mpa）液态进入LNG储罐储存，其体积约为同量气态天然气体积的1/600，重量仅为同体积水的45%左右，更加方便装置的存储和運输工作。那么在天然气液化之前，需要先对天然气原料气进行相应的净化处理，这样才能够更好的保障后续液化天然气的质量。对天然气原料气的净化，通常就是指脱原料气中的固体杂质，脱除酸性气体，脱水和部分烃类等，通过反复循环处理，保障当中的各项含量指标能够达到相应的标准要求。

一、天然气的净化处理

（一）天然气质量要求

随着目前社会经济的快速发展，天然气被称为一种绿色能源，中国正成为全球天然气市场最活跃的国家，近年对于天然气也设定了严格的技术标准，需要综合考量经济、环境和安全等各方面的因素。首先对于天然气最小热值也有着明确的要求，也就是要在一定的单位质量下天然气发热量的最小参考值，这不仅是控制天然气二氧化碳等排放物含量参考指标，还直接影响到生活中对于天然气加热 设备的规格选择[1]。另外对于含硫量也有着较高的要求，通常天然气中硫化氢含量要保证在限定范围内，一般都在6～24mg/m3，这就是为了尽量减小天然气的腐蚀性，以降低其对人的健康安全损害。径露点表示在正常的压力下，天然气在释放出第一滴液烃时的温度，而这主要和天然气的成分以及压力有关联。

（二）液化天然气的预处理指标

天然气液化过程中要采取净化的预处理措施，并且必须要脱除原料气当中所含有的硫化氢、二氧化碳和水等杂质，确保在其实际运输过程中，不会对管道设备造成较大的腐蚀[2]。通常在天然气液化处理过程中，经常会受到工厂类型、原料气成分和其来源不同的影响，需要采取不同的工艺方法，净化的方式也有所差异。那么本文以基本负荷型液化天然气工厂原料气预处理为例，对于预处理的指标要求，溶解度限制二氧化碳为（50～100）×10 -6，无限制生产下的累计允许值水小于0.1×10-6，标准状态下硫化物总量（10～50）mg/m3，产品规格硫化氢为 4×10 -6等。

二、天然气净化工艺方案优选

（一）化学吸附法

天然气原料气中包含的酸性气体包含CO2、H2S和有机硫化合物等，原料气在加入管道运输之前，要进行相应的净化处理，因为这些酸性气体对管道设备产生腐蚀，导致催化剂中毒，甚至引发环境污染问题。对于CO2的脱除方式，有化学吸附法和物理吸附法这两种，化学吸附法就是以MDEA作为吸附剂，就是当原料气加热之后进入吸附塔塔底，含带的CO2与MDEA吸附剂逆流进行混合接触[3]。当天然气从塔顶出来之后，含有CO2的MDEA溶液直接从塔底排出，之后对溶液进行进入富胺闪蒸罐，加热处理之后，再进入胺再生塔进行冷却处理，分离出的气体从塔顶进入放空系统，剩余的胺液进行再次冷却。并进入贫胺缓冲罐，经过 再次处理之后，将溶液导入吸收塔，开始下一轮的循环处理，直至达到标准排放含量。

（二）物理吸附法

物理吸附法的应用是需要建立在有机溶剂，能够吸收原料气中酸性物质的基础上的，因为溶剂当中的酸气负荷和酸性成分的分压是成正比的，所以在释放压力过程中，原料当中的酸性成分也会被释放。正是因为这些特性，一般物理吸附法主要应用在高压低温环境中，一般物理吸收法包含碳酸丙烯酯法、冷甲醇法和磷酸三丁酯法这三种[4]。这些加工方式的共同特点就是溶剂的酸气负荷都相对较高，比较适合处理原料当中酸气 分压较高的原料气，并且物理吸附法中的溶剂变质几率和腐蚀性会相对较小，其能够有效脱离各种有机硫化物。但相较而言，物理吸附法也有着众多的不足之处，就是其不太适用于重烃含量较大的天然气原料气当中，可以说，其净化的程度也远远不及化学吸附的效果好。

（三）脱水工艺

脱水工艺也是一个重要部分，其通常分为脱水和再生这两个阶段，从塔顶出来的天然气，在经过分子筛吸附脱除，再从干燥器过滤加入液化处理单元中，再生气会直接从干燥器的顶部出来。等到其冷却处理之后，进入再生气分液罐，分液之后的气体，会直接从罐顶出来并进入管网当中，则剩余的液体，会直接从罐底排出，进行之后的回收处理。

三、混合制冷流程

混合制冷工艺实际上是从级联式液化流程所发展而来的，其通常都采用 C1～C5的碳氢化合物和氮气等五种以上的混合制冷剂作为制冷介质，这有效弥补级联式液化流程中的不足[5]。在混合制冷流程中，制冷剂的组成就是根据原料气的组合成分和压力共同确定的，就是通过对制冷剂进行逐级的压缩、冷凝、分级和蒸发，直接获取不同温度的冷量，对天然气原料气进行相应的冷却和液化。相比较而言，混合制冷剂的使用流程相对简单，所需要的机组设备也不多，这就可以通过有效控制初期的资金投入，更好的控制加工成本，天然气本身能够直接提取混合制冷剂的成分，也能够有效补充部分制冷剂的成分。一般混合制冷工艺操作较为简单，整体功耗要优于阶梯式制冷工艺，但是混合制冷工艺也存在问题，就是混合制冷剂的配比难度相对较高，并且在混合制冷流程中对于相关数据计算的困难度相对较大。通过对天然气原料气气质及液化天然气装置规模大小的研究，还可以选择阶式制冷和氮气膨胀制冷液化工艺技术来进行处理。阶式制冷液化工艺一般在国外应用相对较多，其整体投资相对较大，对于液化设备的数量也要求较多，故其整体功耗较大，该技术主要应用于国外大型LNG装置，国内应用较少，目前相关技术和设备都需要从国外进口，整个投资相对较大[6]。氮气膨胀制冷工艺是净化后的天然气在冷箱中通过丙烷预冷，氮气深冷的方式将天然气液化，该技术涉及关键制冷设备氮气压缩机、氮气膨胀透平机，该技术在国内应用较为普遍。

结语：

总而言之，我国对于液化天然气方面的研究本身相对较晚，其对于很多关键技术方面的把握都不够成熟，这就需要在该方面投入较多的人力物力，只有这样，才能够更好的推进我国液化天然气装置净化和液化工艺技术的发展。

参考文献：

[1]刘劲松.基于社会网络分析的世界天然气贸易格局演化[J].经济地理，2016，36（12）：89-95.

[2]刘沁哲，陈启鑫，卢恩，陈钢.考虑液化天然气供应风险的气电联合系统运行分析[J].电网技术，2016，40（09）：2831-2837.

[3]林畅，白改玲，王红，李玉龙.大型天然气液化技术与装置建设现状与发展[J].化工进展，2014，33（11）：2916-2922.

[4]熊晓俊，林文胜，顾安忠.气体膨胀式天然气带压液化流程的设计与优化[J].天然气工业，2013，33（06）：97-101.

[5]赵文华，杨建民，胡志强，谢彬，喻西崇.大型浮式液化天然气开发系统关键技术现状及发展趋势[J].中国海上油气，2013，25（01）：82-86+90.

[6]邢云，刘淼儿.中国液化天然气产业现状及前景分析[J].天然气工业，2009，29（01）：120-123+147-148.