液化天然气装置净化与液化工艺关键技术研究

高宏宏(陕西延长石油天然气股份有限公司，陕西 延安 716000)

0 引言

通过LNG技术能够将天然气以液态的方式加以存储，以方便将天然气进行运输。一般将气态的天然气通过深冷处理技术到-162 ℃，在常压下就可以使得气态天然气变为液态，625 m3的气态天然气经过液化处理之后，可以变为1 m3体积的液态天然气，效果十分明显，这样可以大大降低天然气的体积，对于天然气后期在管道中的存储及运输都非常有利，经过多次对天然气的循环处理，就可以使液化天然气的各项指标符合要求。

1 液化天然气装置

1.1 液化天然气装置概述

一般在对天然气进行液化操作之前，首先需要将原料天然气加以净化，经过这个操作处理之后才可以保证天然气液化之后具有较高的品质。在对原料天然气进行净化的过程中，主要是针对原料气中的一些酸性气体加以去除，其中的杂质、烃等也要一起除去[1]。在液化天然气生产过程中，往往所涉及到的处理设备类型较多，如在原料天然气净化处理工艺流程中，涉及到的设备类型包括分液罐、增压机、管道系统以及吸附塔等，分别对原料天然气中的酸性气体和水分进行处理。

1.2 液化天然气装置的技术现状

我国液化天然气的消耗量较大，需要加强液化天然气的技术创新，以便为社会提供更为充足的液化天然气，满足工业生产和居民生活使用的需求。当前我国在液化天然气技术领域中还相对不够成熟，起步较晚，存在着较大的发展和进步的空间，需要投入更多的研发成本和研发人才，来进一步对液化天然气技术进行创新和研究。

2 液化天然气装置净化技术分析

2.1 液化天然气的净化标准

在对原料天然气进行净化时，需要把握好液化天然气的净化标准。一般在净化工艺技术体系中，存在以下几点主要的技术标准；一是应将原料天然气中存在的固体杂质加以去除；二是需要去除掉原料天然气中的酸性气体和水；三是硫化氢以及二氧化碳的含量应该在允许的范围内，同时重烃的含量也不能过高。这些都是液化天然气主要的技术标准。当原料天然气进入到装置之后，首先需要经过分液罐，将一些含带的液体加以脱除，之后再经过过滤操作，将原料天然气中的固体加以脱除，天然气经过该步骤的处理之后，就可以送入到增压机，并在35 ℃的环境条件下进行冷却，之后就可以对天然气进行净化操作。

2.2 液化天然气净化工艺中的脱除酸性气体

在原料天然气中，包括了多种类型的酸性气体，如：硫化氢、二氧化碳、有机硫化物等。含有这些酸性气体的原料天然气进入到管道系统开始运输前，需要对原料天然气进行净化。由于管道系统的材质大多数是金属，含有这些酸性气体的原料天然气会对管道系统中的设备造成一定的腐蚀，如果情况比较严重，还会出现催化剂中毒的情况[2]，并对周围环境产生较大的污染，故在原料天然气进入到金属管道系统之前，需要先对原料气进行预处理。

在脱除原料天然气中酸性气体的技术中，以脱除二氧化碳为例，在工业生产实际中可以采取的方法包括了物理吸附法和化学吸附法，这两种脱除二氧化碳的方法都在实际的天然气净化工艺技术中得到了应用。其中，以化学吸附法应用得更为广泛，并采用MDEA作为化学吸附法中的吸附剂。当对原料气进行加热之后，原料天然气就可以进入到吸附塔的塔底，这时含有二氧化碳和吸附剂MDEA就会发生逆流，之后相互混合，经过一段时间的接触反应之后，天然气就可以从吸附塔的塔顶上出来，而含有二氧化碳和吸附剂的反应溶液从吸附塔的塔底处流出。之后溶液再进入到富胺闪蒸罐当中，经过将溶液加热到113 ℃之后，并进入到胺再生塔，同时冷却到65 ℃之后，此时反应所分离出来的气体会从吸附塔的塔顶进入到放空系统当中。其余的胺液会经过再次的冷却操作之后，当冷却到40 ℃之后，就可以进入到贫胺缓冲罐。总之，经过这个流程的处理后将溶液导入到吸收塔当中，这时就可以直接进入下一个环节的处理。经过多次循环的处理之后，使天然气中的酸性气体能够达到标准。

2.3 液化天然气净化工艺中的脱水技术分析

在对原料天然气进行净化过程中，脱水工艺是重要的净化流程，在该工艺流程中，主要包括了两个部分，即脱水以及再生。一般从吸附塔的塔顶处出来的天然气，再对其经过分子筛吸附之后，然后采用干燥器进行过滤，加入到液化处理功能单元中。当以上原料天然气处理步骤都已完成之后，再生气会经过干燥器的顶部位置上出来，并当完成冷却处理之后，会进入到再生气分液罐当中。此时气体或从分液罐的顶部位置出来，而后再进入到管网系统之中，其他的液体就可以从分液罐的底部位置加以排出，这样就可以对底部流出来的液体进行再次回收利用。

3 天然气的液化工艺技术及发展趋势分析

在对原料天然气进行仔细分析研究之后，可以采取阶式制冷工艺和复叠式制冷工艺，对原料天然气进行液化处理。以下分析这两种液化天然气的处理技术和具体的流程。

3.1 液化天然气的阶式制冷工艺

液化天然气的阶式制冷工艺是目前在实际应用中十分广泛的天然气液化技术，在国外也得到了良好的发展。但这种天然气液化技术的投资相对较高，并且对液化天然气所需要采用到的设备数量较多，在进行液化天然气的工艺过程中，所需要的占地面积也比较大。在采用这种工艺技术进行天然气液化操作时，往往很多液化设备都要从国外进口，这就直接导致液化天然气的生产成本较高，其主要工艺流程如图1所示。

图1 液化天然气的阶式制冷工艺

在液化天然气的阶式制冷工艺当中，首先原料天然气经过入口进入到分离过滤环节中，在对原料天然气进行增压操作之后，就可以将原料天然气中的二氧化碳以及水分加以脱除。之后再经过丙烷压缩机，再进行丙烷预冷操作及乙烯压缩机进行制冷操作之后，再进行氮气和甲烷制冷之后，这样就可以将液化天然气进行存储或运输到所需要的地方。

3.2 液化天然气的复叠式制冷工艺

复叠式制冷工艺也是重要的制备液化天然气的方法之一。在该工艺技术体系中，将经过净化处理之后的天然气送入到冷箱，再与氮气和丙烷发生接触反应，然后再经过节流降压一系列操作，在温度达到零下162 ℃时，就可以快速制得所需要的液化天然气。这种类型的液化天然气生产工艺技术应用时间比较长，操作步骤比较灵活，技术相对比较成熟，在我国已经得到了比较广泛的应用，其工艺技术流程图如图2所示。

图2 液化天然气中的复叠式制冷工艺

在复叠式制冷技术流程当中，首先原料天然气经过分离、过滤、增压、脱二氧化碳等酸性气体、脱除水分，经过各个环节处理之后，再进入到冷箱之中，经过一系列处理之后就可以得到所需要的液化天然气，并可以存储或者装车运输。

3.3 液化天然气净化工艺经济对比及发展趋势分析

综上，上述所分析的两种液化天然气技术在实际生产中应用十分广泛，但在具体应用中，需要从多个不同的角度分析，全面对这两种液化天然气生产工艺技术进行对比，这样才能选取较为经济合理的工艺技术。主要需要对比的角度包括天然气的液化率、能源消耗、液化处理的实际效果以及收益率等，这些都是液化天然气工艺技术选择中的重要参考技术指标，具体对比如表1所示。

表1 液化天然气净化工艺的经济性对比

从表1中可以看出，复叠式以及阶式的液化天然气技术的液化率都相对较高，都能够达到97.2%，但在其他性能指标上也存在着一定的差异。相对而言，阶式的液化工艺技术所需要消耗的功率比较低，但是在液化天然气生产系统的总投资方面，比复叠式的工艺技术要更高，导致其投资回收期也更晚，收益率也更低。现今复叠式的液化天然气生产技术在很多工厂实际生产中都已经应用，是一种较为成熟的工艺技术。在这种工艺技术之中所运用的先进设备不多，并且在对原料天然气进行净化处理过程中，整体所涉及到的处理流程也不多。总体而言，净化和液化操作都相对简单灵活方便。因此，可以在液化天然气的生产实际中优先采用复叠式制冷工艺技术。

4 结语

本文对天然气的脱除酸性气体和脱水技术进行了详细分析，并采取MDEA作为吸附塔中的吸附剂，采用这种净化工艺处理之后，原料天然气取得了较好的净化效果。本文所分析的液化天然气净化技术和液化工艺，相关企业可以在实际的天然气生产中加以应用。