探析脱除酸性气体工艺在LNG项目中的影响因素

摘" " " 要： 作为液化天然气当中一个重要的环节，脱除天然气组分中的酸性气体是十分必要的。以某天然气液化项目为研究对象，从脱除酸性气体的目的、工艺流程和脱酸过程中的影响因素及调整方法等方面进行论述，为天然气液化项目中生产管理及现场操作人员提供借鉴和参考。

关" 键" 词：天然气；酸性；液化；工艺流程

中图分类号：TE644" " " " 文献标识码： A" " "文章编号： 1004-0935（2023）05-0694-04

脱除酸气技术方法有很多，主要分为物理吸收法、化学吸收法、直接转化法、物理和化学联合吸收法等[1]。本文所研究的天然气液化项目中主要采用化学吸收法，将弱碱性溶液作为吸收剂，与来自上游天然气（国家二类标准）中的酸性气体发生化学反应，形成化合物。当吸收了酸性气体的溶液温度升高、压力降低时，该化合物中的酸性气体即被分解释放出来[2]。脱除酸性气体工艺主要是为了净化天然气以满足液化工艺要求。

通过对各种技术方法进行比较总结，结合本项目的实际应用情况，选用活化剂N-甲基二乙醇胺（MDEA）作为吸收剂脱除项目中天然气的酸性气体，并以吸收法为基础，采用可再生胺液（以胺为原料按水、MDEA、活化剂比例50%∶15%∶35%混合而成的水溶液）对原料气中的酸性气体进行" 脱除。

天然气液化项目主要工艺流程是将上游天然气处理厂引入的天然气经过调配、脱酸净化和液化等一系列工艺处理，深冷至低温液态成为LNG，再送入LNG储罐储存，最后经LNG泵装车外输。当上游处理厂或海上平台检修时，LNG储罐内液化天然气经加压气化后进入长输管道或周边直供气干管以满足下游用户的要求。

1" 脱除酸性气体的目的

1.1" 具有腐蚀性

由于天然气原料气组分中具有大量的酸性气体和机械杂质。其中以二氧化碳、硫化氢为代表的酸性气体具有很强的腐蚀性。当其溶解于液体中会发生反应形成酸液，会加大对天然气管道、器材及设备的腐蚀而影响其使用寿命。

1.2" 对环境造成污染

硫化氢是一种毒性较大的气体。含有硫化氢的天然气燃烧时，会产生很强的异味，当其燃烧所生成的二氧化硫等化合物泄漏在外部环境时，会产生严重的环境污染，导致接触人员中毒，严重者危及生命安全[3]。随着我国“双碳”目标的提出，对环境的重视提到前所未有的高度，因此绿色化工是化工企业得以发展及创新的趋势[4]。

1.3" 不利于LNG的运输

二氧化碳是一种无机物，不能燃烧，无热值。其运输和液化都将增大LNG的成本，在很大程度上影响天然气管道输送效率，降低天然气热值，生成水合物，因此必须将其脱除。尤其以LNG槽车运输最为明显，不仅增加了运输及采购成本，还在一定程度上存在着储运风险，不利于槽车的安全运行和装卸。

1.4" 影响天然气液化效果

由于酸性气体冰点温度较高，如不能对其进行有效处理，在天然气液化过程中易凝结成固体并积聚在LNG冷箱内。长时间如此工作会造成LNG冷箱内部低温换热器内的流道和低温管道的流通能力下降、压力降增加，并将对正常生产带来不利影响。

1.5" 增加了设备的保养和维修成本

众所周知，机器设备的高效运转离不开对设备的保养和维修。不能有效脱除酸性气体是十分危险的，酸性气体的腐蚀性和液化中易产生的天然气水合物都不利于设备、管道及工艺流程的正常运转，一定程度上增加维护保养的成本支出，严重时还必须通过停机甚至停产的方式进行检修，难以保证天然气液化的出产率。

2" 项目脱酸工艺流程简述

2.1" 天然气脱碳单元

由天然气首站导入的天然气原料气经过原料气空气冷却器和原料气过滤器分别进行降温和过滤杂质处理。然后通过吸收塔与再生好后的活化MDEA溶液（贫液）进行充分接触，使其组分中脱除二氧化碳[5]。最后经空冷器、气液分离器及过滤器后将过滤精度在5～10 μm之间的净化气送入脱硫脱汞单元。

2.2" 脱硫脱汞单元

受天然气液化工艺流程影响，硫和汞需要严格脱除[6]。来自脱碳单元的天然气进入本项目的脱硫脱汞塔进行作业，自下而上进入，最终通过活性炭粉尘过滤器精细过滤（其过滤精度可达99.5％）后，送至脱水脱苯单元。脱硫脱汞塔为双塔，可根据工作效果，并联或串联投用。

2.3" 脱水脱苯单元

本单元通过脱水脱苯处理以避免在天然气液化过程中形成冰堵设备和管线的情况发生。天然气通过吸附净化塔塔内的吸附剂将气体中的水分和苯吸附下来，合格的天然气直接进入液化装置。吸附净化塔采用双塔流程，脱水深度可达1×10-6（体积分数），一塔吸附，一塔再生。该流程通过天然气液化厂自动控制系统根据工厂的产量设定运作周期进行工作，一般时间安排为8 h一个周期，其中用于再生的吸附净化塔加热4 h，冷却3.9 h，双吸附0.1 h。

2.4" 溶液再生单元

本单元的主要目的即是完成胺液由富胺液转化为贫胺液这一过程。吸收大量二氧化碳的MDEA溶液（富液）进入闪蒸罐进行闪蒸，将溶液中的轻烃和部分二氧化碳闪蒸出去。然后通过贫富液换热器与再生塔和再沸器装置进行工作，并在再生塔内进行汽提再生，直至使其产生达到符合浓度指标的贫液。同时，富集在再生塔底部的MDEA溶液由再沸器排出时，所含的二氧化碳基本脱除，然后经过贫富液换热器换热、贫液泵加压、贫液空冷器降温后，送至吸收塔，从而完成溶液再生循环。再生塔顶部排出的气体主要成分为二氧化碳，先经二氧化碳空冷器将温度降低，然后经过二氧化碳气液分离器分离气体及液体，顶部气体经硫化氢吸收罐将达标气体排放至外界，而底部流出的凝结液体利用回收泵回到气液分离器塔顶或送至闪蒸罐。

3" 脱酸气过程中的影响因素及调整方法

3.1" 吸收塔

吸收塔主要目的是脱除天然气中的以二氧化碳为代表的酸性气体，使气体含量达到天然气液化的标准。可以通过气动阀门调节的方式控制吸收塔塔内液位及压力、进吸收塔的贫液流量来保证吸收塔运行正常，得到合格产品。

3.1.1" 吸收塔塔内液位及压力

吸收塔塔内液位对于整个脱除酸性气体效果及系统流程安全运营有着极大的影响，本项目吸收塔液位有效控制在600～1 400 mm之间。液位过低会降低反应的应用空间，影响脱碳的效果，对后续的流程造成不利影响；液位过高易发生溢出风险，液体进入气道，因此可通过吸收塔底部液位控制阀进行调节，保证其液位控制在合理范围之内。

压力高使得原料气气体中的二氧化碳分压就越大，增大吸收的推动力，有助于二氧化碳在溶液中溶解，进而有助于吸收效果和反应速度。反之，压力低不利于吸收，效果和反应速度也不佳。因此可通过调节吸收塔进气管线的调节阀来进行控制，以便达到提高气体净化度的要求。

液位与压力的调节阀均以气动调节为执行机构，既注意了天然气易燃易爆的特性，又避免突然停电而造成的不安全因素[7]。

3.1.2" 进吸收塔的贫液流量

吸收塔的贫液量如果过少，会使得出塔天然气中的二氧化碳含量超标。所以，要采取一定的必要措施防止因为贫液流量较少而造成的LNG液化效果不佳。可利用项目中贫液泵功率及其出口旁路管线上的流量调节阀控制加大流量，使其满足吸收塔此时所需的贫液流量。如还是难以达到出吸收塔天然气酸性气体含量的标准，可通过化验的方式，按比例配置胺液，然后通过循环将其均匀地混合在一起，待化验合格后将其导入到脱酸工艺流程系统中，及时增加贫液的供给量。

3.2" 闪蒸罐

闪蒸罐是天然气脱除酸性气体中一个重要环节。在闪蒸的作用下，将该项目系统中的已经充分吸收二氧化碳并在一定高压的环境下的富胺液由3.9 MPa降压至0.5 MPa左右，将轻烃和一部分二氧化碳闪蒸出来，其效果将直接影响脱碳及后续工作对胺液处理的工艺要求，同时对于酸性气体的回收也有一定的影响[8]。

以本项目为例，利用闪蒸原理和闪蒸罐的作用，通过阀门调节的方式控制进闪蒸罐压力及液位来满足后续工段对胺液处理的操作要求，使其正常运转。同时，该罐具有向系统内补充胺液的功能。

3.3" 再生塔及再沸器

再生塔与吸收塔在机构上都属于填料塔，以金属孔板波纹作为填料。相较于吸收塔内的介质为天然气和MDEA溶液（贫液），再生塔则是二氧化碳、MDEA溶液和水蒸汽。再生塔主要作用将吸收二氧化碳等酸性气体富液重新再生为具有吸附酸气能力的贫液。而再生塔塔底设有再沸器，在导热油的作用下使其内部的胺液加热、沸腾、蒸发，最终产生大量的蒸发气回到再生塔对胺液（富液）进行汽提再生制作贫液，达到指标[9]。

本项目的再生塔及再沸器通过控制再生后贫液的浓度、再生塔上部出口管道压力、再生塔和再沸器液位来得到合格的再生贫液。

3.3.1" 再生后胺液的浓度

再生后贫液的浓度与塔上升蒸汽温度相关，塔上部温度与导热油向再沸器内输送的热量相关。导热油来自本项目的导热油系统，属于中温导热油，通过将再沸器内的温度加热至115 ℃左右使其发生效果。因此，再生后贫液的浓度可以通过调节向再沸器供热的导热油旁路管线上的控制阀进行控制，以避免反复调节导热油系统油温而带来的不必要波动[10]。

3.3.2" 再生塔上部出口管道压力

再生塔上部出口设有空冷器和二氧化碳气液分离器用以处理排出的二氧化碳。受工艺要求影响，胺液再生适宜在较低的操作压力下（0.08 MPa左右）进行，同时不能低于操作压力下限，以免造成贫液泵入口压力过低而容易产生气蚀的现象。因此，可通过调节二氧化碳气液分离器后压力调节阀进行 控制。

3.3.3" 再生塔和再沸器液位

再沸器为管壳式换热器，其与再生塔底部相连通，液位也由再生塔内的液位所控制。因而，两个装置的液位可以通过胺液循环系统及补充系统进行控制。同时液位高低设有报警值，当出现异常液位时，中控室将收到发送信号，以便工作人员采取措施防止液位不当造成的危害。

3.4" 其他方面

相较于上面较为主要的设备，天然气脱碳单元还有空冷器、气液分离器、过滤器和泵等配套设备。因此，有效地把握胺液温度、滤除胺液中的机械杂质及相对分子质量较高且成液态的烃类物质等因素也显得十分重要[11]。

4" 结 论

本文通过结合该LNG项目中脱除酸性气体工艺的实际工作，着重总结分析其影响因素，得到下列结论：

1）利用现有的工艺技术，安全有效地进行LNG生产过程中脱除酸性气体是液化天然气前十分重要的环节。

2）采用自动化控制操作，在很大程度上确保了天然气净化单元及其他单元正常生产运营，避免事故的发生。

3）相关工艺流程中液位、压力、温度和流量等因素应在合理范围内。

参考文献：

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［3］宋鹏飞.“双碳”背景下煤制天然气与LNG产业及可再生能源协同发展路径的思考[J].油气与新能源，2022，34（2）：88-93.

［4］李航，朱兴珊，孔令峰，等.“双碳”目标下中国天然气行业高质量发展建议[J].国际石油经济，2022，30（8）：16-22.

［5］范明龙，花亦怀，苏清博.高含CO2天然气胺法脱碳工艺设计[J].石油与天然气化工，2021，50（2）：35-41.

［6］武麒麟.高含硫天然气脱硫系统富胺液管线腐蚀问题浅析[J].硫酸工业，2022（4）：36-39.

［7］孙丹丹. 液化天然气脱碳系统中吸收塔的过程控制研究[D]. 秦皇岛：燕山大学，2015.

［8］姜大威.天然气净化装置闪蒸工艺的影响因素研究[J].油气田地面工程，2017，36（7）：59-62.

［9］高秋英，徐亦璇，胡鹏伟，等.天然气再生塔底重沸器腐蚀与防护技术研究[J].中国腐蚀与防护学报，2022，42（4）：699-704.

［10］褚洁，唐建峰，花亦怀，等. 实际天然气液化工厂脱酸系统胺液筛选及工艺优化[J]. 能源与节能，2022，（2）：29-31.

［11］王新平.液化天然气酸气脱除（二乙醇胺）的应用技术研究及其对设备材质的影响[J].天津化工，2022，36（4）：84-87.

Abstract：" As an important part of natural gas liquefaction ， it is necessary to remove acid gas from natural gas components. Taking a natural gas project as the research object， the purpose of acid gas removal， process flow， influencing factors and adjustment methods in the process of acid removal were discussed， which could provide some reference for production management and field operators in natural gas liquefaction projects.

Key words： Natural gas; Acidic; Liquefaction; Technological process