【2017年整理】天然气预处理和液化工艺技术的研究进展 8 P.docVIP

天然气预处理和液化工艺技术的研究进展 1 原料气预处理　　 天然气液化之前的原料气净化是一个重要环节。表1 原料气中杂质浓度上限杂质? ? 浓度极限H 2 0? ? ＜0．1×10 -6 (ψ)CO 2? ? (50～100)×10 -6 (ψ)H 2 S? ? 3．5mg/m 3COS? ? ＜0．1×10 -6 (ψ)总S含量? ? 10～50mg/m 3Hg? ? ＜0．1μm/m 3芳香烃类? ? (1～10)×10 -6 (ψ)　　 由于液化气厂的进料气中含有大量的酸性气体、重烃、水及汞等杂质，易形成水合物，造成设备腐蚀、管道堵塞。为了保证天然气的深冷冻液化过程的稳定操作对其中的CO 2 、H 2 S、水、汞、重烃类等都有严格的要求一般要达到如表1所示的指标。　　 顶处理的主要设备由吸收塔、再生塔及干燥塔组成1．1 酸性气体的脱除　　 酸性气体的脱除通常是采用溶液吸收法。有：①胺法；②Benfeld法(以碳酸钾和二乙醇胺为溶剂)；③Sulfinol法(这是一种物理化学吸收法)。然而这些法中，③中的溶剂同时也能使包括CH4在内的烃类大量溶解，并且这些方法大多数成本高，能耗大。　　 近年来，一些LNG公司已采用了一些较先进的体预处理技术，并且已在LNG工业中起着重要作用 [3] 。　　 对于含低浓度酸性气体的原料气(分压小于350kPa)，Amine Guard FS流程较为实用，它是包括一个以胺液为主体的流程和一种UCARSOL类胺溶剂，该溶剂成本低、有较好的热的和化学的稳定性、无腐蚀性、不易起泡，以及该流程除易操作外，与MEA和DEA流程相比需较低的再生热能等优点，其优化了的设计是基于40多年的气体净化经验并已得到技术性杂志的认可，世界上已有 550多个工厂采用该流程。　　 值得一提的是Benfield流程(见图2)。它包括K 2 CO 3 水溶液、加快质传递的活化剂及防腐剂，已被世界上几百个装置所采用。Benfield流程已有30多年历史，近年来人们对它有所改进。较为典型的有： ①Ben-field-100流程(如图3所示)，它包括K2CO3吸收液、分子筛等。K 2 CO 3 吸收液除去酸性气体及COS，分子筛则除去水分及剩余的酸性气体。产品中有部分气体回流，用于分子筛的再生，然后再返回原料气。该流程能较彻底地除去含S 化合物、80％～99％COS、95％～100％甲疏醇及大部分水分；②采用新的活化剂。通常活化剂用于加快CO 2 的吸收速度，这样可减少装置体积并起节能作用。以往常用二乙醇胺(DEA)、砷、甘氨酸作为活化剂，而现在采用一种新的活化剂P1，其效用已被美国三个合成氨厂所证实，这些厂每天产氨1000～1500t，需纯化2．8MPa压力下含17％CO 2 的17500m 3 气体。1．2水分的脱除　　脱除酸气后的原料气，一定要脱水。一是可防止天然气中的水分析出，在液化时结冰，使管道和仪表阀门出现冰堵，发生事故；二是因液态水的存在，使末脱除的酸性组分对压力管道和容器的腐蚀加剧，可能导致应力腐蚀。天然气脱水的方法主要有3种：①冷却法；②甘醇吸收法；③固体(如硅胶、活性氧化铝、分子筛)吸附法。现主要用第③种，一般采用4A型分子筛。以往的分子筛常包含有小的沸石类微粒，吸水性能好，但与此同时也造成了较大的气体压力损失。为解决这个问题，一种新的TRISlV吸收系统问世，其新的微粒结构增大了与气体的接触面积，并缩短了气体流程，减小了气体的压力损失 [4] 。1．3汞及重烃的脱除　　由于Hg对铝质板翅式换热器有损害，故也必须去除。过去均采用不可再生的固定床(带S的活性炭、含S分子筛、金属硫化物)。而现在用可再生物质 HgSIN，它可同时对气体于燥并除去Hg，该物质已投入应用两年多，就Pacific Rim的一个LNG厂而言，它的功效能使He含量从25μ/m 3 ，降至0．01μg／m 3 。法国石油学会研究出了一种可用于吸收气体和液体中金属Hg的吸收材料 [5] ，它是在氧化铝锭片上加一层金属硫化物，能与汞反应生成HgS。　　 重烃同样会在天然气液化时结冰，使管道和仪表阀门冰堵，发生事故。在多级制冷的工艺中(如MRC工艺、复迭制冷等)，重烃可通过分子筛和预冷后分离而加以脱除。有些工艺过程用洗涤、蒸馏实现。2 天然气液化工艺流程　　天然气液化过程根据原理可以分为两类：一类是天然气通过压缩使气体温度升高，然后通过与制冷剂换热取走热量，合适的选择制冷剂，通过几个冷却级，即可达到天然气的液化；另一类同样是通过压缩使气体温度升高，用换热取走气体的热量，然后气体通过膨胀机或节流阀降压。根据焦耳一汤姆逊效应，使气体温度降低，此低温气体与降压前的气体换热，这样可以使降压后的气体达到液化