近年來，液化天然氣（LNG）產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。 我國液化天然氣產(chǎn)業(yè)從起步到發(fā)展，在液化、儲存、 運(yùn)輸?shù)确矫娑既〉昧孙@著的進(jìn)步。國新能源集團(tuán)在 山西陽泉建設(shè)了一座具有調(diào)峰儲氣功能的液化天然 氣工廠，原料氣為煤層氣，該液化工廠在冬季用氣 高峰時(shí)或上游管道發(fā)生事故時(shí)，可為陽泉地區(qū)提供 調(diào)峰氣源。日處理煤層氣 5×105 Nm3 /d，根據(jù)進(jìn)入工 廠前氣體檢測裝置檢測，原料氣中含有 92.37%的甲 烷，還含有酸性氣體、水、苯、重?zé)N和機(jī)械雜質(zhì)， 所以在進(jìn)行液化前必須進(jìn)行原料氣預(yù)處理，防止在 液化過程中結(jié)晶堵塞管道或腐蝕管道設(shè)備。液化采 用 MRC 混合冷劑制冷的液化工藝技術(shù)，本文對預(yù) 處理階段的脫酸流程、脫氮流程和液化流程進(jìn)行重點(diǎn)闡述分析。

煤層氣預(yù)處理主要工藝流程及運(yùn)行情況技術(shù)分析

上海昌吉脫除酸性氣體流程及運(yùn)行情況技術(shù)分析 從再生塔來的活化 MDEA 溶液（貧液）經(jīng)貧液 泵升壓（～6.3 MPa、51 ℃）分成兩路，一路直接 進(jìn)入吸收塔頂部作為脫酸吸收劑，另一路經(jīng)調(diào)節(jié)閥 控制流量后進(jìn)入溶液過濾器，在溶液過濾器中過濾 炭的作用下在線脫除溶液中的雜質(zhì)后進(jìn)入貧液泵入 口。 加壓后的原料煤層氣中 CO2 含量≤3.5%，溫度 為 40 ℃，當(dāng)進(jìn)入吸收器時(shí)，原料氣自下而上通過 吸收塔，與自上而下的活化 MDEA 溶液（貧液）在 吸收塔內(nèi)填料表面逆向流動，進(jìn)行充分傳質(zhì)傳熱； 氣體中的 CO2、H2S 等酸性氣體被溶液大量吸收進(jìn) 入液相，未被吸收的組分從吸收塔頂部流出。從塔 頂分離出的氣體經(jīng)冷卻器降溫至-40 ℃后，在分離 器中完成氣液分離，氣體從分離器頂部流出并進(jìn)入 吸收塔頂過濾器，在吸收塔頂過濾器中分離掉機(jī)械 雜質(zhì)及游離液體并調(diào)整壓力后去脫水塔。從分離器 底部出來的液體和塔頂過濾器底部出來的液體混合 后進(jìn)入閃蒸罐循環(huán)使用。

活化 MDEA 溶液吸收酸性氣體后稱為富液（～ 5.5 MPa、55～61 ℃），從吸收塔底流出，經(jīng)調(diào)節(jié)閥 降壓至 0.5 MPa 后進(jìn)入閃蒸罐，在閃蒸罐中因降壓 閃蒸出的氣體從頂部流出，經(jīng)調(diào)節(jié)閥控制壓力后去 放散系統(tǒng)。為保證閃蒸罐壓力穩(wěn)定及避免溶液氧化， 引氮?dú)膺M(jìn)入閃蒸罐以形成氮封。從閃蒸罐底部流出 的液體通過貧富液換熱器與貧液換熱升溫到 96 ℃ 左右，并經(jīng)調(diào)節(jié)閥控制液位后進(jìn)入再生塔頂部。再 生塔采用微正壓汽提的方式完成對活化 MDEA 溶 液的再生，富液自上而下通過再生塔，在再生塔內(nèi) 填料表面與自下而上的氣提蒸汽逆向流動，進(jìn)行充 分的傳質(zhì)傳熱。富液中的酸性氣體被大量解析至氣 相并伴隨氣提蒸汽從再生塔頂流出，富液中的酸性 氣體被解析至滿足要求后稱為貧液，從塔底流出去 貧富液換熱器換熱降溫后去貧液泵進(jìn)口循環(huán)使用。 從再生塔頂部流出的氣體經(jīng)再生塔冷卻器降溫后 （0.03 MPa、40 ℃）進(jìn)入再生塔頂氣液分離器， 在氣液分離器完成氣液分離，氣體從分離器頂部流 向酸氣脫硫塔，脫硫后的氣體從脫硫塔的頂部流出 并調(diào)整好壓力后高點(diǎn)放空。

吸收塔實(shí)際運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)出現(xiàn)的差異主 要為吸收塔的工作壓力和貧胺液入塔的溫度。一是 煤層氣入吸收塔的設(shè)計(jì)壓力為 5.5 Mpa，但實(shí)際運(yùn) 行壓力直接由原料氣壓縮機(jī)排氣壓力決定，因本裝 置中原料氣壓縮機(jī)電機(jī)電流在壓縮機(jī)排氣壓力為 4.75 Mpa 左右時(shí)就達(dá)到額定電流，為確保壓縮機(jī)及 電機(jī)正常平穩(wěn)運(yùn)行，將壓縮機(jī)的排氣壓力控制在 4.75 Mpa，從而導(dǎo)致吸收塔工作壓力低于設(shè)定壓力。 二是貧液進(jìn)吸收塔的設(shè)計(jì)溫度為 50 ℃，可通過貧 液冷卻器來調(diào)節(jié)（水冷）。在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)適當(dāng)將 胺液溫度降低以減少和入塔天然氣的溫差使胺液吸 附酸氣的效果更好，胺液調(diào)試中的最佳溫度為 42 ℃左右，所以將運(yùn)行溫度設(shè)定為 42±1.0 ℃。進(jìn) 入吸收塔的煤層氣來自原料氣壓縮機(jī)冷卻并分離后 溫度較低，因原料氣升壓冷卻后會初步分離出含烴 的液體，而冷卻后溫度越低分離效果越好，從而避 免了煤層氣在進(jìn)入吸收塔中析出烴類液體而污染胺 液，這樣就使得入塔煤層氣與貧液存在一定的溫差， 兩流體在接觸后先發(fā)生熱交換的物理反應(yīng)然后進(jìn)行 吸附化學(xué)反應(yīng)，這使得吸收效率降低，所以適當(dāng)降 低貧液溫度會提高吸附效率。

脫氮工藝流程及運(yùn)行情況技術(shù)分析

脫氮流程是在從煤層氣脫除酸性氣體(CO2、 H2S)、水和重?zé)N之后進(jìn)行的。一般有兩種方法：一 是液化前進(jìn)行變壓吸附；二是氮?dú)獾某悍悬c(diǎn)為 -195.8 ℃，低于甲烷沸點(diǎn)，因而脫氮是在更低的溫 度下用精餾法脫除，脫出的氮?dú)馀欧胚M(jìn)入大氣環(huán)境。 即液化后進(jìn)行低溫蒸餾將氮?dú)鈴念A(yù)凈化后的煤層氣 中分離出去。 煤層氣主要組分甲烷在大氣壓力下的液化溫度 約為 110 K,而氮在大氣壓力下的液化溫度約為 77 K, 低于甲烷。煤層氣含氮量越高，液化溫度越低,，液 化能耗越大。根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)(EN1160-96)，氮含量(摩 爾分?jǐn)?shù))應(yīng)小于 5%，一般天然氣中的氮含量不高， 但煤層氣中的氮含量較高，在液化過程中要將氮?dú)?脫除。本工藝氣源為煤層氣，氣體組分中氮?dú)夂?為 2.73%，而且 LNG 是以常壓儲存的，如果不脫除 氮會導(dǎo)致整個(gè)裝置能耗較高，會影響 LNG 熱值， 還容易引起 LNG 在儲運(yùn)過程中出現(xiàn)翻滾現(xiàn)象造成 壓力升高。天然氣中氮?dú)夂砍^ 2%時(shí)就需開啟 脫氮工藝。

目前，脫氮工藝試運(yùn)行正常，完全符合設(shè)計(jì)工 藝。但是在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)了一些問題：一個(gè)是脫 氮塔塔底溫度與汽提流量的關(guān)系，汽提流量較小時(shí) 不能使塔底溫度提升上來，影響脫氮效果，汽提流 量增加后，脫氮效果提升，但使脫氮塔出口流量增 加且高于 BOG 壓縮機(jī)的回收量，使脫氮塔超壓， 通過適當(dāng)升高汽提氣體的溫度（-60 ℃升高至 -55 ℃）以減少汽提流量，使流量與溫度達(dá)到平衡， 脫氮塔正常工作。二是脫氮塔內(nèi) LCBM 溫度較高， 返回冷箱過冷時(shí)增加了制冷劑的負(fù)擔(dān)，為確保 LCBM 處于過冷狀態(tài)，需增加氣相制冷劑流量，必 要時(shí)還需補(bǔ)充氮?dú)膺M(jìn)制冷劑循環(huán)中以增加制冷劑氣 相中的氮?dú)獬煞郑@使冷箱調(diào)節(jié)難度增加。三是要 確保脫氮塔中上塔和下塔的工作壓力，若上塔壓力 過高會使氮?dú)夥蛛x效果變差，壓力過低會使排放的 氮?dú)庵刑烊粴夂吭龆?，因此要保持上塔和下塔?力平衡。

煤層氣液化流程

凈化結(jié)束后的原料煤層氣去與重?zé)N及 BOG 回 收冷量后，于 12.97 ℃，5.195 MPa 進(jìn)入液化工序。 液化單元的目的是將凈化后原料氣體液化以便于儲 存，同時(shí)脫去大部分氮?dú)庖詽M足產(chǎn)品熱值要求。 液 化系統(tǒng)采用 MRC 混合劑制冷，制冷裝置包括板翅 式換熱器、冷劑分離罐等。原料氣在冷箱中被冷卻 至-30 ℃后，進(jìn)入重?zé)N脫除單元，在重?zé)N脫除單元 脫除重?zé)N后的原料氣返回冷箱繼續(xù)冷卻至-162 ℃。 當(dāng)原料氣中氮含量不高時(shí)，LCBM 可直接節(jié)流至 0.012 MPa 后進(jìn)入 LCBM 儲罐中儲存；如果原料氣 中氮含量偏高時(shí)，LCBM 需進(jìn)入氮?dú)饷摮龁卧摮?氮?dú)?，塔底得到滿足要求的 LCBM 產(chǎn)品再返回冷 箱過冷，最后送入 LCBM 儲罐。來自制冷劑壓縮 機(jī)的混合工質(zhì)制冷劑，進(jìn)入冷箱，被預(yù)冷經(jīng)閥節(jié)流 降溫后作為制冷劑為煤層氣液化提供冷量。


結(jié)束語
上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司依據(jù)國新能源煤層氣混合制冷工藝液化項(xiàng) 目對預(yù)處理中的脫酸流程和脫氮流程及液化工藝流 程進(jìn)行了技術(shù)分析，并對原設(shè)計(jì)參數(shù)與試運(yùn)行階段 實(shí)際運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行比對，就發(fā)現(xiàn)的問題和解決辦法 進(jìn)行了重點(diǎn)闡述，實(shí)際運(yùn)行效果良好，符合相關(guān)設(shè) 計(jì)要求，同時(shí)，對液化項(xiàng)目后期運(yùn)行奠定理論基礎(chǔ)。