液化天然氣 第二章 液化廠的氣體預處理工藝

1、液化天然氣液化天然氣 第二章第二章 液化廠的氣體預處理工藝液化廠的氣體預處理工藝 天然氣液化廠總流程天然氣液化廠總流程 n液化天然氣工廠主要包括原料天然氣凈化、天然氣液化、液化天 然氣儲存和液化天然氣的裝卸等幾個單元，其中液化天然氣的凈 化處理是一個非常重要的過程。天然氣液化前的凈化主要是為了 脫除原料中的有害雜質(zhì)及深冷過程中可能固化的物質(zhì)。 n對調(diào)峰型LNG工廠，其原料氣多是已先期凈化的管輸天然氣。但 管輸天然氣的氣質(zhì)標準比液化前對原料氣的氣質(zhì)要求低，因此必 須對管輸氣再次凈化。 n基本負荷型LNG工廠靠近氣源建立，井口氣或先期簡單處理，或 直接進入LNG工廠，其原料氣的雜質(zhì)含量較高。 n如

2、果直接作為LNG裝置的原料仍是不夠純凈，還必須深度脫除水、 水蒸氣、硫化物、二氧化碳，并逐級冷凝分離出丙烷以上的烴類， 以防在低溫下形成固體堵塞管線和設(shè)備。為了減少NG液化過程的 動力消耗，還應(yīng)控制原料氣中氮氣、氦氣等惰性氣體含量。 nCOS雖本身無腐蝕性，但它與極少量的水反應(yīng)后，可形成硫化氫 和二氧化碳，從而產(chǎn)生腐蝕，如果在運輸和儲存中出現(xiàn)潮濕，即 使是0.5ppm（V）的COS被水化，也會產(chǎn)生腐蝕事故；而且COS 的正常沸點（-48）靠近丙烷的沸點（-42），當分離回收丙 烷時，約90%的COS出現(xiàn)在丙烷尾氣或液化石油氣中。 n另外，天然氣中微量汞對鋁制品換熱器有腐蝕作用，也應(yīng) 加以脫除。

3、1973年，LNG工業(yè)才開始意識到即使天然氣中 含有極少量的汞成分（包括單質(zhì)汞、汞離子及有機汞化合 物），就會造成鋁合金材料設(shè)備的腐蝕。它還會引起催化 劑中毒，造成環(huán)境污染以及檢修過程中對人體的危害等不 良后果。由于水的存在會大大增強這種傷害，而最好的干 燥法也不可能將所有的水分全部去除掉，因此必須把汞減 少到盡可能低的水平。 n 為了滿足液化天然氣 的應(yīng)用規(guī)范： n 防止在低溫下設(shè)備受 堵； n 避免設(shè)備的腐蝕和磨 蝕。 水（ H2O ）0.1ppm (v)（2） 二氧化碳（CO2）50-100ppm (v)（2） 硫化氫（ H2S ）4ppmv(5mgS/Nm3)（1） COS0.1 pp

4、m（3） 總硫（*）1050毫克/Nm3（1） 汞0.01 g/Nm3（3） 芳香族化合物110ppm (v)（2） 重烴70 ppm （2） 固體物質(zhì)（3） LNG原料氣質(zhì)量要求 n通常，原料氣中的二氧化碳、硫化氫和COS采用醇胺法或其 他方法脫除；水采用分子篩吸附法（主要用4A分子篩）脫 除；汞采用可再生的HgSIV吸附劑脫除（該吸附劑幾乎可以 脫除所有的汞，同時還可以脫水）；氮氣采用閃蒸分離法 脫除。 n 來料氣體的過濾和與液相的分離（如果有液相）； n 利用吸收法去除CO2、H2S等酸性氣體及其它可能的 硫化物； n 用固體層床吸附脫水； n 用固體層床吸附除汞。 第一節(jié) 分離和除塵

5、n重力式分離器有立式和臥式兩類，各種重力式分離器原理基本相同， 由分離、沉降、除霧和儲存四個部分組成。 n分離段：氣體從切線方向進入分離器，在離心力作用下，氣體中的固 （液）體微粒初步得到分離。在另一類型的分離器中，氣體從中心進 入分離器，經(jīng)彎頭噴向傘形板，氣體中的微粒被粘附而達到初步分離。 n沉降段：氣體得到初步分離后，由于分離器的流動截面大，氣體流速 降低，當氣體的上升速度低于微粒的沉降速度時，氣體中的微粒就會 向下沉降而分離，沉降段是重力式分離器清除較大塵粒的主要階段。 第二節(jié) 天然氣脫水 n直接冷卻法 n加壓冷卻法 n膨脹制冷冷卻法 n用機械制冷(冷劑制冷)的油吸收法或冷凝分離法 n當

6、氣體壓力較低，使用直接冷卻法脫水后的氣體露點達不到要求， 而采用加壓冷卻或機械制冷冷卻又不經(jīng)濟時，則需采用其它脫水 方法。 n固體表面對臨近氣體（或液體）分子存在吸附力，在固體表 面可捕捉臨近的氣液分子，這種現(xiàn)象稱吸附。吸附有吸附有化學吸化學吸 附和物理吸附附和物理吸附兩種兩種 n固體吸附劑：作為天然氣脫水的固體吸附劑應(yīng)具備下列條件： n吸水量大； n選擇吸附好； n具有再生能力； n機械強度高，使用壽命長； n無毒，無腐蝕性； n價格便宜。 n 常用的吸附劑有：硅膠、活性氧化鋁、分子篩等。 n分子篩是以Al2O3與SiO2為基料的人工合成無機吸附劑，為具 有骨架結(jié)構(gòu)的堿金屬或堿土金屬的硅鋁酸

7、鹽晶體。 n分子篩孔道直徑均勻，大于孔道直徑的氣體分子不能被吸附， 如：H2O的分子直徑3.1，能被4A分子篩吸附；而C2H6的分 子直徑4.4，不能吸附，因而分子篩的吸附具有選擇性。 n分子篩表面具有大量較強的局部電荷。因而對極性分子和不 飽分子有很高的親和力。水和硫化氫是強極性分子，所以分 子篩是干燥氣體、脫硫化氫的優(yōu)良吸附劑。 n用分子篩脫水時，干氣能達到的最小露點遠低于其它兩種吸 附劑。若用深冷法從天然氣內(nèi)回收C2H6和C3+等組分或使天然 氣液化時，只能使用分子篩，別無他選。 n淺冷法：通過以氨為制冷劑的壓縮式制冷機，使氣體溫度降 至-20左右，從氣流中分離出來。 n深冷法：通過膨脹

8、機或熱分離機，使氣體溫度降至-80-90 左右，可使70C2，90以上的C3冷凝下來。 n這樣，對天然氣露點的要求很高，使分子篩脫水在現(xiàn)場獲得 廣泛使用。 n1吸附脫水 n2加熱吸附劑再生及冷卻床層 n吸附操作溫度：一般6時），為獲得適用于常規(guī)克勞 斯硫磺回收裝置的酸氣（酸氣中H2S濃度低于15%時無法進入該裝置） 而需要選擇性脫H2S，以及其它可以選擇性脫H2S的場合，應(yīng)選用選擇 性MDEA法； 原料氣中碳硫比高，且在脫除H2S的同時，還需脫除相當量的CO2時， 可選用MDEA和其它醇胺（例如DEA）組成的混合醇胺法或合適的配方 溶液法； 原料氣中H2S含量低、CO2含量高且需深度脫除CO2

9、時，可選用合適的 MDEA配方溶液法（包括活化MDEA法）； 原料氣壓力低，凈化氣的H2S質(zhì)量指標嚴格且需同時脫除CO2時，可選 用MEA法、DEA法、DGA法或混合醇胺法。如果凈化氣中的H2S和CO2 質(zhì)量指標都很嚴格，則可采用MEA法、DEA法或DGA法。 n當需要脫除原料氣中的有機硫化物時一般應(yīng)采用砜胺法，即： n 原料氣中含有H2S和一定量的有機硫需要脫除，且需同時脫除 CO2時，應(yīng)選用SulfinolD法（砜胺法）； n 原料氣中含有H2S、有機硫和CO2，需要選擇性地脫除H2S和有 機硫時應(yīng)選用SulfinolM法（砜胺法）； n H2S分壓高的原料氣采用砜胺法處理時，其能耗遠低于

10、醇胺法； 原料氣如經(jīng)砜胺法處理后其有機硫含量仍達不到質(zhì)量指標時，可 繼之以分子篩法脫有機硫。 n n n n 高壓、高酸氣含量的原料氣可能需要在醇胺法和砜胺法之外選用 其他方法或者采用幾種方法的組合。 主要脫除CO2時，可考慮選用膜分離法、物理溶劑法或活化 MDEA法； 需要同時大量脫除H2S和CO2時，可選用選擇性醇胺法獲得富含 H2S的酸氣去克勞斯裝置，再選用混合醇胺法或常規(guī)醇胺法以達 到凈化氣質(zhì)量指標或要求； 需要大量脫除原料氣中的CO2且同時還有少量H2S也需脫除時， 可選用膜分離法，再選用醇胺法以達到處理要求。 第四節(jié)第四節(jié) 脫脫汞 美國硫浸煤基活性炭HGR 日本MR-3吸收劑。 HgSIV分子篩可干燥并脫除汞至0.01毫克/標準立 方米。