液化天然气净化工艺的选择

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摘要：LNG即天然气储存里面一项高新技术。常压条件下把气态天然气通过深冷技术冷却到零下一百六十二摄氏度，让它凝结成液体，这个液体即为LNG。而把天然气转化为液态存储的技术即为LNG技术。六百二十五立方的天然气液化成LNG后体积仅为一立方，所以天然气液化以后能够极大程度减少空间使用，有利于管道以及罐车运输。

关键词：液化天然气；影响；净化工艺

一、天然气杂质对液化的影响

天然气的净化是指脱除天然气中的硫化氢、水、二氧化碳、重烃和汞等杂质，以免这些杂质腐蚀设备及在低温下冻结而堵塞设备和管道。

（一）水分

天然气从地层中开采出来后会含有水分，液化装置中的水在低于零度时会结冰或霜，同时水还会和天然气形成天然气水合物。天然气水合物是半稳定的固态化合物，可以在零度以上形成。这些物质可以冻结换热器表面和节流阀的工作部分，影响换热甚至堵塞管道。

（二）硫化氢

硫化氢是一种酸性气体，对金属具有腐蚀性。

（三）二氧化碳

二氧化碳也是酸性气体。二氧化碳在低温下会结晶，在0.1MPa下，升华点为-78.5℃，比液化天然气高，因此会在换热器表面结晶，影响液化。

（四）重烃

天然气中主要成分为甲烷，通常还含有一些其他烷烃，如乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等。通常重烃是指C5+以上的烃类。烃类的凝固点随分子量（即碳链的长度）变大而升高。天然气液化时，重烃总是先冷凝结晶，从而堵塞管道。

低碳烃类可以溶解在液化天然气中，对液化的影响不大。在-183.3℃以上时，乙烷、丙烷能以任意浓度溶解于LNG中。

（五）汞

汞会严重腐蚀铝制设备，当汞存在时，铝会与水反应生成白色粉末状的腐蚀产物。极其微量的汞足以给铝制设备带来严重的破坏。同时汞是有害重金属，会带来环境污染，对检修人员产生危害。

二、液化天然气的净化

（一）天然气的质量要求

（1）最小热值

天然气本身具有质量要求，为了保证天然气用户能自主根据燃烧值确定设备的型号，必须确定最小热值。最小热值指的是在单位时间内天然气释放出最低热量，热量大小和N2和我CO2有一定的联系。

（2）含硫量

硫本身质地软，体积轻，粉末有异味。含硫量过多会严重危害到大家的日常生活，为了控制天然气的腐蚀性，必须控制硫量的大小。含硫量的指标主要以H2S表示，正常情况下H2S含量在5-24mg/m3。

（3）烃露点

在一定压力下，天然气中析出第一滴液烃时的温度，与天然气的压力的和组成部分有一定的联系。

（4）水露点

在一定压力下，天然气饱和湿度相对应的温度，也可指天然气中的水蒸气在一定压力下凝结出第一滴水时天然气的温度。

（二）液化天然气预处理指标

液化天然气厂净化系统处理前要进行预处理，除去其中含有的有害物质及可能结晶的物质，主要包括：水分、汞、重烃等杂质。对天然气进行预处理的目的主要为以下几点

（1）避免低温下水与烃类冻结，从而堵塞设备和管道，降低管线的输送能力。

（2）提升天然气最低热值，满足气体质量标准。

（三）酸性气体的脱除

天然气中含有的H2S，CO2被统一称为酸性气体，酸性气体长期存在会导致金属管道及相关设备受到腐蚀，长此以往影响使用寿命。其次基于酸性气体的特殊性，在应用中会造成环境污染，因此在净化过程中首先要脱除酸性气体，具体脱除方法如下。当前较为常用的脱除方法主要有两种，分别为湿法和干法。湿法适应当前工艺需要，是首选方法。以下将对化学吸收法和物理吸收法进行详细的分析。

（1）化学吸收法

化学吸收法是一种可逆性的化学变化，可吸收原料中弱碱性的物质。主要包括：原料本身的酸性物质，例如：H2S，CO2，当温度升高时，在进行吸收过程中，杂质混合物自然会释放出大量的酸气。醇胺溶液是化学吸收法在中常用的吸收剂之一，醇胺溶液主要组成部分是胺溶液，与原料天然气中的酸性气体发生化学反应，进而脱除天然气中的酸性物质。醇胺吸收法具有成本低、应用范围广、反应速度快的特点。在实践中有不可替代的作用。

（2）物理吸收法

物理吸收法和化学吸收法最大的特点就是在原料酸性基础上，让所有物质进行脱离，溶剂本身的酸气负荷与酸性成分成正比，如果液体压力下降，会立即将酸性气体释放出来，该种方式通常实用于高压、低温环境中。物理吸收法主要有冷甲醇法、碳酸丙烯脂法、磷酸三丁脂法、聚乙醇二甲醚法。

（四）水分脱除

在一定条件下，原料中含有的饱和水分会有生成碳氢化合物的可能性，严重者会导致液化系统装置中的各个管路出现堵塞的情况。管道中含有水分，长时间内会形成具有腐蚀性酸性溶液，进而对设备及管道造成严重腐蚀。

（1）低温冷凝法

低温冷凝法是利用高压天然气节流膨胀降温或者利用透平膨胀降温，应用天然气和水汽凝结的温度差，将天然气中水汽和冷凝为液体，通过液烃和水的密度差进行重力分离，该方法适用于高压天然气，如果对低压天然气进行处理时需要进行增压操作。

（2）溶剂吸收脱水法

溶剂吸收法是利用某些溶剂对天然气中的水进行溶解，具有和化学反应类似的特点，混合液蒸汽压较低，溶剂可以再利用。该方法最大的特点是处理量较大，脱水时间快，应用范围广。

三 贫液循环泵工艺设计要点及优化

该工艺设计要点为：1）选泵时将其中的富余量作为主要的参数，利用可靠的计算方法对贫液循环量进行合理地计算，确定出符合实际生产需要的扬程大小；2）工艺设备使用过程中，为了减少溶劑损耗，可以采用机械密封法，同时为了延长贫液循环泵的使用寿命，工艺设计中宜采用离心泵；3）运用贫液循环泵时，技术人员应该充分地考虑天然气净化工艺的实际要求，确保这种循环泵的参数设备能够达到生产现场的实际要求。

贫液循环泵工艺设计优化的措施主要包括：1）为了保证天然气处理厂生产现场蒸汽系统运行的高效性，应该选用可靠地设备增强贫液循环泵工作过程中的节能效果，相关的研究报告指出，选用背压式汽轮机作为循环泵的原动机，可以实现设备运行过程中的节能环保发展目标；2）为了降低设备使用过程中的电能消耗率，应选用可靠的水力透平泵；3）将贫液循环泵安装在贫液空冷器之后，减少设备的投资成本。

结语

LNG作为一种清洁能源，其需求正不断增长。天然气中的杂质对LNG液化有很大影响，水分、二氧化碳、重烃液化装置中会产生结晶，堵塞管道，影响生产的正常运行；硫化氢对金属有腐蚀性；汞会腐蚀铝制设备；天然气中的氦、氮气在液化过程中增加动力消耗。

天然气的组分对天然气净化工艺的选择有很大影响，因此对一个特定的项目，净化工艺的选择应考虑以下因素：①根据天然气中气相杂质的组成和含量，选择适合的净化工艺；②液化装置对净化气的技术要求；③投资及操作费用。

参考文献

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（作者单位：武汉市天然气有限公司）

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