重烃通常指C5+的烃类。在烃类中, 其沸点和冰点随着分子量由小到大也相应提高, 所以在天然气液化过程中, 如果重烃未能有效脱除, 则重烃可能在冷箱换热器流道或输送管道内冻结, 堵塞设备, 造成装置运行中断「1」。
在LNG液化要求的中, C5+以上重烃含量设计值一般不超过70mg/m3, 但即使在重烃含量满足要求的情况下, 新戊烷和苯仍是需要重点关注的对象, 理想的状况是新戊烷小于5ppm, 苯小于5ppm。
重烃脱除一般利用其物理特性予以脱除, 在LNG生产中常用的脱除方法有以下几种。
(1) 吸附法
采用分子筛、硅胶或活性炭等作为吸附剂, 利用吸附剂多孔结构空间性质, 吸附天然气中较大的分子 (重烃) 而让C4以下较小的分子通过, 然后再通过加热的再生气将被吸附的重烃带走。一般的工作流程为“吸附”—“再生”—“冷却”, 通过两塔或三塔顺序工作, 保障工艺过程连续。
(2) 低温分离法
利用重烃在天然气中具有较高的熔沸点, 在降温过程中将冷凝的重烃组分从天然气中分离出来。LNG生产本身就是气体液化过程, 在液化冷箱适当温区设置重烃分离罐, 达到预设温度的天然气进入分离罐后重组分冷凝分离成液相脱除, 气相组分继续进入深冷段液化成LNG。
(3) 异戊烷溶解法
在苯含量比较高的处理天然气流程中, 利用“相似相溶”原理, 含苯天然气从塔底进入洗涤塔, 异戊烷自塔顶以液相形式进入洗涤塔, 天然气和异戊烷两相在塔内逆流接触, 异戊烷作为洗涤液, 将天然气中少量的重烃溶解吸收, 从而达到苯及重烃脱除的目的。
以上三种方法在工业上均有应用, 但在实际LNG生产中吸附法比较多的应用于小型LNG装置, 低温分离法应用范围较广, 却极易发生重烃脱除不良, 从而造成装置堵塞问题。为解决重烃脱除不良造成的堵塞问题, 有的工厂在已有的低温深冷法脱除重烃工艺之前增加活性炭吸附装置, 两种工艺配合达到需要的脱除效果「2」。吸附法工艺需要多塔流程, 大中型LNG装置设计一般采用较高的压力条件, 这两个条件限制了吸附法在大中型装置上的应用。
重烃洗涤法是将洗涤塔引入低温分离过程, 使含重组分天然气与重烃液相在洗涤塔内各塔板多次“平衡-分离”, 从而得到纯度较高的气相和液相馏分。
典型工艺流程简述:
(1) 脱除杂质的天然气经过换热器-1预冷后, 通过调压阀以4.8Mpa/-50℃进入洗涤塔, 沿多层塔板逆流向上, 在除去其中的大部分重烃后, 从洗涤塔的顶部排出进, 经过换热器-2冷却 (4.8Mpa/-70℃) , 然后进入回流罐分为气液两相, 气相进入下一工序, 经换热器-3冷却成-157℃的LNG产品。
(2) 回流罐留存的液相 (-70℃) 通过回流泵自塔顶进入洗涤塔, 与上升气相 (天然气) 逆流接触, 两相接触中, 下降液中的易挥发 (低沸点) 组分不断地向气相中转移, 气相中的难挥发 (高沸点) 组分不断地向下降液中转移, 气相愈接近塔顶, 其易挥发组分浓度愈高, 从而大大提高气相产品纯度。
(3) 洗涤塔底液进入重烃再沸器, 再沸器产生的气相组分自天然气下部在进入洗涤塔, 液相即为重烃产品。
天然气通过洗涤塔的过程中, 通过气相冷凝回流循环和液相的再沸气体循环, 大大提高了天然气中重烃的脱除效果, 净化后天然气中重烃含量能够满足天然气液化的需要。
重烃洗涤法脱除重烃效果较好, 但相对于吸附法、低温分离法 (闪蒸) 则在操作技能上有一定要求。为充分发挥重烃洗涤法的优势, 我们在操作时需要重点考虑一下几个方面:
(1) 确定合适的进气压力
大中型液化工厂为降低功耗, 装置设计一般偏向于较高的压力。但是, 在脱重烃过程中要注意此时的设定压力/温度应远离 (通常是低于) 临界点, 避免脱重烃时气液分离困难。一般该时点压力在4-6Mpa间。
(2) 确定合适的温度
一般来说, 在洗涤塔和回流罐处的温度越低, 越有利于重烃的脱除, 而且温度低有利于形成足够的回流液相, 方便操作。但如果操作时过于考虑这一点可能会使该处运行状态偏离设计点过远, 从而影响系统运行效率。所以, 要综合考虑分离温度和装置效率两者关系, 合理确定分离温度。
(3) 保持连续稳定的回流液相
在回流罐内保持一定液位的液相, 有助于保持回流液相流量的连续稳定, 有利于在原料气组分出现较大波动情况下保持洗涤塔脱重烃工艺的连续稳定。
(4) 密切关注重烃脱除监测结果
脱重烃的天然气组分监测十分必要, 及时发现重烃含量的变化可以尽早调整工艺参数, 保持洗涤塔系统工作稳定。尤其是苯、新戊烷等一旦脱除不良, 极易产生结冰冻堵, 严重时会造成装置被迫中断复温。
重烃洗涤法的应用, 使天然气脱重烃流程得到简化, 装置能耗大大降低;洗涤塔的应用配合合理的操作, 可以取得良好的脱重烃效果, 能够满足天然气液化的需要。
希望本文的应用经验可以为同行提供借鉴。
摘要：LNG生产脱重烃工艺的选择非常重要, 重烃脱除效果直接影响装置的能否连续生产。本文简要比较了几种重烃脱除方法, 重点介绍和分析了重烃洗涤法在LNG生产中的应用。
关键词：LNG,重烃洗涤,应用
[1] 钟志良, 汪宏伟等, LNG工厂冷箱堵塞问题解决方案研究「J」天然气与石油, 2013, 31 (5) :26-29.
[2] 宋俊平, 戴成阳等, 浅谈天然气液化脱重烃技术「J」山东化工, 2014, 43 (1) :137-139.
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