第一章 液化厂的气体预处理工艺(4学时)

液化天然气利用技术第一章液化厂的气体预处理工艺储运工程系储运工程系李玉星李玉星王武昌王武昌天然气液化厂总流程调压计量脱碳单元干燥单元天然气液化单元LNG储存装车单元冷剂循环单元冷剂储存及补充单元BOG压缩单元原料气低压制冷剂调峰型调峰型LNGLNG工厂，其原料气多是已先期净化的管输天然气。但管工厂，其原料气多是已先期净化的管输天然气。但管输天然气的气质标准比液化前对原料气的气质要求低，因此必须输天然气的气质标准比液化前对原料气的气质要求低，因此必须对管输气再次净化。对管输气再次净化。基本负荷性基本负荷性LNGLNG工厂靠近气源建立，井口气或先期简单处理，或工厂靠近气源建立，井口气或先期简单处理，或直接进入直接进入LNGLNG工厂，其原料气的杂质含量较高。工厂，其原料气的杂质含量较高。水水水蒸气水蒸气硫化物硫化物二氧化碳二氧化碳重烃重烃氮气氦气等惰性氮气氦气等惰性汞汞因此净化处理的主要原因因此净化处理的主要原因有：有：⑴⑴为了满足液化天然气为了满足液化天然气的应用规范：的应用规范：⑵⑵防止在低温下设备受防止在低温下设备受堵；堵；⑶⑶避免设备的腐蚀和磨避免设备的腐蚀和磨蚀。蚀。（（33））固体物质固体物质（（22））7070ppmppm重烃重烃（（22））1~10ppm(v)1~10ppm(v)芳香族化合物芳香族化合物（（33））0.010.01μμg/Nmg/Nm33汞汞（（11））10~5010~50毫克毫克/Nm/Nm33总硫（总硫（**））（（33））0.10.1ppmppmCOSCOS（（11））4ppmv(5mgS/Nm4ppmv(5mgS/Nm33))硫化氢（硫化氢（HH22SS））（（22））5050--100ppm(v)100ppm(v)二氧化碳（二氧化碳（COCO22））（（22））1ppm(v)1ppm(v)水（水（HH22OO））原因原因最大允许含量最大允许含量沸点：－沸点：－161.04(161.04(--162.81162.81贫气贫气))℃﹫℃﹫10KPa10KPa分子量：分子量：18.20(16.7618.20(16.76贫气贫气))密度：密度：465.16465.16（（439.24439.24贫气）㎏∕贫气）㎏∕mm³³热容：热容：3.07443.0744（（3.31753.3175贫气）贫气）kJ/kgkJ/kg--℃℃低热值：低热值：3985239852富气富气(36832.7(36832.7贫气贫气)kJ/m)kJ/m³³H2S/CO2H2S/CO2：痕量：痕量二氧化碳、硫化氢和二氧化碳、硫化氢和COSCOS采用醇胺法或其他方法脱除；采用醇胺法或其他方法脱除；水采用分子筛吸附法（主要用水采用分子筛吸附法（主要用4A4A分子筛）脱除；分子筛）脱除；汞采用可再生的汞采用可再生的HgSIVHgSIV吸附剂脱除（该吸附剂几乎可以脱吸附剂脱除（该吸附剂几乎可以脱除所有的汞，同时还可以脱水）；除所有的汞，同时还可以脱水）；氮气采用闪蒸分离法脱除。氮气采用闪蒸分离法脱除。除了烃类之外，其他杂质都是在预处理单元中去除的，预除了烃类之外，其他杂质都是在预处理单元中去除的，预处理单元一般包括：处理单元一般包括：⑴⑴来料气体的过滤和与液相的分离（如果有液相）；来料气体的过滤和与液相的分离（如果有液相）；⑵⑵利用吸收法去除利用吸收法去除COCO22、、HH22SS等酸性气体及其它可能的等酸性气体及其它可能的硫化物；硫化物；⑶⑶用固体层床吸附脱水；用固体层床吸附脱水；⑷⑷用固体层床吸附除汞。用固体层床吸附除汞。重烃，特别是芳香族是在深冷段通过分馏萃取。重烃，特别是芳香族是在深冷段通过分馏萃取。第一节分离和除尘重力式和旋风式（离心式）重力式和旋风式（离心式）分离器是脱除气体中所带固分离器是脱除气体中所带固体尘粒和凝析液滴的最常用体尘粒和凝析液滴的最常用设备。设备。第二节天然气脱水天然气工业中最常用的脱水方法有三种：天然气工业中最常用的脱水方法有三种：一、一、冷却脱水法冷却脱水法直接冷却法直接冷却法加压冷却法加压冷却法膨胀制冷冷却法膨胀制冷冷却法用机械制冷用机械制冷((冷剂制冷冷剂制冷))的油吸收法或冷凝分离法的油吸收法或冷凝分离法当气体压力较低，使用直接冷却法脱水后的气体露点达不到要当气体压力较低，使用直接冷却法脱水后的气体露点达不到要求，而采用加压冷却或机械制冷冷却又不经济时，则需采用其它求，而采用加压冷却或机械制冷冷却又不经济时，则需采用其它脱水方法。脱水方法。二、固体干燥剂吸附脱水二、固体干燥剂吸附脱水固体表面对临近气体（或液体）分子存在吸附力，在固体表固体表面对临近气体（或液体）分子存在吸附力，在固体表面可捕捉临近的气液分子，这种现象称吸附。面可捕捉临近的气液分子，这种现象称吸附。吸附有化学吸吸附有化学吸附和物理吸附两种附和物理吸附两种固体吸附剂：作为天然气脱水的固体吸附剂应具备下列条件：固体吸附剂：作为天然气脱水的固体吸附剂应具备下列条件：吸水量大；吸水量大；选择吸附好；选择吸附好；具有再生能力；具有再生能力；机械强度高，使用寿命长；机械强度高，使用寿命长；无毒，无腐蚀性；无毒，无腐蚀性；价格便宜。价格便宜。常用的吸附剂有：硅胶、活性氧化铝、分子筛等。常用的吸附剂有：硅胶、活性氧化铝、分子筛等。分子筛分子筛分子筛是以分子筛是以Al2O3Al2O3与与SiO2SiO2为基料的人工合成无机吸附剂，为具有骨为基料的人工合成无机吸附剂，为具有骨架结构的碱金属或碱土金属的硅铝酸盐晶体。架结构的碱金属或碱土金属的硅铝酸盐晶体。分子筛孔道直径均匀，大于孔道直径的气体分子不能被吸附，如：分子筛孔道直径均匀，大于孔道直径的气体分子不能被吸附，如：H2OH2O的分子直径的分子直径3.13.1ÅÅ，能被，能被4A4A分子筛吸附；而分子筛吸附；而C2H6C2H6的分子直径的分子直径4.44.4ÅÅ，不能吸附，因而分子筛的吸附具有选择性。，不能吸附，因而分子筛的吸附具有选择性。分子筛表面具有大量较强的局部电荷。因而对极性分子和不饱分子分子筛表面具有大量较强的局部电荷。因而对极性分子和不饱分子有很高的亲和力。水和硫化氢是强极性分子，所以分子筛是干燥气有很高的亲和力。水和硫化氢是强极性分子，所以分子筛是干燥气体、脱硫化氢的优良吸附剂。体、脱硫化氢的优良吸附剂。用分子筛脱水时，干气能达到的最小露点远低于其它两种吸附剂。用分子筛脱水时，干气能达到的最小露点远低于其它两种吸附剂。若用深冷法从天然气内回收若用深冷法从天然气内回收C2H6C2H6和和C3+C3+等组分或使天然气液化时，等组分或使天然气液化时，只能使用分子筛，别无他选。只能使用分子筛，别无他选。230~290(床层进口)再生气体加热温度/℃干燥装置尾气压力等于或低于原料气压力，据再生压缩条件需定再生气体10-7m3/m3或-170℃露点天然气出口含水量8~24吸附循环时间/h1.5~10.5天然气压力/MPa150×10-6~饱和天然气进口含水量/(m3/m3)104~1.67×106天然气流量/(m3/h)操作条件参数用分子筛进行天然气脱水的典型的操作条件对管道输送而言，要求气体露点小于最低管输气体温度对管道输送而言，要求气体露点小于最低管输气体温度55℃℃，对，对脱水要求较低。目前，天然气脱水常和从天然气中回收的乙、脱水要求较低。目前，天然气脱水常和从天然气中回收的乙、丙、丁烷相结合（称为轻烃回收）。轻烃回收常用：丙、丁烷相结合（称为轻烃回收）。轻烃回收常用：浅冷法：通过以氨为制冷剂的压缩式制冷机，使气体温度降浅冷法：通过以氨为制冷剂的压缩式制冷机，使气体温度降至至--2020℃℃左右，从气流中分离出来。左右，从气流中分离出来。深冷法：通过膨胀机或热分离机，使气体温度降至深冷法：通过膨胀机或热分离机，使气体温度降至--8080～～--9090℃℃左右，可使左右，可使7070％％C2C2，，9090％以上的％以上的C3C3深凝下来。深凝下来。这样，对天然气露点的要求很高，使分子筛脱水在现场获得这样，对天然气露点的要求很高，使分子筛脱水在现场获得广泛使用。广泛使用。湿气经分离器分出凝析液后进入湿气经分离器分出凝析液后进入11＃固定床吸附塔，脱水后＃固定床吸附塔，脱水后干气去下续工艺。干气去下续工艺。22＃经加热器加热对吸附剂再生然后冷却＃经加热器加热对吸附剂再生然后冷却床层床层，再生后的气体经冷却后进分水器分出液态水，此时，再生后的气体经冷却后进分水器分出液态水，此时各塔的作用是：各塔的作用是：11＃＃————吸附脱水吸附脱水22＃＃————加热吸附剂再生及冷却床层加热吸附剂再生及冷却床层待待11＃塔的去湿能力下降时，进行切换，使＃塔的去湿能力下降时，进行切换，使22＃＃————吸附，吸附，11＃＃————再生、冷却，这样就保证了脱水作业连续进行。再生、冷却，这样就保证了脱水作业连续进行。对每一个塔，吸附、再生、冷却构成了一个循环，切换周对每一个塔，吸附、再生、冷却构成了一个循环，切换周期有期有8h8h、、16h16h或或24h24h等。等。当采用两塔流程时，一塔吸附，另一塔进行再生和冷却，当采用两塔流程时，一塔吸附，另一塔进行再生和冷却，再生和冷却所占的时间分别为再生和冷却所占的时间分别为6565％～％～7575％，％，2525％～％～3535％。％。操作工艺参数：操作工艺参数：吸附操作温度：一般吸附操作温度：一般5050℃℃，否则降低吸附剂，否则降低吸附剂的去湿能力。的去湿能力。吸附操作压力：压力对吸附剂去湿能力影响很吸附操作压力：压力对吸附剂去湿能力影响很小，但应避免压力波动而影响床层的稳定性。小，但应避免压力波动而影响床层的稳定性。吸附剂寿命：决定于吸附剂种类和操作情况，吸附剂寿命：决定于吸附剂种类和操作情况，一般一般11～～33年。年。再生温度：分子筛再生温度再生温度：分子筛再生温度200200～～300300℃℃，其它，其它为为175175～～250250℃℃。。再生气流量：约为气体流量的再生气流量：约为气体流量的55～～1515％，太小％，太小不足以在规定的时间内把吸附剂提高到规定温不足以在规定的时间内把吸附剂提高到规定温度，太大容易使床层松动，降低吸附剂寿命。度，太大容易使床层松动，降低吸附剂寿命。冷却终了温度：～冷却终了温度：～5050℃℃三、甘醇脱水（吸收法）三、甘醇脱水（吸收法）液体吸收剂：天然气液体吸附剂应具有下述条件：液体吸收剂：天然气液体吸附剂应具有下述条件：吸湿性能好吸湿性能好烃类流体在吸附剂中溶解度小烃类流体在吸附剂中溶解度小容易再生，重复使用容易再生，重复使用蒸汽压低，粘度小蒸汽压低，粘度小不易和天然气组分产生化学反应不易和天然气组分产生化学反应无腐蚀性无腐蚀性廉价廉价影响甘醇脱水效果的因素：影响甘醇脱水效果的因素：贫液浓度：再生后贫液中甘醇浓度愈高，吸湿贫液浓度：再生后贫液中甘醇浓度愈高，吸湿性能愈好；性能愈好；甘醇循环量：太少不能有效地脱水，太多，脱甘醇循环量：太少不能有效地脱水，太多，脱水效果无明显改善，但操作费用上升，一般为水效果无明显改善，但操作费用上升，一般为2525～～60L60L甘醇贫液甘醇贫液/kg/kg水。水。四、膜分离法四、膜分离法用膜分离技术净化天然气，可脱出其中的用膜分离技术净化天然气，可脱出其中的CO2CO2、、H2SH2S和水分。膜和水分。膜分离装置都是撬装的，实践证明：膜分离装置对气体处理量和分离装置都是撬装的，实践证明：膜分离装置对气体处理量和CO2CO2的含量不存在上限的问题，操作费用较低，投资和费用与胺的含量不存在上限的问题，操作费用较低，投资和