预冷分离法与溶解法相结合的 LNG重烃脱除技术

贺勇

河南省濮阳市中原油田分公司天然气处理厂 457001摘要：天然气是一种优质洁净的能源，在国民经济中具有十分重要的价值。液化天然气是天然气开发利用的一项关键技术，在国内已经形成一个产业，每年都有国企和私企投入到能源消费结构中，增长速度很快。液化天然气是一个产业链，包括液化厂、储运等等，大量的相关设计、生产、施工、研究工作需要去做。

关键词：天然气 重烃脱除 方法

LNG的主要成分是甲烷，它的体积分数为80％-85％，另外还含有乙烷等。重烃通常指C5^＋（戊烷）的烃类。在烃类中，分子量由小到大时其沸点是由低到高变化的，沸点低的先汽化。所以在液化天然气循环中，重烃总是被先冷凝下来。如果重烃在浅冷阶段未分离完全，则重烃进入深冷阶段可能会凝堵，导致备通道堵塞。

一、项目概况

（一）现状

和胜石化一站采用预冷机预冷，冷媒为氟利昂，介质为乙二醇（防冻液）。原料气经过脱水、脱汞后直接进入冷箱经过一级换热器预冷；MRC经过一级、二级换热器，通过工质的重烃分离器来分离重烃。

（二）存在的问题

目前国内生产运行的 LNG 工厂中，天然气气质组成发生变化是较为常见的问题。由于重烃组分沸点高，在天然气液化过程中先于甲烷液化，必须在重烃冷凝之前将其分离出来。天然气经过二级换热器冷却后，重烃组分液化经调节阀输送至LPG储罐。由于NG重烃分离器安装在冷箱内部，并且容积较小，致使这一过程无可避免的会发生重烃分离不完全的现象。而冷箱为了增加换热效率、减少占地面积，普遍采用紧凑、轻巧、高效的板翅式结构，随着天然气冷却液化，重烃凝固并堵塞换热器狭窄的流道，导致工厂停产甚至出现安全事故。

1. 季节变化影响大

在内蒙地区不仅冬季和夏季温差大，而且昼夜温差也大，由于设备安装在室外，受环境温度影响较大，温度越高，重烃采出率越低。当环境温度过高时通常调整预冷温度，重新组合工质配比，降低前级冷箱温度。存在隐患：容易使主冷机组机械润滑油带入工质循环中，造成工质油堵，不利于换热，严重时还容易造成主冷机组缺油，损伤滑阀。

2、操作不方便

由于NG重烃分离器容积只有0.1m³且空间狭小不方便操作，这样不但分离效果不佳且需要经常排液。如果调节阀损坏或不及时排液，重烃就会带入下级换热器造成冻堵。

（三）项目来源

传统方法存在一定的局限性：重烃脱除方法一般都采用常规物理方法,即利用其物理性质加以脱除,如熔沸点的不同,溶解性的差异等等。

目前常见的天然气脱重烃工艺方案主要有:活性炭吸附法、深冷分离法、溶解法。

1、 吸附法

吸附法分离天然气中重烃的原理是利用吸附剂对苯、环己烷等重烃的选择性吸附的特性进行分离,此吸附多为物理吸附,过程可逆,当吸附达到饱和后,再用热甲烷气脱附,再生的吸附剂可循环使用。

局限：设备占地面积大，适合处理杂质含量低的气源，对气源变化适应能力差，应用区域有限。

2、深冷分离法

利用熔沸点的不同,进行气液分离。低温分离工艺是最为广泛的天然气脱烃方法,它是将天然气冷却至烃露点温度以下某一低温,得到部分富含较重烃类的凝液,并在此低温下使其与气体分离。

局限：在多数液化工艺中都设计了低温重烃分离器,一般此分离器较小,重烃含量高时分离不彻底仍会造成冷箱冰堵。

3、溶解法

利用相似相容原理,采用异戊烷作为吸收溶剂洗涤天然气中的重烃组分，也可利用冷箱预冷分离出的重烃作为洗涤液。

局限：在脱苯方面效果较好，对其他重烃不能完全脱除干净。

二、实施方案

（一）实施思路

当原料气中丙烷，丁烷含量较高时这种操作方式将产生大量的闪蒸气，易造成装置能耗增加；而重烃分离不彻底则会在冷箱后级累积造成冷箱冻堵。

（二）措施方案

为解决以上问题，本方案通过增设以下流程来实施：

1、将重烃分离器更改至冷箱外：重烃分离器被安装在冷箱外部，设立了独立的脱烃单元，而且容积较大,为0.3m³。

2、新增流程：将预冷分离法与溶解法相结合的脱重烃流程。

将净化后的天然气连接至重烃洗涤塔，进行一次脱烃。净化气再经过冷箱预冷（浅冷）降温后进入经过重烃分离器二次脱烃；重烃分离器的液相重烃作为洗涤剂由屏蔽泵从洗涤塔顶部注入。

（三）本流程优点：

1、对原料气的两次净化处理，进一步减少深冷段重烃含量，降低了冻堵的可能性。

2、利用冷箱出口重烃作为洗涤剂，减少设备数量，节约成本。原料气在历经脱酸、脱汞、脱水后到脱重烃环节，原料气首先在重烃洗涤塔内由屏蔽泵输送的重烃溶液由上部喷淋，同时给进入重烃洗涤塔内的净化天然气进行降温。根据相似吸收原理，较大部分的重烃在这一环节被吸收；在第一步吸收以后，净化后的天然气进入冷箱。在冷箱冷却后，原料气的温度可达-25℃到-35℃，其中的重烃组分冷凝下来，进入重烃分离器，底部的液相部分全部由屏蔽泵打入重烃洗涤塔吸收原料气的重烃组分，顶部的气相部分回到冷箱液化为LNG输送至储罐储存。

三、现场应用效果分析

改造前：

1. 冷箱容易发生冻堵现象，复温操作频繁发生，设备损伤严重，影响产量，从而在时间和经济上受到损失。

2. 重烃凝固在换热器表面，降低了换热效率。LNG温度偏高，温度在-140℃左右。

改造后：降低了冷箱发生冻堵的可能性，可以使LNG的温度达到-160℃左右，并提高了LPG的产量；避免因冷箱冻堵带来的负面效果及损失的经济利益。

（一）投入

投入的费用主要用于购买重烃洗涤塔，重烃分离器约20万/套；两台低温泵约1万/台；电气、仪表线缆2百米，约2000元；导热油管线，约3000元；人工改造费用5000元，投入共计23万元。

（二）效益

直接经济效益

a）减少放空量：在冷箱放空时需要原料气的换热才能尽快的完成复温，通常的瞬时放空量为800m³/h，当地气价为1.86元/m³,每次时间为3个小时左右，每月最少2次，目前LNG一吨3500元，所以每年放空的损失为；800×3×2×12×1.86=107136元，因放空耽误生产损失为：1250×3×2×12×3500÷1500=210000元，合计31.7136万元。

b）设备损耗：冷箱放空时应力变化很大，经常放空容易造成冷箱的刺漏，当冷箱出现刺漏时，需要维修及其焊接，还有很多的准备工作，氮气吹扫等，维修成本较高，需要时间12小时左右。维修成本=1250×12小时×次数×3500元/1500即每年的维修费。人工费约5000元。按一年维修一次计算合计4万元。

c）增产增效：改造前LNG产量为23t/28h，改造后产量为23t/27.5h，按一年正常生产330天计算，每小时增产LNG约0.015t，年增产LNG 0.015×330×24=118.8t；改造前LPG产量为16t/30d，改造后产量为16t/28d，按一年正常生产330天计算，每天增产LPG约0.038t，年增产LPG 0.038×330=12,54t.LNG目前一吨3500元，LPG目前一吨3300元，故年增产额为：118.8×3500+12.54×3300=45.7182万元。综上所述，每年可增加效益：31.7136+4+45.7182=81.4318万元。

四、总结

冷箱外加装重烃汽提塔、重烃分离器等设备，提高了装置的适应性，能提高重烃的收率，减少冷箱冻堵，降低天然气放空量，减低了放空气体带来的安全风险，减少了大气污染，有力地保护了环境，而且降低了能耗，为投用者提高了很大的经济价值，具有很大的推广价值。

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