周豪

摘要：LNG即天然氣儲(chǔ)存里面一項(xiàng)高新技術(shù)。常壓條件下把氣態(tài)天然氣通過深冷技術(shù)冷卻到零下一百六十二攝氏度，讓它凝結(jié)成液體，這個(gè)液體即為L(zhǎng)NG。而把天然氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)存儲(chǔ)的技術(shù)即為L(zhǎng)NG技術(shù)。六百二十五立方的天然氣液化成LNG后體積僅為一立方，所以天然氣液化以后能夠極大程度減少空間使用，有利于管道以及罐車運(yùn)輸。

關(guān)鍵詞：液化天然氣；影響；凈化工藝

一、天然氣雜質(zhì)對(duì)液化的影響

天然氣的凈化是指脫除天然氣中的硫化氫、水、二氧化碳、重?zé)N和汞等雜質(zhì)，以免這些雜質(zhì)腐蝕設(shè)備及在低溫下凍結(jié)而堵塞設(shè)備和管道。

（一）水分

天然氣從地層中開采出來后會(huì)含有水分，液化裝置中的水在低于零度時(shí)會(huì)結(jié)冰或霜，同時(shí)水還會(huì)和天然氣形成天然氣水合物。天然氣水合物是半穩(wěn)定的固態(tài)化合物，可以在零度以上形成。這些物質(zhì)可以凍結(jié)換熱器表面和節(jié)流閥的工作部分，影響換熱甚至堵塞管道。

（二）硫化氫

硫化氫是一種酸性氣體，對(duì)金屬具有腐蝕性。

（三）二氧化碳

二氧化碳也是酸性氣體。二氧化碳在低溫下會(huì)結(jié)晶，在0.1MPa下，升華點(diǎn)為-78.5℃，比液化天然氣高，因此會(huì)在換熱器表面結(jié)晶，影響液化。

（四）重?zé)N

天然氣中主要成分為甲烷，通常還含有一些其他烷烴，如乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等。通常重?zé)N是指C5+以上的烴類。烴類的凝固點(diǎn)隨分子量（即碳鏈的長(zhǎng)度）變大而升高。天然氣液化時(shí)，重?zé)N總是先冷凝結(jié)晶，從而堵塞管道。

低碳烴類可以溶解在液化天然氣中，對(duì)液化的影響不大。在-183.3℃以上時(shí)，乙烷、丙烷能以任意濃度溶解于LNG中。

（五）汞

汞會(huì)嚴(yán)重腐蝕鋁制設(shè)備，當(dāng)汞存在時(shí)，鋁會(huì)與水反應(yīng)生成白色粉末狀的腐蝕產(chǎn)物。極其微量的汞足以給鋁制設(shè)備帶來嚴(yán)重的破壞。同時(shí)汞是有害重金屬，會(huì)帶來環(huán)境污染，對(duì)檢修人員產(chǎn)生危害。

二、液化天然氣的凈化

（一）天然氣的質(zhì)量要求

（1）最小熱值

天然氣本身具有質(zhì)量要求，為了保證天然氣用戶能自主根據(jù)燃燒值確定設(shè)備的型號(hào)，必須確定最小熱值。最小熱值指的是在單位時(shí)間內(nèi)天然氣釋放出最低熱量，熱量大小和N2和我CO2有一定的聯(lián)系。

（2）含硫量

硫本身質(zhì)地軟，體積輕，粉末有異味。含硫量過多會(huì)嚴(yán)重危害到大家的日常生活，為了控制天然氣的腐蝕性，必須控制硫量的大小。含硫量的指標(biāo)主要以H2S表示，正常情況下H2S含量在5-24mg/m3。

（3）烴露點(diǎn)

在一定壓力下，天然氣中析出第一滴液烴時(shí)的溫度，與天然氣的壓力的和組成部分有一定的聯(lián)系。

（4）水露點(diǎn)

在一定壓力下，天然氣飽和濕度相對(duì)應(yīng)的溫度，也可指天然氣中的水蒸氣在一定壓力下凝結(jié)出第一滴水時(shí)天然氣的溫度。

（二）液化天然氣預(yù)處理指標(biāo)

液化天然氣廠凈化系統(tǒng)處理前要進(jìn)行預(yù)處理，除去其中含有的有害物質(zhì)及可能結(jié)晶的物質(zhì)，主要包括：水分、汞、重?zé)N等雜質(zhì)。對(duì)天然氣進(jìn)行預(yù)處理的目的主要為以下幾點(diǎn)

（1）避免低溫下水與烴類凍結(jié)，從而堵塞設(shè)備和管道，降低管線的輸送能力。

（2）提升天然氣最低熱值，滿足氣體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

（三）酸性氣體的脫除

天然氣中含有的H2S，CO2被統(tǒng)一稱為酸性氣體，酸性氣體長(zhǎng)期存在會(huì)導(dǎo)致金屬管道及相關(guān)設(shè)備受到腐蝕，長(zhǎng)此以往影響使用壽命。其次基于酸性氣體的特殊性，在應(yīng)用中會(huì)造成環(huán)境污染，因此在凈化過程中首先要脫除酸性氣體，具體脫除方法如下。當(dāng)前較為常用的脫除方法主要有兩種，分別為濕法和干法。濕法適應(yīng)當(dāng)前工藝需要，是首選方法。以下將對(duì)化學(xué)吸收法和物理吸收法進(jìn)行詳細(xì)的分析。

（1）化學(xué)吸收法

化學(xué)吸收法是一種可逆性的化學(xué)變化，可吸收原料中弱堿性的物質(zhì)。主要包括：原料本身的酸性物質(zhì)，例如：H2S，CO2，當(dāng)溫度升高時(shí)，在進(jìn)行吸收過程中，雜質(zhì)混合物自然會(huì)釋放出大量的酸氣。醇胺溶液是化學(xué)吸收法在中常用的吸收劑之一，醇胺溶液主要組成部分是胺溶液，與原料天然氣中的酸性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而脫除天然氣中的酸性物質(zhì)。醇胺吸收法具有成本低、應(yīng)用范圍廣、反應(yīng)速度快的特點(diǎn)。在實(shí)踐中有不可替代的作用。

（2）物理吸收法

物理吸收法和化學(xué)吸收法最大的特點(diǎn)就是在原料酸性基礎(chǔ)上，讓所有物質(zhì)進(jìn)行脫離，溶劑本身的酸氣負(fù)荷與酸性成分成正比，如果液體壓力下降，會(huì)立即將酸性氣體釋放出來，該種方式通常實(shí)用于高壓、低溫環(huán)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）水分脫除

在一定條件下，原料中含有的飽和水分會(huì)有生成碳?xì)浠衔锏目赡苄?，?yán)重者會(huì)導(dǎo)致液化系統(tǒng)裝置中的各個(gè)管路出現(xiàn)堵塞的情況。管道中含有水分，長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)會(huì)形成具有腐蝕性酸性溶液，進(jìn)而對(duì)設(shè)備及管道造成嚴(yán)重腐蝕。

（1）低溫冷凝法

低溫冷凝法是利用高壓天然氣節(jié)流膨脹降溫或者利用透平膨脹降溫，應(yīng)用天然氣和水汽凝結(jié)的溫度差，將天然氣中水汽和冷凝為液體，通過液烴和水的密度差進(jìn)行重力分離，該方法適用于高壓天然氣，如果對(duì)低壓天然氣進(jìn)行處理時(shí)需要進(jìn)行增壓操作。

（2）溶劑吸收脫水法

溶劑吸收法是利用某些溶劑對(duì)天然氣中的水進(jìn)行溶解，具有和化學(xué)反應(yīng)類似的特點(diǎn)，混合液蒸汽壓較低，溶劑可以再利用。該方法最大的特點(diǎn)是處理量較大，脫水時(shí)間快，應(yīng)用范圍廣。

三 貧液循環(huán)泵工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)及優(yōu)化

該工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)為：1）選泵時(shí)將其中的富余量作為主要的參數(shù)，利用可靠的計(jì)算方法對(duì)貧液循環(huán)量進(jìn)行合理地計(jì)算，確定出符合實(shí)際生產(chǎn)需要的揚(yáng)程大?。?）工藝設(shè)備使用過程中，為了減少溶劑損耗，可以采用機(jī)械密封法，同時(shí)為了延長(zhǎng)貧液循環(huán)泵的使用壽命，工藝設(shè)計(jì)中宜采用離心泵；3）運(yùn)用貧液循環(huán)泵時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)該充分地考慮天然氣凈化工藝的實(shí)際要求，確保這種循環(huán)泵的參數(shù)設(shè)備能夠達(dá)到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際要求。

貧液循環(huán)泵工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化的措施主要包括：1）為了保證天然氣處理廠生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行的高效性，應(yīng)該選用可靠地設(shè)備增強(qiáng)貧液循環(huán)泵工作過程中的節(jié)能效果，相關(guān)的研究報(bào)告指出，選用背壓式汽輪機(jī)作為循環(huán)泵的原動(dòng)機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行過程中的節(jié)能環(huán)保發(fā)展目標(biāo)；2）為了降低設(shè)備使用過程中的電能消耗率，應(yīng)選用可靠的水力透平泵；3）將貧液循環(huán)泵安裝在貧液空冷器之后，減少設(shè)備的投資成本。

結(jié)語

LNG作為一種清潔能源，其需求正不斷增長(zhǎng)。天然氣中的雜質(zhì)對(duì)LNG液化有很大影響，水分、二氧化碳、重?zé)N液化裝置中會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶，堵塞管道，影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行；硫化氫對(duì)金屬有腐蝕性；汞會(huì)腐蝕鋁制設(shè)備；天然氣中的氦、氮?dú)庠谝夯^程中增加動(dòng)力消耗。

天然氣的組分對(duì)天然氣凈化工藝的選擇有很大影響，因此對(duì)一個(gè)特定的項(xiàng)目，凈化工藝的選擇應(yīng)考慮以下因素：①根據(jù)天然氣中氣相雜質(zhì)的組成和含量，選擇適合的凈化工藝；②液化裝置對(duì)凈化氣的技術(shù)要求；③投資及操作費(fèi)用。

參考文獻(xiàn)

[1]溫崇榮，李洋.天然氣凈化硫回收技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].天然氣工業(yè).2009（03）

[2]羅小武.天然氣凈化工藝技術(shù)研究與應(yīng)用[J].天然氣與石油.2006（02）

[3]牛剛，黃玉華，王經(jīng).低溫甲醇洗技術(shù)在天然氣凈化過程中的應(yīng)用[J].天然氣化工.2003（02）

[4]郭揆常 .工藝天然氣處理 [M].北京：中國(guó)石化出版社，2011.

[5]郭揆常 .液化天然氣（LNG）應(yīng)用與安全[M].北京：中國(guó)石化出版社，2010.

[6]顧安忠，等 .液化天然氣技術(shù) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

（作者單位：武漢市天然氣有限公司）