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        LNG裝置天然氣中酸性氣體脫除工藝

        2020-03-06 07:54:28桂兵海
        山東化工 2020年3期
        關(guān)鍵詞:調(diào)節(jié)閥工藝

        桂兵海

        (寧夏哈納斯液化天然氣有限公司,寧夏 銀川 750021)

        天然氣在進(jìn)行液化之前,必須要對(duì)其進(jìn)行一系列的凈化處理,脫除其中諸如H2S、CO2、H2O、重質(zhì)烴(C6+)、Hg等氣體及固體雜質(zhì),從而避免在液化時(shí)的低溫狀態(tài)下,氣體、水分等凍結(jié),造成管道和閥門堵塞,并避免對(duì)管道及設(shè)備產(chǎn)生腐蝕[1]。

        天然氣預(yù)處理的主要目的如下:(1)避免天然氣中的酸性氣體,諸如SO2、H2S、CO2等對(duì)凈化和液化設(shè)備、管道造成腐蝕;(2)防止在極低的溫度下(低于-162℃)水、重?zé)N(C6+烴類)等凍結(jié),從而避免其堵塞深冷設(shè)備、管道和節(jié)流閥等;(3)保證在極低的溫溫下,液化裝置能夠安全、平穩(wěn)和長(zhǎng)周期地運(yùn)行;(4)提高天然氣的熱值,滿足氣體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[2]。LNG裝置天然氣的凈化處理指標(biāo)見下表1。

        表1 LNG裝置天然氣的凈化處理指標(biāo)

        1 天然氣中酸性氣體脫除過程概述

        天然氣原料中含有少量CO2和H2S之類的雜質(zhì),這些氣體雜質(zhì)被統(tǒng)稱為“酸性氣體”。天然氣還含有少量重?zé)N,比如己烷和庚烷等。為了防止天然氣中酸性氣體對(duì)設(shè)備、工藝管線的腐蝕,以及可能在液化單元產(chǎn)生干冰或水合物,堵塞深冷換熱器管束和閥門,必須將酸性氣體脫除到微量水平,從而使LNG產(chǎn)品合格。

        含酸性組分的天然氣進(jìn)入吸收塔底部,由下而上與“胺溶液”接觸逆流接觸,胺溶液為堿性溶液,吸收酸性氣體,從而將酸性氣體脫除,這個(gè)過程被稱為“吸收過程”。此過程發(fā)生在叫做“吸收塔”的塔內(nèi)。

        酸性氣體被脫除后的天然氣(被稱為“甜氣”)離開吸收塔頂部,進(jìn)入分離器除去攜帶的胺液滴后進(jìn)入凈化處理的下一個(gè)過程-脫水單元。當(dāng)“甜氣”離開吸收塔頂時(shí),它含低于0.0050 mol%(50 ppmv)的CO2和低于4 mg/Nm3的H2S。

        從吸收塔底出來的胺吸收了酸性氣體,它被稱為“富胺”。必須從富胺中脫除酸性氣體,使胺能再次使用。從富胺中脫除酸性氣體稱為“胺再生”,在被稱為“胺再生塔”的塔內(nèi)進(jìn)行再生。再生后的胺稱為“貧胺”,貧胺經(jīng)泵加壓后進(jìn)入吸收塔循環(huán)使用。

        2 天然氣中酸性氣體脫除工藝的選擇

        天然氣脫除酸性組分的方法有物理吸收法、化學(xué)吸收法、聯(lián)合吸收法、直接氧化法和膜分離法等[3]。在化學(xué)吸收法中,醇胺法是目前世界上所使用最廣泛的天然氣脫酸性氣體工藝。醇胺溶液作為化學(xué)吸收法中所使用最廣泛的吸收劑,有一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、二甘醇胺(DGA)、甲基二乙醇胺(MDEA)和二異丙醇胺(DIPA)等。MEA和DEA的腐蝕性較大,再生所需熱量大,易發(fā)泡,在有機(jī)硫存在下會(huì)發(fā)生降解,因此對(duì)醇胺類溶劑可選擇一種改良的溶劑-甲基乙二醇胺(MDEA)和活化劑(HEP)的混合溶劑用來脫除天然氣中的酸性氣體。

        MDEA+HEP的混合溶劑相對(duì)于其它的脫酸氣工藝主要具有以下優(yōu)勢(shì):(1)吸收H2S和CO2的能力強(qiáng),尤其是在天然氣中CO2含量比H2S含量高時(shí),應(yīng)用活化的MDEA和HEP的混合溶劑效果比較好,同時(shí)能脫除部分有機(jī)硫;(2)凈化度高,被凈化的氣體中酸氣殘留非常低;(3)適用性寬,吸附和再生過程中胺液攜帶損失?。?4)工藝成熟,高反應(yīng)率,穩(wěn)定可靠;(5)再生容易,耗能小,再生效果好;(6)成本低。

        3MDEA+HEP法脫酸性氣體的工藝流程和主要設(shè)備

        基于國內(nèi)某處理量為2,000,000 Nm3/d的LNG裝置,其吸收塔入口天然氣的組成如表2。

        表2 某處理量為2,000,000 Nm3/d的LNG裝置吸收塔入口天然氣的組成

        MDEA+HEP法脫酸性氣體的工藝流程見圖1,它主要包含三個(gè)部分。

        圖1 MDEA+HEP法脫酸性氣體的工藝流程圖

        3.1 吸收部分

        天然氣自吸收塔C-201底部進(jìn)入,與從頂部進(jìn)入的貧胺溶液逆流接觸。當(dāng)酸性氣體鼓泡穿過貧胺溶液時(shí),氣液接觸促進(jìn)了貧胺對(duì)酸性氣體的吸收。胺液含酸性氣越多,胺變得“更富”。為了避免烴在吸收塔內(nèi)冷凝,引起塔盤起泡從而影響吸收效率,從吸收塔頂部進(jìn)入的貧胺溫度需要比天然氣進(jìn)氣的露點(diǎn)高5~8℃。吸收塔塔底液位在液位調(diào)節(jié)閥的控制下,將富胺輸送到閃蒸罐。

        3.2 胺再生部分

        3.2.1 富胺閃蒸罐

        從吸收塔底來的富胺進(jìn)入閃蒸罐V-201,大多數(shù)被吸收到富胺中的烴被解吸到閃蒸氣相。在壓力調(diào)節(jié)閥的控制下,將閃蒸氣回收到燃料氣系統(tǒng)。閃蒸罐液位在液位調(diào)節(jié)閥的控制下,富胺被輸送到貧/富胺換熱器E-202。

        3.2.2 貧/富胺換熱器

        在貧/富胺換熱器E-202里,再生塔C-202出來的熱貧胺將閃蒸罐出來的富胺加熱后,富胺進(jìn)入胺再生塔。

        3.2.3 胺再生塔(汽提塔)

        胺再生塔底再沸器E-204產(chǎn)生的蒸汽與富胺溶液逆流接觸,將其中的酸性氣汽提出來,從而完成了富胺的再生。在胺再生塔底液位調(diào)節(jié)閥的控制下,熱貧胺溶液溢流到貧/富胺換熱器。

        3.2.4 胺再生塔底再沸器

        釜式胺再生塔底再沸器E-204的殼程產(chǎn)生汽提蒸汽,用導(dǎo)熱油作為加熱介質(zhì),在熱油流量調(diào)節(jié)閥的控制下在再沸器的管程進(jìn)行循環(huán)。

        3.2.5 貧胺泵

        從貧/富胺換熱器E-202出來的貧胺溶液通過貧胺泵P-201A/B輸送到貧胺冷卻器E-201進(jìn)行冷卻。

        3.2.6 貧胺加壓泵

        貧胺加壓泵P-202A/B將胺緩沖罐V-205中的胺增壓到要求值,并送入到吸收塔。在去吸收塔的貧胺管線上安裝流量調(diào)節(jié)閥,通過調(diào)節(jié)閥控制進(jìn)入吸收塔的貧胺流量。

        3.3 輔助設(shè)施

        3.3.1 胺過濾工藝包

        貧胺冷卻器下游的部分常溫胺液被輸送到胺過濾工藝包,將固體顆粒、溶解烴以及污染物除去,從而避免這些雜質(zhì)引起胺系統(tǒng)腐蝕和起泡。

        3.3.2 消泡劑注射工藝包

        天然氣中的酸性氣和重?zé)N過高時(shí),胺液有可能起泡。起泡嚴(yán)重時(shí),需要加入少量的消泡劑,因此需設(shè)置消泡劑注射工藝包。

        4 物料衡算

        物料衡算是進(jìn)、出物料的平衡。MDEA+HEP法脫酸性氣體的HYSYS計(jì)算模型見圖2。

        圖2 MDEA+HEP法脫酸性氣體的HYSYS計(jì)算模型

        利用AspenHYSYS軟件對(duì)MDEA+HEP法脫酸性氣體進(jìn)行模擬。吸收塔和再生塔均為浮閥塔。根據(jù)吸收塔入口天然氣的組成特點(diǎn),選用質(zhì)量濃度為37.9%的MDEA和7.6%的HEP混合溶液脫除酸性氣體。表3為主要物流的工藝設(shè)計(jì)參數(shù)。

        表3 LNG裝置酸性氣體脫除單元主要物流的工藝設(shè)計(jì)參數(shù)

        根據(jù)圖2MDEA+HEP法脫酸性氣體的HYSYS計(jì)算模型,所作的物料衡算見表4。

        表4 物料平衡

        表4(續(xù))

        5 結(jié)語

        本文基于國內(nèi)某處理量為2,000,000 Nm3/d的LNG裝置,通過使用HYSYS模擬軟件對(duì)MDEA+HEP法脫酸性氣體進(jìn)行流程計(jì)算,總結(jié)如下:

        (1)根據(jù)裝置處理能力和天然氣的組分,確定了MDEA+HEP法脫酸性氣體的工藝流程和主要的工藝設(shè)計(jì)參數(shù)。

        (2)使用HYSYS模擬軟件建立了MDEA+HEP法脫酸性氣體的工藝模型,并進(jìn)行了物料衡算。

        (3)當(dāng)天然氣中CO2含量比H2S含量高時(shí),使用MDEA+HEP的混合溶劑對(duì)酸性氣體的脫除效果比較好。本文采用質(zhì)量濃度為37.9%的MDEA和7.6%的HEP的混合溶液,加快了MDEA溶液吸收酸性氣體的反應(yīng)速率。吸收塔頂甜氣中含CO2為0.375 ppmv,H2S為0.005 ppmv,幾乎完全地脫除了CO2和H2S,滿足天然氣深度凈化的要求。

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