行潔(陜西延長(zhǎng)石油天然氣股份有限公司，陜西 延安 716000)

0 引言

我國(guó)在不斷發(fā)展的過(guò)程中，對(duì)大氣造成了一定程度的污染。為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，應(yīng)盡可能地使用清潔能源，減少污染物的排放。天然氣就是一種典型的清潔能源。隨著國(guó)家和社會(huì)對(duì)天然氣的需求量持續(xù)加大，這就要求液化天然氣工程有更高的生產(chǎn)效率。要充分利用脫重?zé)N工藝技術(shù)來(lái)解決凍堵問(wèn)題，盡可能地保證工廠生產(chǎn)工作的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 LNG脫重?zé)N工藝技術(shù)的背景

某些液化天然氣工廠是利用灌輸天然氣來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)的，很容易受到諸多不穩(wěn)定因素的影響。比如：氣源相對(duì)比較復(fù)雜、混合的比例不夠穩(wěn)定、用戶(hù)用氣量發(fā)生變化等。這些因素很可能導(dǎo)致LNG生產(chǎn)時(shí)偏離值設(shè)計(jì)無(wú)法保持穩(wěn)定。這一現(xiàn)象在大部分LNG工廠都很普遍，甚至有些工廠會(huì)無(wú)奈地以天為單位來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的變化。而在諸多的變化當(dāng)中，重?zé)N變化無(wú)疑是最容易影響系統(tǒng)的變化。重?zé)N變化通常會(huì)導(dǎo)致冷箱天然氣通道因?yàn)閮龌霈F(xiàn)堵塞的問(wèn)題，從而使得冷熱溫度相差過(guò)大，甚至高于20 ℃，這會(huì)嚴(yán)重影響工廠的生產(chǎn)效率[1]。一般情況下，工廠會(huì)選擇通過(guò)對(duì)冷凍箱升溫來(lái)進(jìn)行解凍處理，以促使天然氣能夠暢通流通。但這又進(jìn)一步地降低了生產(chǎn)的效率，同時(shí)天然氣放火炬的數(shù)量也會(huì)急劇增多。另外，這也在很大程度上造成了資源的浪費(fèi)，不符合節(jié)能環(huán)保的需求，降低了生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。在這樣的背景下，脫重?zé)N工藝技術(shù)的運(yùn)用就顯得尤為重要了，合理利用脫重?zé)N工藝技術(shù)，可以有效提升生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。同時(shí)還能有效節(jié)約成本和資源，能夠?yàn)長(zhǎng)NG工廠的持續(xù)健康發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。

2 LNG工廠冷箱凍堵原因分析

目前來(lái)說(shuō)，人們將更多的關(guān)注放在了天然氣液化工藝制冷技術(shù)的研究上，而隨著科技的發(fā)展，自動(dòng)化控制也成了主要的研究方向之一。但是對(duì)天然氣液化過(guò)程中冷箱凍堵的情況并沒(méi)有引起足夠的重視，對(duì)造成這一問(wèn)題的原因也沒(méi)有進(jìn)行全面和深入分析。根據(jù)研究表明，在LNG液化天然氣生產(chǎn)過(guò)程中，最容易造成天然氣通道凍堵現(xiàn)象的原因就是芳香烴的凝固，芳香烴本身含有較多的烴、苯等物質(zhì)，因此更容易產(chǎn)生凝固現(xiàn)象。如果天然氣組分產(chǎn)生了一定的變化，也會(huì)引起天然氣性質(zhì)的改變。在進(jìn)行液化生產(chǎn)時(shí)，一旦天然氣的露點(diǎn)產(chǎn)生改變，那么就會(huì)導(dǎo)致原有的分離溫度不能有效發(fā)揮其分離重?zé)N的作用，天然氣中的重?zé)N如果不能被有效地分離，就會(huì)使得天然氣出冷箱產(chǎn)生凍堵問(wèn)題，影響生產(chǎn)工作的效率和質(zhì)量。在遇到諸如此類(lèi)的情況時(shí)，部分企業(yè)會(huì)選擇調(diào)節(jié)混合冷劑組分的方式來(lái)對(duì)其分離溫度進(jìn)行調(diào)整，但這又進(jìn)一步對(duì)冷箱的冷量分布造成了影響，也會(huì)嚴(yán)重破壞天然氣處理效率和質(zhì)量。在液化天然氣實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于操作不當(dāng)而導(dǎo)致的冷凍箱凍堵現(xiàn)象也屢見(jiàn)不鮮。而以下兩種情況是最常見(jiàn)的誤操作行為：首先，在對(duì)天然氣進(jìn)行預(yù)處理時(shí)操作不當(dāng)。如果此時(shí)天然氣脫碳裝置的運(yùn)行狀況正常，而其外部的儀表風(fēng)溫度不合理，未達(dá)到需求標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)使得脫碳裝置的MDEA酸氣負(fù)荷產(chǎn)生一定的波動(dòng)。除此之外，再沸器的溫度狀況也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生同樣的影響。第二種情況則是在對(duì)液化裝置進(jìn)行操作時(shí)行為不當(dāng)。在生產(chǎn)過(guò)程中，部分人員沒(méi)有將冷量匹配控制在合理標(biāo)準(zhǔn)，從而導(dǎo)致冷箱中部的溫度有所增加，使得重?zé)N不能被有效的分離，也會(huì)造成冷凍箱通道的堵塞。

3 LNG脫重?zé)N工藝

因?yàn)槔鋬鱿鋬龆碌默F(xiàn)象在LNG工廠生產(chǎn)過(guò)程中非常普遍，因此脫重?zé)N工藝技術(shù)的運(yùn)用是非常關(guān)鍵的。本文便對(duì)一些脫重?zé)N工藝技術(shù)進(jìn)行了全面分析和研究。

3.1 低溫深冷分離工藝

雖然近年來(lái)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展十分迅速，但是客觀的講，我國(guó)天然氣產(chǎn)業(yè)還有很大的發(fā)展空間。除此之外，我國(guó)的天然氣管網(wǎng)仍有待進(jìn)一步提高。一般來(lái)說(shuō)，液化天然氣生產(chǎn)工廠會(huì)選擇坑口氣來(lái)作為原料，坑口氣有著其獨(dú)特的性質(zhì)，比如穩(wěn)定性較強(qiáng)。因此針對(duì)坑口氣產(chǎn)生的凍堵現(xiàn)象，可以多考慮使用低溫深冷分離工藝[2]。低溫深冷分離工藝會(huì)通過(guò)抽出的形式來(lái)降低冷箱中天然氣的壓力，然后再通過(guò)降溫技術(shù)來(lái)降低天然氣的溫度，一般要將其控制在50 ℃以下。然后再把重組分通過(guò)液態(tài)的方式析出，再使用出沫網(wǎng)來(lái)對(duì)其進(jìn)行分離成氣態(tài)和液態(tài)，以規(guī)避冷箱通道凍堵的問(wèn)題。和其他脫重?zé)N工藝技術(shù)相比，低溫深冷分離工藝的操作更加便捷，而且所需成本較低，所以受到了廣泛的青睞。但是需要注意的是，假如原料氣中重組分含量過(guò)高，甚至高于1 000 mg/dm3的時(shí)候，那么對(duì)溫度的要求就會(huì)增高，這就會(huì)產(chǎn)生提前液化現(xiàn)象，對(duì)產(chǎn)品造成一定的損失。而且如果甲苯之類(lèi)的物質(zhì)含量較少的話(huà)，低溫深冷分離工藝的效果也會(huì)大打折扣，所以在使用的時(shí)候，要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行選擇和調(diào)整。

3.2 低溫洗滌工藝

低溫洗滌工藝是先讓天然氣在冷箱上部經(jīng)過(guò)-40 ℃的預(yù)冷，然后再使天然氣進(jìn)入到低溫洗滌塔中去[3]。需要注意的是，這一過(guò)程中要確保洗滌塔的塔頂出口沒(méi)有殘余的天然氣重組分，因此需要把部分LNG產(chǎn)品當(dāng)成塔頂?shù)幕亓?。同時(shí)利用液相冷劑或者是原料氣來(lái)給塔底再沸器提供部分熱量，從而有效提高被分離組分的重?zé)N含量，并且降低閃蒸量。低溫洗滌工藝技術(shù)的適應(yīng)性比較好，而且成本消耗較低，所以在進(jìn)行脫重?zé)N操作時(shí)被廣泛應(yīng)用。

3.3 干法吸附工藝

干法吸附工藝在實(shí)際中的運(yùn)用也是比較廣泛的。干法吸附工藝是利用吸附劑來(lái)對(duì)原料氣中的重組分進(jìn)行相應(yīng)的處理，通過(guò)吸附作用來(lái)使重組分脫離，從而有效解決重組分在冷箱低溫處產(chǎn)生凍堵的問(wèn)題。通常來(lái)說(shuō)，根據(jù)吸附方式的不同，可以分為兩塔和三塔。兩塔和三塔有著各自的優(yōu)勢(shì)，兩塔吸附工藝技術(shù)在操作流程上比較簡(jiǎn)單，而且所需成本較低。不過(guò)兩塔吸附方式在解吸時(shí)需要消耗比較久的時(shí)間，這無(wú)疑降低了脫重?zé)N工作的效率。和兩塔吸附工藝相比，三塔吸附工藝的操作流程相對(duì)更加復(fù)雜，而且需要較高的成本投入，所以經(jīng)濟(jì)性較差。但是其效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于兩塔吸附工藝技術(shù)，因此工作人員需要根據(jù)實(shí)際情況和生產(chǎn)要求，合理進(jìn)行選擇。干法吸附工藝有一個(gè)非常顯著的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)這種脫重?zé)N工藝技術(shù)，可以有效地將重組分盡可能地脫除。除此之外，在分離重組分時(shí)，冷箱所消耗的冷量也相對(duì)較少，這就有效減少了對(duì)電力的消耗。不過(guò)需要注意的是，假如重組分超出工藝預(yù)想范圍太多，在吸附時(shí)就很容易產(chǎn)生穿透現(xiàn)象，從而進(jìn)一步導(dǎo)致冷箱凍堵的問(wèn)題。

3.4 節(jié)流分離法

節(jié)流分離法也是常見(jiàn)的一種脫重?zé)N工藝技術(shù)，節(jié)流分離法利用的是氣體在從穩(wěn)定的高壓節(jié)流到穩(wěn)定低壓節(jié)流的時(shí)候，假如其流動(dòng)的速度保持穩(wěn)定，那么其先后的焰值也不會(huì)發(fā)生太大的變化，而氣體的溫度會(huì)產(chǎn)生一定的改變，這其實(shí)就是常說(shuō)的焦耳-湯姆遜效應(yīng)。節(jié)流分離法則是充分利用了焦耳-湯姆遜效應(yīng)，然后對(duì)原料氣里面包含的各種烴類(lèi)組分進(jìn)行分離，因?yàn)椴煌瑹N類(lèi)組分，它的溫度也各不相同，所以在進(jìn)行降溫處理時(shí)，可以很好地進(jìn)行區(qū)分。此外，學(xué)者還設(shè)計(jì)出了小壓差節(jié)流制冷脫烴工藝，這種優(yōu)化后的工藝技術(shù)很好的滿(mǎn)足天然氣外輸?shù)男枨骩4]。

3.5 膜分離法

隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，膜分離法也應(yīng)運(yùn)而生。膜分離法是一種新興的氣體處理技術(shù)。這一技術(shù)主要運(yùn)用了氣體在經(jīng)過(guò)高壓推動(dòng)，透過(guò)薄膜的時(shí)候擴(kuò)散速率有所差別這一現(xiàn)象，來(lái)對(duì)氣體進(jìn)行有效分離。根據(jù)膜致密度的差別，一般會(huì)將其分成無(wú)孔膜和多孔膜，這兩者的運(yùn)用原理有所區(qū)別。無(wú)孔膜主要運(yùn)用了分子擴(kuò)散原理來(lái)進(jìn)行有效分離，而多孔膜則更多的是通過(guò)受孔洞的影響實(shí)現(xiàn)分離效果。這一技術(shù)和傳統(tǒng)的脫重?zé)N工藝技術(shù)相比，工藝操作流程更加簡(jiǎn)化，同時(shí)對(duì)能源的消耗較低，也不會(huì)用到其他驅(qū)動(dòng)設(shè)備，因此大大降低了成本投入，有利于保證工廠生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益[5]。但與此同時(shí)，膜分離法脫重?zé)N工藝技術(shù)的生產(chǎn)效率遠(yuǎn)不及之前提到的幾種脫重?zé)N工藝技術(shù)，這也是這一技術(shù)亟需研究和提升的地方。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為了有效提升LNG工廠生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，促進(jìn)LNG工廠持續(xù)穩(wěn)定健康的發(fā)展，就應(yīng)該通過(guò)各種脫重?zé)N工藝技術(shù)來(lái)對(duì)冷箱通道凍堵問(wèn)題進(jìn)行有效處理。在實(shí)際運(yùn)用時(shí)，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況和需求，選擇合適的脫重?zé)N工藝技術(shù)，以保證其有效性，提升LNG工廠的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。