工藝技術(shù)方案及說明

1 撬裝式天然氣脫碳設(shè)備制造廠家技術(shù)比較與選擇

天然氣液化的預(yù)處理過程基本包括原料氣脫酸氣工藝過程。

1.1 天然氣凈化工藝選擇

作為原料氣的天然氣，在進(jìn)行液化前必須對其進(jìn)行*凈化。即除去原料氣中的酸性氣體、水分和雜質(zhì)，如 H2S、CO2、H2O、Hg 和芳香烴等，以免它們在低溫下凍結(jié)而堵塞、腐蝕設(shè)備和管道。表 4.1-1 列出了 LNG 工廠原料氣預(yù)處理標(biāo)準(zhǔn)和雜質(zhì)的最大含量。

表 4.1-1 LNG 原料氣最大允許雜質(zhì)含量

從原料氣數(shù)據(jù)來看，原料氣中硫、CO2、水含量超標(biāo)，必須進(jìn)行凈化。A）脫 CO2 工藝選擇天然氣中含有的 H2S 和 CO2 統(tǒng)稱為酸性氣體，它們的存在會造成金屬腐蝕并污染環(huán)境。此外，CO2 含量過高，會降低天然氣的熱值。因此，必須嚴(yán)格控制天然氣中酸性組分的含量，以達(dá)到工藝和產(chǎn)品質(zhì)量的要求。

用于天然氣脫除酸氣的方法有溶劑吸收法、物理吸收法、氧化還原法和分子篩吸附法。目前普遍*和廣泛應(yīng)用的溶劑吸收法。它是以可逆的化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)，以堿性溶劑為吸收劑的脫硫方法，溶劑與原料氣中的酸組分（主要是CO2）反應(yīng)而生成化合物；吸收了酸氣的富液在升高溫度、降低壓力的條件下又能分解而放出酸氣，從而實現(xiàn)溶劑的再生利用。

溶劑吸收法所用溶劑一般為烷醇胺類，主要有一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、二異丙醇胺（DIPA）、甲基二乙醇胺（MDEA）等。本方案從適用性和經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，選擇甲基二乙醇胺（MDEA）作為脫除酸性氣體的溶劑。

MDEA（ N-Methyldiethanolamine） 即 N- 甲基二乙醇胺， 分子式為 CH3-N(CH2CH2OH)2，分子量 119.2，沸點 246~248℃，閃點 260℃，凝固點

-21℃，汽化潛熱 519.16kJ/kg，能與水和醇混溶，微溶于醚。在一定條件下，對二氧化碳等酸性氣體有很強(qiáng)的吸收能力，而且反應(yīng)熱小，解吸溫度低，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無毒而不降解。

純 MDEA 溶液與 CO2 不發(fā)生反應(yīng)，但其水溶液與 CO2 可按下式反應(yīng)： CO2 + H2O == H+ + HCO3- (1)

H+ + R2NCH3 == R2NCH3H+ (2)

式（1）受液膜控制，反應(yīng)速率極慢，式（2）則為瞬間可逆反應(yīng)，因此式

（1）為 MDEA 吸收 CO2 的控制步驟，為加快吸收速率，在 MDEA 溶液中加入活化劑(R2/NH)后，反應(yīng)按下式進(jìn)行：R2/NH + CO2 == R2/NCOOH (3)

R2/NCOOH + R2NCH3 + H2O ==R2/NH + R2CH3NH+HCO3-  (4) (3)+(4)：

R2NCH3+ CO2 + H2O == R2CH3NH+HCO3- (5)

由式（3）～（5）可知，活化劑吸收了 CO2，向液相傳遞 CO2，大大加快了反應(yīng)速度。MDEA 分子含有一個叔胺基團(tuán)，吸收 CO2 后生成碳酸氫鹽， 加熱再生時遠(yuǎn)比伯仲胺生成的氨基甲酸鹽所需的熱量低得多。

從能耗、處理規(guī)模和投資運(yùn)行成本等角度，MDEA 胺液法是最合適的工藝， 因此本方案選擇 MDEA 胺液法脫酸氣。

1.2 系統(tǒng)概述

來自管網(wǎng) 20~25MPa 的天然氣進(jìn)入過濾分離器首先分離掉游離水和固體顆粒后注入甲醇，注入甲醇后的天然氣經(jīng)管道送入凈化單元。進(jìn)入凈化單元的天然氣首先進(jìn)入進(jìn)口分離器，分離后的氣體經(jīng)水套爐加熱至約 80℃后經(jīng)減壓裝置減壓至 4MPa.g 進(jìn)入分離器，分離后的氣體進(jìn)入 MDEA 系統(tǒng)脫除 CO2，然后依次脫除重?zé)N、水和汞后進(jìn)入后續(xù)單元。

本裝置的主要工藝技術(shù)方法是：

采用 MDEA 脫除二氧化碳；

1.3 撬裝式天然氣脫碳設(shè)備制造廠家

系統(tǒng)說明原料氣脫酸氣單元

原料氣進(jìn)入脫酸氣單元，本單元采用 MDEA 溶液的方法脫除原料氣中的 CO2 和 H2S 等酸性氣體。

天然氣從吸收塔下部進(jìn)入，自下而上通過吸收塔；*再生后的 MDEA 溶液（貧液）從吸收塔上部進(jìn)入，自上而下通過吸收塔，逆向流動的 MDEA 溶液和天然氣在吸收塔內(nèi)充分接觸，氣體中的 CO2 被吸收而進(jìn)入液相，未被吸收的組份從吸收塔頂部引出，進(jìn)入脫碳?xì)饫鋮s器和分離器。出脫碳?xì)夥蛛x器的氣體進(jìn)入原料氣干燥單元，冷凝液去閃蒸罐。

處理后的天然中 CO2 含量小于 50ppmV，H2S 含量小于 4 ppmV。

吸收了 CO2 的 MDEA 溶液稱富液，至閃蒸塔，降壓閃蒸出的天然氣送往燃料系統(tǒng)。閃蒸后的富液與再生塔底部流出的溶液（貧液）換熱后，升溫到～ 98℃去再生塔上部，在再生塔進(jìn)行汽提再生，直至貧液的貧液度達(dá)到指標(biāo)。

出再生塔的貧液經(jīng)過貧富液換熱器、貧液冷卻器，貧液被冷卻到~40℃， 被貧液泵加壓后，從吸收塔上部進(jìn)入。

再生塔頂部出口氣體經(jīng)酸氣冷卻器，進(jìn)入酸氣分離器，出酸氣分離器的氣體送往酸氣排放系統(tǒng)，冷凝液經(jīng)過回收泵加壓后送至閃蒸分離器。

再生塔再沸器的熱源由來自導(dǎo)熱油系統(tǒng)的導(dǎo)熱油提供。本單元主要工藝設(shè)備為吸收塔和再生塔。

主要設(shè)備選型和供貨

本液化裝置是成套設(shè)備，成套后必須確保裝置穩(wěn)定高效運(yùn)行。設(shè)備設(shè)計、制造和定型產(chǎn)品選型的原則為立足國內(nèi)、技術(shù)成熟、性能*。國內(nèi)產(chǎn)品達(dá)不到技術(shù)要求的，選用進(jìn)口品牌。

本章所述的工藝設(shè)備基本技術(shù)數(shù)據(jù)以最終設(shè)計為準(zhǔn)。

1.工藝設(shè)備

本裝置的工藝設(shè)備供貨清單如下：

（1） 、原料氣脫碳單元

天然氣是存在于地下巖石儲集層中以烴為主體的混合氣體的統(tǒng)稱，比重約

0.65，比空氣輕，具有無色、無味、無毒之特性。

天然氣主要成分烷烴，其中甲烷占絕大多數(shù)，另有少量的乙烷、丙烷和丁 烷，此外一般有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣和少量一氧化碳及微量的稀有氣 體，如氦和氬等。天然氣在送到最終用戶之前，為助于泄漏檢測，還要用硫醇、四氫噻吩等來給天然氣添加氣味。

天然氣不溶于水，密度為 0.7174kg/Nm3，相對密度（水）為 0.45(液化)燃點(℃)為 650，爆炸極限(V%)為 5-15。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，甲烷至丁烷以氣體狀態(tài)存在，戊烷以上為液體。甲烷是最短和最輕的烴分子。

有機(jī)硫化物和硫化氫(H?S)是常見的雜質(zhì)，在大多數(shù)利用天然氣的情況下都必須預(yù)先除去。含硫雜質(zhì)多的天然氣用英文的專業(yè)術(shù)語形容為"sour(酸的)"。