[精选]液化天然气第二章液化厂的气体预处理工艺37299.pptx

天然气液化厂总流程天然气液化厂总流程 液化天然气工厂主要包括原料天然气净化、天然气液化、液化天液化天然气工厂主要包括原料天然气净化、天然气液化、液化天然气储存和液化天然气的装卸等几个单元，其中液化天然气的净然气储存和液化天然气的装卸等几个单元，其中液化天然气的净化处理是一个非常重要的过程。天然气液化前的净化主要是化处理是一个非常重要的过程。天然气液化前的净化主要是为了为了脱除原料中的有害杂质及深冷过程中可能固化的物质脱除原料中的有害杂质及深冷过程中可能固化的物质。对对调峰型调峰型LNGLNG工厂，其原料气多是已先期净化的管输天然气。但工厂，其原料气多是已先期净化的管输天然气。但管输天然气的气质标准比液化前对原料气的气质要求低，因此必管输天然气的气质标准比液化前对原料气的气质要求低，因此必须对管输气再次净化。须对管输气再次净化。基本负荷型基本负荷型LNGLNG工厂靠近气源建立，井口气或先期简单处理，或工厂靠近气源建立，井口气或先期简单处理，或直接进入直接进入LNGLNG工厂，其原料气的杂质含量较高。工厂，其原料气的杂质含量较高。如果直接作为如果直接作为LNGLNG装置的原料仍是不够纯净，还必须深度脱除装置的原料仍是不够纯净，还必须深度脱除水、水、水蒸气、硫化物、二氧化碳水蒸气、硫化物、二氧化碳，并逐级冷凝分离出，并逐级冷凝分离出丙烷以上的烃类丙烷以上的烃类，以防在低温下形成固体堵塞管线和设备。为了减少以防在低温下形成固体堵塞管线和设备。为了减少NGNG液化过程的液化过程的动力消耗，还应控制原料气中动力消耗，还应控制原料气中氮气、氦气氮气、氦气等惰性气体含量。等惰性气体含量。COSCOS虽本身无腐蚀性，但它与极少量的水反应后，可形成硫化氢虽本身无腐蚀性，但它与极少量的水反应后，可形成硫化氢和二氧化碳，从而产生腐蚀，如果在运输和储存中出现潮湿，即和二氧化碳，从而产生腐蚀，如果在运输和储存中出现潮湿，即使是使是0.5ppm0.5ppm（V V）的）的COSCOS被水化，也会产生腐蚀事故；而且被水化，也会产生腐蚀事故；而且COSCOS的正常沸点（的正常沸点（-48-48）靠近丙烷的沸点（）靠近丙烷的沸点（-42-42），当分离回收丙），当分离回收丙烷时，约烷时，约90%90%的的COSCOS出现在丙烷尾气或液化石油气中。出现在丙烷尾气或液化石油气中。另外，天然气中微量另外，天然气中微量汞对铝制品换热器汞对铝制品换热器有腐蚀作用，也应有腐蚀作用，也应加以脱除。加以脱除。19731973年，年，LNGLNG工业才开始意识到即使天然气中工业才开始意识到即使天然气中含有极少量的汞成分（包括单质汞、汞离子及有机汞化合含有极少量的汞成分（包括单质汞、汞离子及有机汞化合物），就会造成铝合金材料设备的腐蚀。物），就会造成铝合金材料设备的腐蚀。它还会引起催化它还会引起催化剂中毒剂中毒，造成环境污染以及检修过程中对人体的危害等不，造成环境污染以及检修过程中对人体的危害等不良后果。由于水的存在会大大增强这种伤害，而最好的干良后果。由于水的存在会大大增强这种伤害，而最好的干燥法也不可能将所有的水分全部去除掉，因此必须把汞减燥法也不可能将所有的水分全部去除掉，因此必须把汞减少到尽可能低的水平。少到尽可能低的水平。固体杂质固体杂质固体杂质固体杂质 水或水蒸气水或水蒸气水或水蒸气水或水蒸气 硫化物硫化物硫化物硫化物 二氧化碳二氧化碳二氧化碳二氧化碳 重烃重烃重烃重烃 氮气氦气等惰性氮气氦气等惰性氮气氦气等惰性氮气氦气等惰性 汞汞汞汞 因此净化处理的因此净化处理的因此净化处理的因此净化处理的主要原因主要原因主要原因主要原因有：有：有：有：为了满足液化天然气为了满足液化天然气的应用规范：的应用规范：防止在低温下设备受防止在低温下设备受堵；堵；避免设备的腐蚀和磨避免设备的腐蚀和磨蚀。蚀。最大允许含量最大允许含量最大允许含量最大允许含量原因原因原因原因水（H2O）0.1ppm(v)（2）二氧化碳（CO2）50-100ppm(v)（2）硫化氢（H2S）4ppmv(5mgS/Nm3)（1）COS0.1 ppm（3）总硫（*）1050毫克/Nm3（1）汞0.01 g/Nm3（3）芳香族化合物110ppm(v)（2）重烃70 ppm（2）固体物质（3）LNG原料气质量要求 通常，原料气中的二氧化碳、硫化氢和通常，原料气中的二氧化碳、硫化氢和COSCOS采用采用醇胺法醇胺法或其或其他方法脱除；水采用他方法脱除；水采用分子筛吸附法分子筛吸附法（主要用（主要用4A4A分子筛）脱分子筛）脱除；汞采用除；汞采用可再生的可再生的HgSIVHgSIV吸附剂吸附剂脱除（该吸附剂几乎可以脱除（该吸附剂几乎可以脱除所有的汞，同时还可以脱水）；脱除所有的汞，同时还可以脱水）；氮气采用闪蒸分离法氮气采用闪蒸分离法脱除。脱除。除了烃类之外，其他杂质都是在预处理单元中去除的，预除了烃类之外，其他杂质都是在预处理单元中去除的，预除了烃类之外，其他杂质都是在预处理单元中去除的，预除了烃类之外，其他杂质都是在预处理单元中去除的，预处理单元一般包括：处理单元一般包括：处理单元一般包括：处理单元一般包括：来料气体的过滤和与液相的分离（如果有液相）；来料气体的过滤和与液相的分离（如果有液相）；利用吸收法去除利用吸收法去除COCO2 2、H H2 2S S等酸性气体及其它可能的等酸性气体及其它可能的硫化物；硫化物；用固体层床吸附脱水；用固体层床吸附脱水；用固体层床吸附除汞。用固体层床吸附除汞。重烃，特别是芳香族是在深冷段通过分馏萃取。重烃，特别是芳香族是在深冷段通过分馏萃取。重烃，特别是芳香族是在深冷段通过分馏萃取。重烃，特别是芳香族是在深冷段通过分馏萃取。第一节 分离和除尘 重力式和旋风式（离心式）分离器是脱除气体中所带固体尘粒和凝析液滴重力式和旋风式（离心式）分离器是脱除气体中所带固体尘粒和凝析液滴的最常用设备。的最常用设备。重力式分离器有立式和卧式两类，各种重力式分离器原理基本相同，重力式分离器有立式和卧式两类，各种重力式分离器原理基本相同，由分离、沉降、除雾和储存由分离、沉降、除雾和储存四个部分四个部分组成。组成。分离段：气体从切线方向进入分离器，在离心力作用下，气体中的固分离段：气体从切线方向进入分离器，在离心力作用下，气体中的固（液）体微粒初步得到分离。在另一类型的分离器中，气体从中心进（液）体微粒初步得到分离。在另一类型的分离器中，气体从中心进入分离器，经弯头喷向伞形板，气体中的微粒被粘附而达到入分离器，经弯头喷向伞形板，气体中的微粒被粘附而达到初步分离初步分离。沉降段：气体得到初步分离后，由于分离器的流动截面大，气体流速沉降段：气体得到初步分离后，由于分离器的流动截面大，气体流速降低，当气体的上升速度低于微粒的沉降速度时，气体中的微粒就会降低，当气体的上升速度低于微粒的沉降速度时，气体中的微粒就会向下沉降而分离，沉降段是重力式分离器清除较大尘粒的向下沉降而分离，沉降段是重力式分离器清除较大尘粒的主要阶段主要阶段。第二节 天然气脱水 天然气工业中常用的脱水方法有天然气工业中常用的脱水方法有五种五种：一、一、冷却脱水法冷却脱水法 直接冷却法直接冷却法 加压冷却法加压冷却法 膨胀制冷冷却法膨胀制冷冷却法 用机械制冷用机械制冷(冷剂制冷冷剂制冷)的油吸收法或冷凝分离法的油吸收法或冷凝分离法 当气体压力较低，使用直接冷却法脱水后的气体露点达不到要求，当气体压力较低，使用直接冷却法脱水后的气体露点达不到要求，而采用加压冷却或机械制冷冷却又不经济时，则需采用其它脱水而采用加压冷却或机械制冷冷却又不经济时，则需采用其它脱水方法。方法。二、固体干燥剂吸附脱水二、固体干燥剂吸附脱水 固体表面对临近气体（或液体）分子存在吸附力，在固体表固体表面对临近气体（或液体）分子存在吸附力，在固体表面可捕捉临近的气液分子，这种现象称吸附。面可捕捉临近的气液分子，这种现象称吸附。吸附有吸附有吸附有吸附有化学吸化学吸化学吸化学吸附和物理吸附附和物理吸附附和物理吸附附和物理吸附两种两种两种两种 固体吸附剂：作为天然气脱水的固体吸附剂应具备下列条件：固体吸附剂：作为天然气脱水的固体吸附剂应具备下列条件：吸水量大；吸水量大；选择吸附好；选择吸附好；具有再生能力；具有再生能力；机械强度高，使用寿命长；机械强度高，使用寿命长；无毒，无腐蚀性；无毒，无腐蚀性；价格便宜。价格便宜。常用的吸附剂有：常用的吸附剂有：硅胶、活性氧化铝、分子筛硅胶、活性氧化铝、分子筛等。等。分子筛分子筛分子筛分子筛 分子筛是以分子筛是以AlAl2 2O O3 3与与SiOSiO2 2为基料的人工合成无机吸附剂，为具为基料的人工合成无机吸附剂，为具有骨架结构的碱金属或碱土金属的硅铝酸盐晶体。有骨架结构的碱金属或碱土金属的硅铝酸盐晶体。分子筛孔道直径均匀，大于孔道直径的气体分子不能被吸附，分子筛孔道直径均匀，大于孔道直径的气体分子不能被吸附，如：如：H H2 2O O的分子直径的分子直径3.13.1，能被，能被4A4A分子筛吸附；而分子筛吸附；而C C2 2H H6 6的分的分子直径子直径4.44.4，不能吸附，因而分子筛的吸附具有，不能吸附，因而分子筛的吸附具有选择性选择性。分子筛表面具有大量较强的分子筛表面具有大量较强的局部电荷局部电荷。因而对极性分子和不。因而对极性分子和不饱分子有很高的亲和力。水和硫化氢是强极性分子，所以分饱分子有很高的亲和力。水和硫化氢是强极性分子，所以分子筛是干燥气体、脱硫化氢的优良吸附剂。子筛是干燥气体、脱硫化氢的优良吸附剂。用分子筛脱水时，干气能达到的最小露点远低于其它两种吸用分子筛脱水时，干气能达到的最小露点远低于其它两种吸附剂。若用深冷法从天然气内回收附剂。若用深冷法从天然气内回收C C2 2H H6 6和和C C3 3+等组分或使天然等组分或使天然气液化时，只能使用分子筛，别无他选。气液化时，只能使用分子筛，别无他选。对管道输送而言，要求气体露点小于最低管输气体温度对管道输送而言，要求气体露点小于最低管输气体温度5 5，对，对脱水要求较低。目前，天然气脱水常和从天然气中回收的乙、丙、脱水要求较低。目前，天然气脱水常和从天然气中回收的乙、丙、丁烷相结合（称为轻烃回收）。轻烃回收常用：丁烷相结合（称为轻烃回收）。轻烃回收常用：浅冷法：通过以氨为制冷剂的压缩式制冷机，使气体温度降浅冷法：通过以氨为制冷剂的压缩式制冷机，使气体温度降至至-20-20左右，从气流中分离出来。左右，从气流中分离出来。深冷法：通过膨胀机或热分离机，使气体温度降至深冷法：通过膨胀机或热分离机，使气体温度降至-80-80-90-90左右，可使左右，可使7070C C2 2，9090以上的以上的C C3 3冷凝下来。冷凝下来。这样，对天然气露点的要求很高，使分子筛脱水在现场获得这样，对天然气露点的要求很高，使分子筛脱水在现场获得广泛使用。广泛使用。脱水流程脱水流程 湿气经分离器分出凝析液后进入湿气经分离器分出凝析液后进入1 1固定床吸附塔，脱水后固定床吸附塔，脱水后干气去下续工艺。干气去下续工艺。2 2经加热器加热对吸附剂再生然后冷却经加热器加热对吸附剂再生然后冷却床层床层 ，再生后的气体经冷却后进分水器分出液态水，此时，再生后的气体经冷却后进分水器分出液态水，此时各塔的作用是：各塔的作用是：1 1吸附脱水吸附脱水 2 2加热吸附剂再生及冷却床层加热吸附剂再生及冷却床层 待待1 1塔的去湿能力下降时，进行切换，使塔的去湿能力下降时，进行切换，使2 2吸附，吸附，1 1再生、冷却，这样就保证了脱水作业连续进行。再生、冷却，这样就保证了脱水作业连续进行。对每一个塔，吸附、再生、冷却构成了一个循环，切换周对每一个塔，吸附、再生、冷却构成了一个循环，切换周期有期有8h8h、16h16h或或24h24h等。等。当采用两塔流程时，一塔吸附，另一塔进行再生和冷却，当采用两塔流程时，一塔吸附，另一塔进行再生和冷却，再生和冷却所占的时间分别为再生和冷却所占的时间分别为65657575，25253535。操作工艺参数：操作工艺参数：吸附操作温度：一般吸附操作温度：一般506时），为获得适用于常规克劳斯硫磺回收装置的酸气（酸气中H2S浓度低于15%时无法进入该装置）而需要选择性脱H2S，以及其它可以选择性脱H2S的场合，应选用选择性MDEA法；原料气中碳硫比高，且在脱除H2S的同时，还需脱除相当量的CO2时，可选用MDEA和其它醇胺（例如DEA）组成的混合醇胺法或合适的配方溶液法；原料气中H2S含量低、CO2含量高且需深度脱除CO2时，可选用合适的MDEA配方溶液法（包括活化MDEA法）；原料气压力低，净化气的H2S质量指标严格且需同时脱除CO2时，可选用MEA法、DEA法、DGA法或混合醇胺法。如果净化气中的H2S和CO2质量指标都很严格，则可采用MEA法、DEA法或DGA法。当需要脱除原料气中的有机硫化物时一般应采用砜胺法，即：原料气中含有H2S和一定量的有机硫需要脱除，且需同时脱除 CO2时，应选用SulfinolD法（砜胺法）；原料气中含有H2S、有机硫和CO2，需要选择性地脱除H2S和有 机硫时应选用SulfinolM法（砜胺法）；H2S分压高的原料气采用砜胺法处理时，其能耗远低于醇胺法；原料气如经砜胺法处理后其有机硫含量仍达不到质量指标时，可 继之以分子筛法脱有机硫。高压、高酸气含量的原料气可能需要在醇胺法和砜胺法之外选用其他方法或者采用几种方法的组合。主要脱除CO2时，可考虑选用膜分离法、物理溶剂法或活化MDEA法；需要同时大量脱除H2S和CO2时，可选用选择性醇胺法获得富含H2S的酸气去克劳斯装置，再选用混合醇胺法或常规醇胺法以达到净化气质量指标或要求；需要大量脱除原料气中的CO2且同时还有少量H2S也需脱除时，可选用膜分离法，再选用醇胺法以达到处理要求。第四节第四节 脱脱汞 汞这种重金属除对健康有害外，它对液化厂也有危害，因汞这种重金属除对健康有害外，它对液化厂也有危害，因汞这种重金属除对健康有害外，它对液化厂也有危害，因汞这种重金属除对健康有害外，它对液化厂也有危害，因为它能破坏深冷段常用的铝制换热器（螺旋换热器、板式为它能破坏深冷段常用的铝制换热器（螺旋换热器、板式为它能破坏深冷段常用的铝制换热器（螺旋换热器、板式为它能破坏深冷段常用的铝制换热器（螺旋换热器、板式换热器）。换热器）。换热器）。换热器）。当存在水时汞会腐蚀铝，产生三氧化二铝（当存在水时汞会腐蚀铝，产生三氧化二铝（当存在水时汞会腐蚀铝，产生三氧化二铝（当存在水时汞会腐蚀铝，产生三氧化二铝（AlAl2 2OO3 3）和氢，）和氢，）和氢，）和氢，后者会引起应力腐蚀。后者会引起应力腐蚀。后者会引起应力腐蚀。后者会引起应力腐蚀。由汞产生的问题在一些气体处理厂，特别是由汞产生的问题在一些气体处理厂，特别是由汞产生的问题在一些气体处理厂，特别是由汞产生的问题在一些气体处理厂，特别是SkikaSkika（阿尔及（阿尔及（阿尔及（阿尔及利亚）和利亚）和利亚）和利亚）和ArunArun（印尼）液化厂，已使多数投资者认识到要（印尼）液化厂，已使多数投资者认识到要（印尼）液化厂，已使多数投资者认识到要（印尼）液化厂，已使多数投资者认识到要通过脱汞单元来保护昂贵的深温单元。通过脱汞单元来保护昂贵的深温单元。通过脱汞单元来保护昂贵的深温单元。通过脱汞单元来保护昂贵的深温单元。一般认为汞浓度低于一般认为汞浓度低于一般认为汞浓度低于一般认为汞浓度低于1010纳克纳克纳克纳克/Nm/Nm3 3时足以防腐。时足以防腐。时足以防腐。时足以防腐。脱汞方法脱汞方法脱汞方法脱汞方法 美国硫浸煤基活性炭HGR 日本MR-3吸收剂。HgSIV分子筛可干燥并脱除汞至0.01毫克/标准立方米。目前HgSIV分子筛已在超过25个天然气干燥器和6个液态天然气干燥器中得到采用，标准UOP干燥床中也采用了HgSIV。UOP HgSIV可在标准再生温度下将汞完全脱除。第五节第五节 其它杂质的脱除其它杂质的脱除 苯，堵塞管路苯，堵塞管路.脱除：吸附剂脱除：吸附剂 氦气，重在回收氦气，重在回收 氮气，最终闪蒸的方法从液化天然气中选择性地脱除氮氮气，最终闪蒸的方法从液化天然气中选择性地脱除氮演讲完毕，谢谢观看！