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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脱除原料中的有害杂质及深冷过程中可能固化的物质。
对调峰型LNG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,因此必须对管输气再次净化。
根本负荷型LNG工厂靠近气源建立,井口气或先期简单处理,或直接进入LNG工厂,其原料气的杂质含量较高。
如果直接作为LNG装置的原料仍是不够纯洁,还必须深度脱除水、水蒸气、硫化物、二氧化碳,并逐级冷凝别离出丙烷以上的烃类,以防在低温下形成固体堵塞管线和设备。为了减少NG液化过程的动力消耗,还应控制原料气中氮气、氦气等惰性气体含量。
COS虽本身无腐蚀性,但它与极少量的水反响后,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,〔V〕的COS被水化,也会产生腐蚀事故;而且COS的正常沸点〔-48℃〕靠近丙烷的沸点〔-42℃〕,当别离回收丙烷时,约90%的COS出现在丙烷尾气或液化石油气中。
另外,天然气中微量***对铝制品换热器有腐蚀作用,也应加以脱除。1973年,LNG工业才开始意识到即使天然气中含有极少量的***成分〔包括单质***、***离子及有机***化合物〕,就会造成铝合金材料设备的腐蚀。它还会引起催化剂中毒,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,而最好的枯燥法也不可能将所有的水分全部去除掉,因此必须把***减少到尽可能低的水平。
固体杂质
水或水蒸气
硫化物
二氧化碳
重烃
氮气氦气等惰性
***
因此净化处理的主要原因有:
⑴为了满足液化天然气的应用标准:
⑵防止在低温下设备受堵;
⑶防止设备的腐蚀和磨蚀。
最大允许含量
原因
水(H2O)
<(v)
(2)
二氧化碳(CO2)
50-100ppm(v)
(2)
硫化氢(H2S)
4ppmv(5mgS/Nm3)
(1)
COS
<
(3)
总硫(*)
10~50毫克/Nm3
(1)
***
<
(3)
芳香族化合物
1~10ppm(v)
(2)
重烃
<70ppm
(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COS采用醇***法或其他方法脱除;水采用分子筛吸附法〔主要用4A分子筛〕脱除;***采用可再生的HgSIV吸附剂脱除〔该吸附剂几乎可以脱除所有的***,同时还可以脱水〕;氮气采用闪蒸别离法脱除。
除了烃类之外,其他杂质都是在预处理单元中去除的,预处理单元一般包括:
⑴来料气体的过滤和与液相的别离〔如果有液相〕;
⑵利用吸收法去除CO2、H2S等酸性气体及其它可能的硫化物;
⑶用固体层床吸附脱水;
⑷用固体层床吸附除***。
重烃,特别是芳香族是在深冷段通过分馏萃取。
第一节别离和除尘
重力式和旋风式〔离心式〕别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。
重力式别离器有立式和卧式两类,各种重力式别离器原理根本相同,由别离、沉降、除雾和储存四个局部组成。
别离段:气体从切线方向进入别离器,在离心力作用下,气体中的固〔液〕体微粒初步得到别离。在另一类型的别离器中,气体从中心进入别离器,经弯头喷向伞形板,气体中的微粒被粘附而到达初步别离。
沉降段:气体得到初步别离后,由于别离器的流动截面大,气体流速降低,当气体的上升速度低于微粒的沉降速度时,气体中的微粒就会向下沉降而别离,沉降段是重力式别离器去除较大尘粒的主要阶段。
第二节天然气脱水
天然气工业中常用的脱水方法有五种:
一、冷却脱水法
直接冷却法
加压冷却法
膨胀制冷冷却法
用机械制冷(冷剂制冷)的油吸收法或冷凝别离法
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,而采用加压冷却或机械制冷冷却又不经济时,那么需采用其它脱水方法。