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液化天然气技术及其应用探析

2016-12-27张毳张虎林

中国高新技术企业 2016年32期
关键词:液化天然气技术应用预处理

张毳+张虎林

摘要:天然气作为清洁环保能源在我国得到大范围推广,并迅速得到人们认可,但在实际应用中也面临着众多问题,其中最为显著的就是如何更有效地应用LNG技术。文章以自身经验为基础阐述了LNG技术,并分析该技术在应用中需要注意的问题。

关键词:液化天然气;预处理;产品提取;技术应用;LNG技术 文献标识码:A

中图分类号:TE646 文章编号:1009-2374(2016)32-0147-02 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.073

随着天然气的广泛应用,LNG凭借着方便运输与存储的特点成为天然气企业开采的首选方式。经过一系列操作将气态天然气转为液态形式,提高运输与存储效率,降低企业生产成本,同时避免不必要的能源浪费。液态天然气使用时,需要将其转为常温气体,在这个转变过程中会释放大量的冷能,有效利用这些冷能可以降低能源消耗。本文中笔者以调峰型LNG工厂为例,展开相关论述。

1 液化天然气优势分析

液化天然气有着明显的优势,笔者从安全环保、投资效益与冷藏优势三个角度进行分析。

1.1 安全环保性

与一般的天然气相比,液化天然气是清洁型能源,可以完全燃烧,而且具有很大的优势,可以减少对环境的污染和破坏,降低对人们生命健康的危害率,具有很大的安全性。气态天然气的密度比空气的密度小,一旦泄露,就会迅速扩散,严重威胁着人们生命健康的安全和周围设施的稳定,具有极大的危险性。而液化天然气的温度非常低,非常容易储存和运输,安全性极大,是人们可以广泛使用和信赖的能源。

1.2 投资见效快

在储存液化天然气时,只需要利用温度较低的槽车就可以,不需要使用大型的储气设备,而且同样适用于远距离运输,大大减少了液化天然气运输的成本,提高了天然气企业的经济效益。液化天然气只需依靠气化站就可以确保规定范围内的平衡供气。对于天然气企业和相关部门来说,液化天然气的建设投资不仅有经济效益和环境效益的优势,更重要的是在时间上也具有优势。

1.3 冷藏优势明显

随着时代的发展和城市化进程的加快,普通的能源已经不适合时代的发展需求,人们更加追求环保、安全的清洁型能源,这种情况下,液化天然气以其显著的优势被迅速应用和普及。液化天然气的优势不仅体现在其自身,而且在发生物理反应的过程中也具有优势,供人们加以利用。液化天然气在气化的过程中会释放出大量的冷气,借助这种释放出来的冷气可以进行很多活动,不同的温度有不同的优势,比如进行橡胶研磨、建设速冻冷库、夏季供冷等。

2 天然气预处理过程分析

天然气液化由两部分组成,包括预处理与液化两部分,通常预处理在天然气进入液化装置与设备前进行。天然气预处理指的是脱除天然气中含有的H2S、CO2、H2O等杂质,避免这些杂质腐蚀或堵塞设备情况的出现。除此之外,还需要清除掉其中的惰性气体,比如氮气等。经过预处理的天然气要比管输气更清洁,调峰型LNG工厂原料基本为净化过的管输天然气,但因为其标准不符合液化标准,还需要再次净化。一般基本负荷型LNG工程距离气源很近,井口气中含有大量的杂质,因此液化前需要对其中的杂质进行清理。

2.1 脱水技术

水气存在于天然气中,会造成输气管道输送能力的下降,降低天然气的热值。当含有水分的天然气进入到液化装置后,温度低于0℃时水分会在换热器与节流阀工作部分以冰霜冻结的形式存在。而且天然气与水形成一种半稳定状态的天然气水化物,这种固态化合物在0℃以上会以固态形式存在,进而堵塞液化装置的管线、喷嘴与分离设备。为了避免这种情况的存在,一般需要在高于水合物形成温度时将其中的游离水清除,确保露点在

-100℃以上,目前常见的天然气脱水方法有很多,这里笔者以吸附脱水方法为例进行分析。

现代LNG工程采用的吸附脱水方法基本上为分子筛吸附。天然气液化或深度冷冻前,将天然气的露点降至最低,这时应用分子筛脱水最为合适。吸附脱水法对气温、压力等变化不敏感,但没有腐蚀或气泡等情况,其最大问题在于建设成本过高。

2.2 脱酸性气体

天然气中除了水分外,最常见的就是酸性气体,常见的有H2S、CO2等。一般情况下将这种含有酸性的气体成为酸性气体与含硫气。这种气体除了影响人体健康外,还会腐蚀设备管道,加上本身沸点较高,降温过程中很容易析出固体,因此必须清除掉。脱酸性气体方法较多,一般按照其原理分成湿法与干法两类,其中湿法指的是利用溶液或溶剂作为脱硫剂,常见的有物理吸收法、化学吸收法、联合吸收法与直接转化法;干法指的是采用固定床脱硫的分子筛法与海绵铁法。

2.3 脱其他杂质

除了水分、酸气外,天然气中还含有一些杂质,比如重烃、汞等物质。

2.3.1 脱重烃。重烃一般指的是C5+的烃类。烃类的分子量由小到大,分子量与沸点成正比关系,后者也是由低到高进行变化,因此天然气冷凝循环中先被冷却下来的就是重烃。如果重烃没有清除干净,当温度降低后重烃可能冻结成固体,堵塞冷凝设备。分子筛与活性氧化物只能脱除部分重烃,但不能有效降低重烃含量,因此需要采用深冷分离法快速脱除余下重烃。

2.3.2 脱除汞。很少的汞含量都会严重破坏铝制设备,同时还会造成严重的环境污染,除此之外,设备检修过程中可能会造成人身危害,因此有必要严格控制汞含量。现代企业中使用的是可再生的汞吸收剂HgSIV。

2.3.3 脱除氮气与氧气。天然气中氮含量越高液化难度也越大,造成液化过程能耗变大。氧气与其液化温度相近,常压下均为90K。高温环境中氧气的存在会造成净化溶液出现降解。清除氮气时通常采用闪蒸的方法,从LNG中选择性地脱除氮气。当天然气中含有大量的氮气,液化后用于调峰时,一般可以重点考虑氮-甲烷膨胀液化循环。

3 LNG工艺流程及产品提取

3.1 工艺流程

确定LNG工艺流程路线时,必须包含工序、辅助设备及外围设备等,与此同时还需要确定相应的技术装配要求。现场条件、气源质量及生产技术决定工序与技术设备条件,当天然气气体进入到处理厂与LNG厂时,首先需要将重烃分离出来,通过仪表计量,确定运行压力是否在允许范围内,清除其中杂质,这点上文中已经详细阐述,这里不再赘述。在利用冷剂冷却分离出重烃后,剩下的主要为甲烷、戊烷及重烃气体等。最后通过深冷换热器冷却气体,通过闪蒸过冷至零下160℃液化。将冷却分馏得到的乙烷重新注入到LNG中,其中丙烷与丁烷重新注入到气源中,也可以直接作为LPG产品直接输出,其他剩余产品直接作为汽油产品输出。

3.2 产品提取

上文中讲述工艺流程,接下来分析产品提取。煤制合成氨化肥企业生产中会产生含有CH4的尾气,通常这些尾气通过膜分离提氢装置送到锅炉中燃烧掉,能源利用率较低。生产尾气中的CH4可以通过低温分离技术提取出LNG产品,在利用绝热低温罐依靠LNG罐车将其推向市场,增加市场经济效益的同时,降低环境污染。一般情况下CH4液化要在4.604MPa、-83℃的条件下达成,所以想要实现液化CH4,只有在低温高压环境下才能实现。提氢尾气中液化温度中最高的氩气与甲烷也存在20℃的差别,所以提氢尾气中最先液化的气体就是甲烷,接着通过精馏的方法将其分离出来,提取到所需的LNG产品;生产多种化工产品的原料气源就有多联产煤气,本身是一种高品位的二次能源。这种将煤热解作为基础,主要的成分有CO、H2、CH4、CO2与极少量的烯烃类气体。一般大型的多联产煤气多用于民用燃气,也可以通过甲烷化处理得到LNG。

褐煤挥发分较大,含有大量水分,煤化程度较低,可以通过低温实现褐煤热解。褐煤低温热解时产生大量的有用气体,包括CH4、H2、CO等。热解过程中随着温度升高热解气一氧化碳与二氧化碳增多。一般在350℃时会析出CH4与H2,CH4生成量会随着解热温度上升而逐渐增加,CH4最大生产量峰温为600℃。当温度在升高时生成量会降低。通过液化处理热解煤气中的甲烷,最终生成所需的LNG。

煤制天然气可以通过气化与后续的甲烷化实现天然气合成,相比于合成气,天然气具有高安全性与高热值。Shell煤气化有着较多优点:煤质要求不高、污染小及有效成分高等,有着较高的使用价值。

4 结语

随着社会经济发展及科技水平提高,加上市场制度的不断完善,目前我国工业已经处于一个竞争激烈的市场环境中。液化天然气技术的出现与应用,在一定程度上提高了天然企业的经济与环境效益,符合我国可持续发展战略,因此短时间内得到大范围推广。相信在这样的背景下,液化天然气作为一种清洁型能源在经济发展中起着重要作用,并促进人了们生活水平的提高。本文中笔者从液化天然气优点、提取与工艺生产流程展开分析,希望为同行提供一定的理论借鉴。

参考文献

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(责任编辑:秦逊玉)

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