内蒙古某LNG项目脱碳单元参数优化

曾 桃 王海洋

重庆耐德工业股份有限公司， 重庆 401121



内蒙古某LNG项目脱碳单元参数优化

曾 桃 王海洋

重庆耐德工业股份有限公司， 重庆 401121

液化天然气；脱碳；净化工艺；优化；工艺参数

0 前言

醇胺类溶剂是目前运用最广泛的天然气脱碳脱硫溶剂，自20世纪30年代实现工业化以来，醇胺法工艺一直被认作天然气净化的主要方法[1-4]。混合醇胺溶液是近年来广泛采用的一类气体脱碳溶液，它以甲基二乙醇胺(MDEA)为主体，复配其它醇胺(DEA、MEA)、缓蚀剂和促进剂等化学物质，来控制溶液与H2S、CO2的反应速度与程度，从而达到净化气体的目的[5]。MDEA不易降解，具有较强的抗化学和热降解能力以及特殊的溶解性，因此工艺过程能耗低，特别是通过加入其它醇胺进一步对该工艺进行改进后，在投资费用、公用工程、物料消耗等方面与其它脱碳方法相比具有较好的经济性[6]。

内蒙古某LNG项目为国外引进的成套工艺包，其液化工艺为单级混合制冷工艺，净化单元为混合胺法脱碳。本文以该项目为例，对混合胺法脱碳的机理、工艺流程、工艺模拟、参数优化等方面进行研究。

1 设计条件及净化要求

内蒙古某LNG工厂处理量为30×104m3/d，原料天然气组成见表1。

表1 原料天然气组成

2 混合醇胺法脱碳机理

MDEA作为一种叔胺，它的N原子上没有连接H原子，所以实际反应中并没有生成氨基甲酸盐的快反应发生，而是通过碱催化氢化CO2的反应机理进行[9-10]。反应式如下：

(1)

H++R2NCH3→R2NCH3H+

(2)

式(1)+式(2)：

(3)

式(1)是CO2水化反应，受液膜控制，反应速度极慢，式(2)则为瞬间可逆反应，因此，式(1)为MDEA吸收CO2的控制步骤，式(3)是很慢的反应。因此，当需要大量脱除CO2时，式(1)就成为MDEA吸收CO2的障碍。

(4)

(5)

式(4)+式(5)：

(6)

式(6)受式(4)控制，式(4)是二级反应，其反应速度较式(1)有较大提高(反应速度常数比=10～100)。由此可见，加入DEA后，醇胺溶液吸收CO2的反应速度明显提高。

3 工艺流程

脱碳工艺流程见图1。增压后的天然气自吸收塔塔底进入，与自上而下的贫液逆流接触，从而脱除天然气中的CO2等酸性组分，净化天然气从塔顶排出，然后进入分子筛脱水单元。吸收CO2后的富液从吸收塔塔底流出，富液经节流降压后进入闪蒸罐，闪蒸出部分含有CO2的烃类气体，可作为LNG工厂的部分燃料气，闪蒸后的富液依次通过机械过滤器、活性炭过滤器，去除掉其中的机械杂质和降解产物，经贫富液换热器复热后进入解析塔再生。再生后的贫液从再生塔塔底流出，经贫富液换热器冷却后，依次通过贫液增压泵、贫液冷却器、贫液循环泵，然后进入吸收塔完成循环；再生塔顶部流出的酸性气体经酸气冷却器后进入酸气分离器，分离出的气相主要为CO2，将其就地排放，液相作为再生塔的塔顶回流。

图1 脱碳工艺流程图

4 工艺参数优化

4.1 工艺参数对净化气CO2摩尔含量的影响

4.1.1 操作压力

优化调整LNG工厂的参数后，确定操作压力为5.8 MPa。相对于原设计参数，操作压力从6.3 MPa调整到5.8 MPa后，可使原料天然气压缩机的二级排气温度由原来的85 ℃降低到78 ℃，压缩机的轴功率减少37 kW。

图2 操作压力对净化气CO2摩尔含量的影响

4.1.2 贫液温度

天然气进入吸收塔的参数、贫液浓度及残余酸气负荷同4.1节中所述，贫液温度在45～55 ℃变化时，净化气中CO2摩尔含量见图3。从图3可知，贫液温度升高时净化气中CO2摩尔含量会增加，因此降低温度会提高CO2净化效果，但是为了防止天然气中的重烃凝析，贫液温度应较天然气温度高5～6 ℃[12]。

LNG工厂的参数优化调整后，贫液温度约为49.7 ℃，比天然气温度43.8 ℃高5.9 ℃。

图3 贫液温度对净化气CO2摩尔含量的影响

4.1.3 贫液循环量

天然气进入吸收塔的参数、贫液温度、贫液浓度同4.1节中所述。贫液循环量在11.5～14.3 m3/h变化时，净化气中CO2摩尔含量见图4。从图4可知，贫液循环量增大时净化气中CO2摩尔含量会降低，因此实际运行中适当加大贫液循环量可以得到更好的净化效果，但是贫液循环量加大时会增加再沸器的热负荷。由图4可知，贫液循环量在13.0～13.5 m3/h时，可将CO2摩尔含量降低到50×10-6以下，满足净化要求。

图4 贫液循环量对净化气CO2摩尔含量的影响

4.1.4 残余酸气负荷

图5 残余酸气负荷对净化气CO2摩尔含量的影响

4.2 主要工艺参数对比

调整前后脱碳单元的主要工艺参数对比见表2。

表2 调整前后脱碳单元的主要工艺参数对比

5 结论

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2015-06-08

曾 桃(1987-),男,四川自贡人,工程师,学士,主要从事天然气液化技术工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2015.06.009