LNG生产过程中酸气脱除工艺探讨

【摘 要】目前，液化天然气（LNG）作为一种清洁、高效能源，已经在工业生产和日常生活中起到越来越重要的作用，在能源供应中所占的比例也越来越大。本文就LNG生产过程中酸气的脱除工艺进行简单探讨。

【关键词】酸气脱除；胺液再生；发泡

1.LNG酸气脱除工艺

LNG原料天然气来自上游气田，经过天然气净化厂（或处理厂）进行净化后，脱除原料气中的水分、凝析油及硫化物，成为合格的商品气销往下游。但是作为LNG的原料气，因为LNG具有的低温特性，因此对原料气中的杂质的脱除要求更高。原料其中含有的水分、重烃、汞和酸性气体，在低温情况下会以液态状态析出，堵塞或者腐蚀管道。因此，在原料气液化之前必须脱除其中的水分、重烃、汞和酸性气体（CO2和H2S）。

1.1酸气脱除原理

目前LNG工厂主要采用胺液吸收的方法脱除酸气。从原料气压缩机单元来的压缩气体，首先进入粗过滤器，滤除气体中的固体颗粒及液态重烃后，进入CO2吸收塔（注：CO2吸收塔一般采用板式塔。板式塔分为泡罩塔、筛板塔和浮阀塔，几种塔之间最大的不同在于其塔盘结构上的差异。）进行酸气脱除。气体自吸收塔底部向上，与自上而下的胺液（MDEA溶液）充分接触。原料气中CO2被充分吸收而进入液相，将CO2脱除到50ppmv以下。脱除酸气后的天然气进入净化工艺其他单元，继续脱除气体中的水分、汞以及重烃。

1.2胺再生工艺

吸收酸性气体后的胺液体，我们称之为富胺液。富胺液经过加热再生（即脱除酸性气体）后的胺液称为贫胺液。

胺再生系统包括的工艺设备有：胺再生塔、富胺闪蒸罐、贫/富胺换热器、贫胺冷却器、胺缓冲罐。

富胺液进入胺再生塔中，通过降低压力、蒸汽加热后在富胺中脱除酸性气体。

闪蒸后的富胺与再生塔底部流出的贫胺溶液在贫/富胺换热器中换热，升温后去胺再生塔顶部，在再生塔进行汽提再生，直至贫胺的贫度指数达到合格。

从再生塔出来的贫胺液经过换热器冷却后进入胺缓冲罐，通过循环泵增压进入CO2吸收塔顶部，进行酸性气体吸收。从而实现了MDEA溶液的循环利用。

2.胺液发泡及处理办法

胺液含有部分烃类、降解产物、固体悬浮物和热稳态盐等杂质，这部分杂质的存在会引起胺液发泡，发泡后会加大蒸汽使用量并损耗胺液，并引起装置、管道堵塞，加速设备管道腐蚀，严重时致影响整个装置的正常运行。因此，研究胺液发泡的原因并防止发泡现象的产生在LNG生产过程中尤为重要。

2.1胺液发泡的原因

胺液发泡的原因主要有以下几个方面：

（1）原料气中带入杂质较多，尤其是烃类、降解产物、固体悬浮物和热稳态盐等杂质。这部分杂质在胺液与原料气进行充分接触过程中导致胺液发泡。

（2）贫胺液温度过低，溶液粘度增大。

（3）CO2吸收塔中浮阀在塔盘上被卡死，有效截面积减少，阀孔气速过大，发生“拦液”现象。

（4）溶液中含水量过低或过高，容易发泡。

（5）吸收塔操作压力、流量波动大，处理量过大。

2.2发泡后出现的现象

（1）CO2吸收塔内胺液液位迅速升高。

（2）CO2吸收塔塔内差压过大。

（3）吸收塔温度梯度逆流，正常温度从上到下，从低到高变化。

（4）CO2在线分析数据不合格。

2.3胺液发泡后的处理方法

胺液发泡后CO2吸收塔及管道堵塞，严重时会污染下游气体脱水单元重分子筛填料，甚至会影响整个LNG工厂正常生产运行。因此，研究胺液发泡的原因并防止发泡现象的产生在LNG生产过程中尤为重要。通常发生胺液发泡后及时采取以下措施：

（1）立即加入适量防沫剂，并适当减少气体处理量。

（2）加快旁通阀，加快胺液排放至再生塔。

（3）补充新胺液，调整胺液浓度。

（4）控制室监控好参数变化。如压差、温度梯度和CO2含量等。

2.4 MDEA溶液组成

胺液是天然气在脱除酸气工艺过程中用于吸收酸性气体的一种溶液，一般是 有机碱，以醇胺类较多。 常用的有一乙醇胺（MEA）二乙醇胺（DEA）， 二异丙醇胺（DIPA），N-甲基二乙醇胺（MDEA）。目前国内LNG工厂一般采用MDEA溶液脱酸气工艺较多。

N-甲基二乙醇胺（MDEA），是一种无色或微黄色粘性液体，易与水、乙醇、乙醚混溶，分子量119.16，标准大气压下的沸点为246-249℃，比重1.0425，冰点为-21℃。

从化学反应平衡角度来看，增加反应物浓度有利于反应向反应生产物方向进行。原料气中酸性气体组分的浓度是给定的，所以，适当提高溶液的浓度有利于酸性组分的脱除。对于MDEA溶液，在相同气液比下选择性随溶液浓度上升而改善，而随溶液浓度升高而相应提高气液比运行时，则选择性的改善更为显著。溶液浓度的重要影响可能是通过粘度进而导致膜阻力变化而影响CO2的吸收。在实际生产中， MDEA溶液浓度一般控制在40-50%（质量分数）为宜。

2.5胺液净化

LNG工厂采用胺液（MDEA溶液）脱除酸气工艺，在工艺操作过程中，会不可避免出现胺液劣化现象，那么如何来有效防止胺液劣化，延长胺液使用寿命。通常的作法为对胺液进行净化。胺液净化主要是要避免溶液起泡，主要手段就是过滤，较为常见的设计是富液全量过滤+贫液15～30%三级过滤，再加以合理的过滤元件的选择即可。

利用胺液吸收法脱除天然气中的酸性气体是目前天然气净化厂、LNG工厂以及其他化工企业的主要方法。如何在生产过程中不断发现新问题并优化生产工艺，防止吸收过程中发泡现象的发生，确保工厂安全、平稳生产运行。对每个工厂来说都是重点和难点。因此我们在今后的生产过程中要加强这一点的研究。

【参考文献】

[1]J.Shao，陆侨治.解决胺厂操作问题的最新进展-利用AmiPur在线去除热稳态盐[J].石油与天然气化工，2003.

[2]刘志敏.填料塔在化工中的应用和发展趋势[J].辽宁化工，1992.