LNG装置与CNG装置关联工艺优化探讨

张相兵，张修申，武瑞霞，张建华，马慧明

（中国石化中原油田分公司天然气处理厂，河南濮阳 457162）

LNG装置与CNG装置关联工艺优化探讨

张相兵，张修申，武瑞霞，张建华，马慧明

（中国石化中原油田分公司天然气处理厂，河南濮阳 457162）

根据天然气处理LNG装置和CNG装置关联时出现的实际问题展开研究，提出了解决方案并进行工业应用，工业应用实践证明，该项目所开发的LNG装置与CNG装置关联优化工艺设计先进、性能可靠，具有节能、高效等特点。

LNG装置；CNG装置；关联；工艺优化

天然气具有资源丰富、利用广泛、使用方便、排放清洁等特点。在全球能源需求持续增长、石油产量增长缓慢、CO2排放加剧的大背景下，近些年来世界天然气产业呈现快速发展的态势。随着对天然气不断增长的需求，我们必须加大对天然气的处理与利用，液化天然气（LNG）、压缩天然气（CNG）的生产和应用是天然气加工中一个比较重要的部分，随着我国天然气工业的发展，应对LNG、CNG的发展给予一定的重视。

1 LNG装置和CNG装置工艺简述

LNG生产工艺如图1所示：LNG装置是以天然气为原料气，经二氧化碳脱除、二氧化碳解吸、天然气脱汞、脱水、脱苯等工艺净化天然气；通过一系列换冷生产液化天然气的成套装置。在正常生产时，进料为油田伴生气，含量较高。进界区原料气组成（物质的量分数）如下：二氧化碳，0.4901%；氮气，2.6520%；水蒸气，0.0600%；甲烷，69.0309%；乙烷，14.5395%；丙烷，9.5018%；异丁烷，0.9608%；正丁烷，2.1956%；异戊烷，0.2318%；正戊烷，0.2904%；正己烷，0.0456%；正庚烷，0.0043%；辛烷，0.0002%。

CNG生产工艺如下页图2所示。自联合站来的原料气（0.15～0.25 MPa）进入分离罐，脱除夹带的少量轻油、水（游离水）和机械杂质。气相进入原料气压缩机进行二级压缩，再进入压缩机出口分离器进行气液分离。原料气通过干燥器干燥之后，露点降至－60℃以下。依次进入三个冷箱阶梯降温，气相经膨胀机膨胀，节流降温后呈气液混合物进入脱乙烷塔塔顶。从脱乙烷塔顶出来的干气经换热进入CNG装车系统。脱乙烷塔塔底的液相进入液化气塔分离成液化气和稳定轻烃产品。

图2 CNG生产工艺示意图

2 存在问题

LNG工厂液相重烃因C2和含量超标（见表1），无法作液化气商品出售，原设计将这股重烃与CNG工厂分离器底部的液相混合后自脱乙烷塔中下部进入；但由于LNG自身冷量的需求，重烃进入CNG时温度往往只能控制在－15℃左右，且携带相当多的轻组分，造成CNG脱乙烷塔内的热平衡及气液相平衡被打破，脱乙烷塔顶温降不下来，收率下降，严重影响了液化气及稳定轻烃的产量和质量。

表1 重烃组分组成

3 改造思路及理论依据

改造思路：利用现有的重烃分液罐作为一个闪蒸罐，闪蒸出的气相进入CNG原料气入口管线，管线上加装调节阀和单向阀。这样重烃分液罐的气相不再进入LNG装置进行重复做功，富气进入膨胀节流过程，以提高制冷量。LNG重烃分液罐的底部液相管线增加一条管线，直接进入CNG脱乙烷塔底，管线上加装液控调节阀和单向阀。

改造理论依据：由于LNG制冷温度较低，重烃里面含有大量的轻组分。由于LNG自身冷量的需求，经换热后重烃进入CNG时往往温度只能控制在－15℃左右，重烃进入脱乙烷塔后，轻组分由于温度升高迅速汽化，气体上升过程对塔上部的低温液体进行加温使其汽化，破坏了脱乙烷塔的温度梯度平衡。膨胀机制冷不足以提供足够的冷量来满足塔内回流，造成上升气速过大，而上升气速的平方与塔压差成正比，所以造成塔压差增大。最大压差为4.5 kPa，平均压差为3.4 kPa。

要想改善塔内的热平衡及气液相平衡，第一是增大膨胀机的制冷量，使塔内的回流足以冷却塔内中下部的大量温度较高的轻组分。第二是降低进入脱乙烷塔内物料中的大量较高温度的轻组分，改善塔内的气流流速，从而改善塔内的热平衡及气液相平衡，降低脱乙烷塔的塔顶温度，提高天然气的收率。为了改善重烃的组分，在重烃进入脱乙烷塔之前加装一个闪蒸罐，把轻组分闪蒸出一部分，以减轻塔的负荷。这样就改善了重烃的组分，从而改善了脱乙烷塔的物料配比和气液相平衡，为脱乙烷塔顶部提供相对较多的冷量，从而提高天然气的收率，增加产量。

4 改造效果

工业应用实践证明，该项目所开发的LNG装置与CNG装置关联优化工艺设计先进、性能可靠，具有节能、高效等特点，提高了脱乙烷塔操作稳定性。其先进性和经济效益如下：①重烃分液罐的气相不再进入LNG装置重复做功，减轻装置的负荷，节约用电。②由于重烃分液罐的气相中含有大量的轻组分，把重烃分液罐的气相引入CNG可以增加膨胀机的制冷量，降低脱乙烷塔的顶温，提高的收率。③重烃分液罐闪蒸后的大股物料进入CNG脱乙烷塔内，其气相负荷会降低，从而避免了脱乙烷塔的气液相平衡的破坏。④由于LNG进入CNG的管线为碳钢管，温度要求控制在－15℃以上。改造后重烃分液罐的液体温度一般控制在0℃左右，将不存在因温度过低造成管线冻裂的安全隐患。⑤改造后可以大幅提高液化气和稳定轻烃的产量，脱乙烷塔顶干气中的含量由73 g/m3下降至46 g/m3，增加了可观的经济效益。

TE64

B

1003－3467（2010）19－0050－02

2010－07－14

张相兵（1975－），女，工程师，从事天然气处理工作，电话：13839321620。