洗涤塔在LNG实际生产中的应用

张鑫芦刚陈秋燕(.山东泰安昆仑能源有限公司， 山东 泰安 7033；.昆仑能源投资山东有限公司， 山东 青岛 66000)

洗涤塔在LNG实际生产中的应用

张鑫1芦刚2陈秋燕1(1.山东泰安昆仑能源有限公司， 山东 泰安 271033；2.昆仑能源投资山东有限公司， 山东 青岛 266000)

在LNG生产过程中，原料气的组分不稳定，重组分脱除不彻底，加上冷箱内部板翅式换热器流道狭窄，极易引起冷箱冻堵等问题，装置停车复热，给工厂运行造成了极大地经济损失，因此脱重烃的效果对装置平稳运行至关重要。本文比较了目前常用的脱重烃方案，重点介绍了洗涤塔脱重烃工艺，并结合泰安工厂实际生产过程中洗涤塔脱重烃的效果，对生产中遇到的一些问题提出了相关的解决方法。

LNG；洗涤塔；脱重烃

0 引言

在液化天然气生产过程中脱除重烃是极其重要的一个环节，重烃即重的烃类(C5+以上)，一般从地下开采出的天然气当中都会有重烃组分，使得天然气的露点较高。重组分脱除不彻底，造成换热器流道冻堵，降低液化率、增加能耗，严重时会导致停产甚至事故。因此选择合理的脱重烃方案成为装置能否平稳运行的关键。

1 常见天然气脱重烃工艺方案

目前常见的天然气脱重烃工艺方案主要有：活性炭吸附法、深冷分离法、异戊烷溶解法。

1.1 吸附法

吸附法分离天然气中重烃的原理是利用吸附剂对苯、环己烷等重烃的选择性吸附的特性进行分离，此吸附多为物理吸附，过程可逆，当吸附达到饱和后，再用热甲烷气脱附，再生的吸附剂可循环使用。可选择在装置的脱酸脱水单元之后加装重烃吸附装置,可以采用2塔或者3塔流程,以3塔流程为例：

每一个吸附塔依次经历吸收，加热再生，冷却吹扫三个步骤，当其中一台吸附塔工作时另两台进行再生冷却，每台吸附塔轮流工作从而保证连续处理天然气，达到连续生产净化的目的。或者可以采用复合吸附的方式，在干燥塔当中装填多种吸附剂床层，增加硅胶等对重烃具有较大吸附容量的吸附剂，同时脱水、脱重烃，流程也为典型3塔流程，每个塔依次经历吸收，加热再生，冷却，三塔轮流工作，对脱酸后的天然气进行脱水、脱重烃处理。

1.2 深冷分离法

利用熔沸点的不同，进行气液分离。低温分离工艺是最为广泛的天然气脱烃方法，它是将天然气冷却至烃露点温度以下某一低温，得到部分富含较重烃类的凝液，并在此低温下使其与气体分离。低温分离法，在多数液化工艺中都设计了低温重烃分离器，一般此分离器较小，重烃含量高时分离不彻底仍会造成冷箱冰堵。

1.3 异戊烷溶解法

利用相似相容原理，采用异戊烷作为吸收溶剂洗涤天然气中的重烃组分。

含苯天然气进入脱苯塔的底部，异戊烷介质送入脱苯塔的顶部而使异戊烷与天然气逆流接触，在脱苯塔内部除去其中的苯后，从脱苯塔的顶部排出并进入下一工序。也有利用冷箱中液化的重烃作为洗涤液，不过由于原料气中组分可能不稳定等原因，仍需要异戊烷来调节。

综上，吸附法投资少，操作简单，适于处理杂质含量低的气源，但对原料气变化适应性差，应用领域有限，可通过增加吸附剂量的方式提高重烃处理能力，但吸附剂的选择较困难。异戊烷溶解法，主要用于脱苯，对苯的溶解性较好，其他重烃不能脱除干净，选择此法的主要是原料气重烃组分中苯含量较高，重烃分离法，在多数液化工艺中都设计了重烃低温分离器，此分离器较小，重烃含量高时，仍会造成冷箱冰堵。

2 洗涤塔脱重烃应用实例

加装洗涤塔等方式可以有效的脱出重烃，适用于重烃较多的工况，并且工艺方案成熟，比较适合处理大量的天然气。增加洗涤塔时可在冷箱液化段中抽出低温凝液，利用重组分沸点比天然气高的特点，根据精馏原理，将天然气中的重组分分离出来，经过预冷的天然气进入精馏塔脱重烃，然后进入冷箱继续预冷进入气液分离罐，液相由泵打入精馏塔，气相深冷液化。

2.1 泰安工厂洗涤塔脱重烃工艺

工厂采用的是双循环混合制冷工艺，采用低温精馏的方式来脱出苯 C5+等重组分，经净化合格后的天然气进入LNG板翅式换热器，在LNG板翅式换热器中向下流动，冷却至-43℃时，进入洗涤塔脱除天然气中的苯、重烃，塔顶气体返回LNG板翅式换热器后，经再冷凝后进入洗涤塔回流罐进行气液分离，分离后的气体在LNG板翅式换热器中被进一步冷却、液化，并以过冷至-156.5℃的液体流出，再经节流后进入LNG储罐作为LNG产品。经洗涤塔回流罐分离后的液相通过洗涤塔回流泵输送回塔顶。洗涤塔塔底液体进入洗涤塔再沸器进行加热，气相返回塔底，液相节流降压到0.35MPaG并通过重烃电加热器加热至30℃，尽量脱除液相中的轻组分。洗涤塔再沸器的热源为低压1号混合冷剂。从重烃电加热器出来的气相去燃料气缓冲罐作燃料气，液相通过重烃输送泵输送至重烃储罐，作为副产品通过重烃装车泵输送至槽车外运。

泰安工厂脱重烃工艺

2.2 重烃脱除效果

对进装置区的天然气和洗涤塔脱重烃后的天然气进行取样检测，其结果如下表所示。

位号 进厂原料气 脱重烃后(洗涤塔回流罐顶)控制指标(%) 分析结果 分析结果甲烷:mol/mol 94.3230 96.3300乙烷:mol/mol 2.5900 1.6700丙烷:mol/mol 0.3950 0.1330异丁烷:mol/mol 0.0520 0.0058正丁烷:mol/mol 0.0840 0.0048氮气:mol/mol 1.6920 1.8163异戊烷:mol/mol 0.0120 0.0000正戊烷:mol/mol 0.0140 0.0000新戊烷:mol/mol 0.0105 0.0000二氧化碳:mol/mol 0.7890 0.0000己烷:mol/mol 0.0158 0.000庚烷:mol/mol 0.0027 0.0000苯:mol/mol 0.0172 0.0000甲苯:mol/mol 0.0000 0.0000

从测量结果看，进装置天然气含有大量C5-C9重烃及苯，远远超出液化装置对重烃组分的含量要求，而从洗涤塔后的取样测量结果可以看出，重烃脱出明显已达液化装置对苯和重烃指标要求(苯含量≤5ppmv，重烃含量≤100ppmv)。脱重烃效果良好。

3 洗涤塔脱重烃工艺实际操作中遇到的问题及操作注意事项

3.1 生产中遇到的问题及工厂采取的解决方式

试车生产过程中出现了几次天然气流道堵塞的现象，主要发生在冷箱底部深冷段以及冷箱出口阀门，其中出口阀门多次堵塞情况严重。

从中控室数据反映来看，冷箱深冷段堵塞主要表现为深冷换热器两端压差明显增大，制冷温度和产品LNG的冷端温差明显增加，此时冷剂制冷温度和产品LNG的出冷箱温度正常，冷箱液化段压力降正常，但随着时间的推移，制冷端的温度下降，产品端温度下降。

冷箱出口阀门堵塞之初表现为冷箱各段温度及压降没有异常，但阀门前后压差上升，出口流量下降，出口端温度下降，现场阀门剧烈震动并伴有较大响声。

根据中控室在线分析仪监测数据(进冷箱及洗涤塔原料气组分)的数据显示，堵塞时进入冷箱的原料气均满足H2O≤1ppm，CO2≤50ppm，对进入冷箱前深度净化后的天然气和洗涤塔后的天然气进行取样检测，发现原料气中的苯含量超标，也就是说重烃脱除不净是造成冻堵主要原因。

针对泰安工厂装置堵塞的实际情况，可以判断由于上游突然切换气源导致原料气组份产生很大变化氮气含量，重组分含量明显增大。进冷箱的净化天然气中的苯、环己烷严重超标，即使经过洗涤塔后，天然气中的苯、环己烷含量仍然很高，在进一步液化中导致冷箱的板翅式通道堵塞。

针对类似冷箱部分堵塞和出口阀门冻堵的紧急情况，根据工厂的生产及操作经验总结出以下措施：

(1)增大高压冷剂流量，降低进洗涤塔天然气温度，降低进塔压力以求更好的重烃脱除效果。增大冷剂流量为系统提供更多的冷量以均衡原料气中突增的氮气和重烃所需。降低进洗涤塔天然气温度和进塔压力，有利于重烃在洗涤塔中更好液化，从而提高脱除效果。

(2)如已发生冷箱及出口阀门冻堵，可手动控制进气量，增大进冷箱天然气流量，以冲洗冷箱换热器，增大天然气流量的同时也要注意调整冷剂流量，并时刻关注换热器两端压差的变化，如果情况好转，应及时做出调整。出口阀门冻堵则需切换旁通开启放空阀，并对阀门进行局部复热。总之应多观察，早发现，尽量避免冻堵情况严重导致必须停车的状况发生。

(3)增大低压冷剂进洗涤塔再沸器的流量，改善再沸器换热，提高重烃脱除效果。精馏塔需要气相液相分接触以达到最好的效果，低压冷剂量不足会导致再沸器效果降低，从而降低重烃脱除效果，同时浪费大量天然气。

通过优化操作可以暂时解决冻堵问题，但这样操作会增加能耗，提高操作难度，提高生产成本，只能用于临时解决问题。如果工厂运行过程中频繁出现上述问题，则需要根据气源变化及冻堵情况考虑工艺改造措施。

3.2 生产操作的注意事项

实际生产当中重点需要对洗涤塔液位、压力、以及进塔流量进行严格监控，值得一提的是开车阶段，在冷剂循环建立后需要将天然气引入洗涤塔，注意在开启洗涤塔入口流量控制阀之前，应先缓慢开启洗涤塔再沸器热侧流量控制阀，防止过冷的液体进入下游装置。在冷却期间，密切注意洗涤塔塔底液位和回气温度，随着LNG板翅式换热器预冷段温度进一步降低，以及塔底液位的建立，逐步开大洗涤塔再沸器热侧流量控制阀。同时密切注意洗涤塔再沸器的液位和温度，洗涤塔再沸器液位和温度达到设计要求时，缓慢开启塔底产品流量控制阀，同时投用重烃电加热器。当重烃电加热器的液位和压力满足设计要求时，投用重烃输送泵及相关控制阀在洗涤塔回流罐建立液位后，缓慢打开洗涤塔回流泵入口预冷管线的手阀，预冷洗涤塔回流泵。预冷结束后投用洗涤塔回流泵。总之开车阶段预冷非常重要，操作要缓慢，液位建立的要稳定。至于生产过程中更多的是参数监控，压力，塔液位，流量等都会对洗涤塔的洗涤效果造成较大的影响，严格控制洗涤塔液位以及脱重烃的温度。特别是天然气流量或者组份变化时要及时调整。严格巡检避免因流量阀失灵或者排液管堵塞造成洗涤塔及分离罐的液位异常。

4 结语

伴随着LNG工业的快速发展，LNG工厂再生产中的问题也愈发明显，尤其是重烃处理问题以及由此引起的天然气管线堵塞问题。因此，除设计建设阶段参建单位应充分考虑当地环境及变化特点提出更合理的设计，提高装置适应性，合理选择装置净化方案之外，已建成工厂也应当互相分享生产经验，相互借鉴生产中遇到的问题以及解决方式，共同努力以求整体LNG行业更好的发展。本文记述泰安工厂实际生产过程中洗涤塔脱重烃的效果，并介绍了工厂对于一些问题的解决方式以及操作经验，对LNG项目建设以及装置生产具有参考价值。

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①芦刚，昆仑能源投资(山东)公司副总经理，负责生产安全。②张鑫，山东泰安昆仑能源有限公司技术员。③陈秋燕，山东泰安昆仑能源有限公司LNG工艺工程师。