合成氨及甲醇生产装置废气生产LNG节能改造研究

2020-01-15何文新

化工设计通讯 2020年2期

何文新

（大庆油田化工有限公司项目管理中心，黑龙江大庆 163000）

LNG，全称为Liquefied Natural Gas，即液化天然气。由于合成氨及甲醇生产装置会产生较多的废气，直接排放会造成环境污染以及能源浪费等问题。而液化天然气作为当前主要的清洁能源，在汽车燃料以及生活燃气等方面有着重要的作用。但在利用合成氨及甲醇生产装置废气来生产LNG 的过程中，出现了废气生产LNG 流程有待完善等问题。本文就此类问题进行简析，并就如何促进废气生产LNG 的节能改造提出几种方式或方法，为环境保护及废气回收利用尽绵薄之力。

1 合成氨及甲醇生产装置废气生产LNG存在的主要问题

1.1 废气生产LNG液化工艺应用水平有待提高

在合成氨及甲醇生产装置的使用过程中，受到反应条件以及生产环境的限制，甲烷以及合成气中的惰性气体无法完全参与反应，因此需要排出装置，但废气的排出也会使氢、氮等物质成比例的排出装置。而在甲醇生产装置中，由于甲醇生产对氢碳比的要求较高，因此也需要排放废气，但排放废气的过程也会使得大量的碳原子无法得到有效的利用，影响了LNG 液化工艺的应用水平。另外，LNG 液化工艺主要有膨胀机制冷循环工艺、阶式制冷循环工艺以及混合制冷循环工艺等，但部分技术人员未充分了解各类工艺的应用范围及效果，降低了天然气液化工艺的应用水平。

1.2 废气生产LNG净化工艺选择不够合理

另一个需要注意的问题是废气生产LNG 净化工艺选择不够合理。在合成氨及甲醇生产装置排出废气经过处理之后，需要在天然气液化之前对其进行液化，净化的目的是除去废气中所含的酸性气体、杂质以及水分等。若酸性气体、水分或者杂质未除去，会在后续的天然气液化以及运输过程中堵塞或腐蚀管道，不仅增加天然气运输的压力，也会造成较多的能源损失。天然气的净化工艺主要有溶剂吸收、低温脱水以及固体干燥剂吸附等类型。在实际应用的过程中，技术人员未按照要求对各项工艺进行了解与掌握，对净化工艺的优缺点不够熟悉，因此无法选择合理的天然气净化工艺[1]。

1.3 合成氨及甲醇生产装置废气生产LNG流程有待完善

除了废气生产LNG 液化工艺应用水平有待提高以及净化工艺选择不够合理之外，合成氨及甲醇生产装置废气生产LNG 流程有待完善也是节能改造需要注意的问题。废气生产LNG 的流程包括甲烷化、天然气净化工艺、LNG 液化工艺、以及分离等环节，技术人员需要按照要求对每一步进行操作，特别是甲烷化、液化等环节，由于此类环节的要求较高，因此需要技术人员注意工艺标准，降低操作误差。但由于技术人员对部分环节的重视程度不够，使得废气生产LNG 流程有待完善，影响整体的LNG 生产效率，最终导致液化天然气的生产质量不高。

2 合成氨及甲醇生产装置废气生产LNG的节能改造措施

2.1 提高废气生产LNG液化工艺的应用水平

要想更好地进行合成氨及甲醇生产装置废气生产LNG 的节能改造，第一步需要做的是提高废气生产LNG 液化工艺的应用水平。在合成氨及甲醇生产装置进行合成反应的过程中，会排出包括惰性气体以及合成放空气在内的废气，废气经过净化之后再进行液化。而天然气液化是废气生产LNG 的关键环节，技术人员需要了解LNG 液化工艺的类型、适用范围以及应用效果等信息，从而根据废气生产的环境及外部条件对LNG 液化工艺进行选择与应用。在合适的环境或温度下对LNG 液化工艺进行应用，可以提高天然气液化环节的质量与效果，并有效节能，促进产业的转型升级。

例如，废气生产LNG 液化工艺包括膨胀机制冷循环工艺、阶式制冷循环工艺以及混合制冷循环工艺等。其中，膨胀机制制冷循环工艺中使用的试剂为高压制冷剂，利用透平膨胀机的绝热膨胀性能来实现天然气的液化，制冷剂主要有氮气制冷剂、氮-甲烷制冷剂等。一般来说，净化后的废气经过预冷气预冷之后，进入气液分离器去除重烃，剩余的气相部分则进行天然气的液化。阶式制冷循环工艺是指利用不同类型制冷剂的蒸发温度进行不同级别的冷冻，通过天然气与制冷剂的换热，从而使天然气液化。而混合制冷循环工艺则是指利用多种物质混合的循环制冷剂对天然气进行液化的工艺，即对高温段以及低温段两个阶段进行制冷，采用合适的制冷剂，使天然气在不同阶段都可以得到液化。技术人员在对天然气液化工艺进行应用时，需要了解不同工艺所使用的制冷剂成分以及不同的标准，从而根据废气生产的实际情况对天然气进行液化，提高LNG 的产量[2]。

2.2 选择合理的废气生产LNG净化工艺

另一个需要采取的措施是选择合理的废气生产LNG 净化工艺。在对天然气进行液化之前，需要对合成氨及甲醇生产装置产出的废气进行净化，由于该装置排出的废气中包含一定量的氢、氮气体以及大量的碳原子，因此需要提高废气的利用率。净化的主要目的是除去废气中包含的酸性气体、水分以及杂质等物质，使天然气更加纯净。实际应用中的净化工艺包括溶剂吸收、低温脱水以及固体干燥剂吸附等，在应用时需要了解净化环节的操作规范以及应用标准，从而更好地进行天然气的净化。

例如，针对不同类型的天然气净化工艺，技术人员可以针对其原理及应用效果进行优化分析。溶剂吸收工艺是指利用较高浓度的酸性物质，如浓磷酸、三甘醇以及有机酸等物质对天然气进行脱水，但酸性物质对脱水的深度要求较高，若废气产出部位深度或温度较低，则会影响溶剂的脱水效率。低温脱水虽然可以避免天然气在温度较低时出现水化物，但受到此工艺应用条件的限制，使得其温度范围较为有限。固体干燥剂吸附是指利用硅胶或者分子筛等物质吸附水分或杂质，并且对酸性气体具有较高的选择作用，可以有效去除天然气中的杂质或水分。通过选择合理的废气生产LNG 净化工艺，可以较好地净化天然气，从而提高LNG 的质量。

2.3 完善合成氨及甲醇生产装置废气生产LNG的流程

除了提高废气生产LNG 液化工艺的应用水平以及选择合理的废气生产LNG 净化工艺之外，完善合成氨及甲醇生产装置废气生产LNG 的流程也是进行节能改造的重要措施，技术人员需要按照生产LNG 工艺流程对各个环节进行操作，并在操作过程中结合其实际的生产环境，贯彻各环节的操作标准，从多个方面提高LNG 的生产质量。

例如，在对废气进行甲烷化处理时，技术人员需要按照标准控制好催化剂的类型及反应温度，对CO、CO2以及H2的反应量进行适当的调整，由于此反应是由催化剂催化的强放热反应，因此需要合理调整反应温度，特别是CO 与CO2甲烷化会产生较高的绝热温升，需要注意温度的变化。通过完善LNG 生产流程控制，可以有效提高LNG 生产质量[3]。