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撬裝式天然氣脫碳設備廠(chǎng)家天然氣凈化過(guò)程基本包括原料氣脫酸、脫水脫汞系統工藝過(guò)程,首先經(jīng)過(guò)預處理撬塊的井口氣直接進(jìn)入凈化撬塊,脫酸工藝(主要指二氧化碳和硫化氫)采用溶劑吸收法,吸收劑為MDEA;脫水工藝采用分子篩脫除微量水分;脫除的重烴直接進(jìn)入火炬系統燃燒處理;脫汞工藝采用浸硫活性炭吸附法;
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工藝技術(shù)方案及說(shuō)明
1 撬裝式天然氣脫碳設備廠(chǎng)家技術(shù)比較與選擇
天然氣液化的預處理過(guò)程基本包括原料氣脫酸氣工藝過(guò)程。
1.1 天然氣凈化工藝選擇
作為原料氣的天然氣,在進(jìn)行液化前必須對其進(jìn)行*凈化。即除去原料氣中的酸性氣體、水分和雜質(zhì),如 H2S、CO2、H2O、Hg 和芳香烴等,以免它們在低溫下凍結而堵塞、腐蝕設備和管道。表 4.1-1 列出了 LNG 工廠(chǎng)原料氣預處理標準和雜質(zhì)的最大含量。
表 4.1-1 LNG 原料氣最大允許雜質(zhì)含量
雜質(zhì) | 含量極限 | 依據 |
H2O | <1ppmV | A(在不限制產(chǎn)量條件下,允許超過(guò)溶解
極限) |
CO2 | 50~100ppmV | B(極限溶解度) |
H2S | <4ppmV | C(產(chǎn)品技術(shù)要求) |
總含硫量 | 10~50mg/Nm3 | C |
Hg | <0.01μg/Nm3 | A |
芳香烴類(lèi) | ≤10ppmV | A 或 B |
環(huán)烷烴總量 | ≤10ppmV | A 或 B |
從原料氣數據來(lái)看,原料氣中硫、CO2、水含量超標,必須進(jìn)行凈化。A)脫 CO2 工藝選擇天然氣中含有的 H2S 和 CO2 統稱(chēng)為酸性氣體,它們的存在會(huì )造成金屬腐蝕并污染環(huán)境。此外,CO2 含量過(guò)高,會(huì )降低天然氣的熱值。因此,必須嚴格控制天然氣中酸性組分的含量,以達到工藝和產(chǎn)品質(zhì)量的要求。
用于天然氣脫除酸氣的方法有溶劑吸收法、物理吸收法、氧化還原法和分子篩吸附法。目前普遍*和廣泛應用的溶劑吸收法。它是以可逆的化學(xué)反應為基礎,以堿性溶劑為吸收劑的脫硫方法,溶劑與原料氣中的酸組分(主要是CO2)反應而生成化合物;吸收了酸氣的富液在升高溫度、降低壓力的條件下又能分解而放出酸氣,從而實(shí)現溶劑的再生利用。
溶劑吸收法所用溶劑一般為烷醇胺類(lèi),主要有一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、二異丙醇胺(DIPA)、甲基二乙醇胺(MDEA)等。本方案從適用性和經(jīng)濟性的角度考慮,選擇甲基二乙醇胺(MDEA)作為脫除酸性氣體的溶劑。
MDEA( N-Methyldiethanolamine) 即 N- 甲基二乙醇胺, 分子式為 CH3-N(CH2CH2OH)2,分子量 119.2,沸點(diǎn) 246~248℃,閃點(diǎn) 260℃,凝固點(diǎn)
-21℃,汽化潛熱 519.16kJ/kg,能與水和醇混溶,微溶于醚。在一定條件下,對二氧化碳等酸性氣體有很強的吸收能力,而且反應熱小,解吸溫度低,化學(xué)性質(zhì)穩定,無(wú)毒而不降解。
純 MDEA 溶液與 CO2 不發(fā)生反應,但其水溶液與 CO2 可按下式反應: CO2 + H2O == H+ + HCO3- (1)
H+ + R2NCH3 == R2NCH3H+ (2)
式(1)受液膜控制,反應速率極慢,式(2)則為瞬間可逆反應,因此式
(1)為 MDEA 吸收 CO2 的控制步驟,為加快吸收速率,在 MDEA 溶液中加入活化劑(R2/NH)后,反應按下式進(jìn)行:R2/NH + CO2 == R2/NCOOH (3)
R2/NCOOH + R2NCH3 + H2O ==R2/NH + R2CH3NH+HCO3- (4) (3)+(4):
R2NCH3+ CO2 + H2O == R2CH3NH+HCO3- (5)
由式(3)~(5)可知,活化劑吸收了 CO2,向液相傳遞 CO2,大大加快了反應速度。MDEA 分子含有一個(gè)叔胺基團,吸收 CO2 后生成碳酸氫鹽, 加熱再生時(shí)遠比伯仲胺生成的氨基甲酸鹽所需的熱量低得多。
從能耗、處理規模和投資運行成本等角度,MDEA 胺液法是最合適的工藝, 因此本方案選擇 MDEA 胺液法脫酸氣。
來(lái)自管網(wǎng) 20~25MPa 的天然氣進(jìn)入過(guò)濾分離器首先分離掉游離水和固體顆粒后注入甲醇,注入甲醇后的天然氣經(jīng)管道送入凈化單元。進(jìn)入凈化單元的天然氣首先進(jìn)入進(jìn)口分離器,分離后的氣體經(jīng)水套爐加熱至約 80℃后經(jīng)減壓裝置減壓至 4MPa.g 進(jìn)入分離器,分離后的氣體進(jìn)入 MDEA 系統脫除 CO2,然后依次脫除重烴、水和汞后進(jìn)入后續單元。
本裝置的主要工藝技術(shù)方法是:
采用 MDEA 脫除二氧化碳;
原料氣進(jìn)入脫酸氣單元,本單元采用 MDEA 溶液的方法脫除原料氣中的 CO2 和 H2S 等酸性氣體。
天然氣從吸收塔下部進(jìn)入,自下而上通過(guò)吸收塔;*再生后的 MDEA 溶液(貧液)從吸收塔上部進(jìn)入,自上而下通過(guò)吸收塔,逆向流動(dòng)的 MDEA 溶液和天然氣在吸收塔內充分接觸,氣體中的 CO2 被吸收而進(jìn)入液相,未被吸收的組份從吸收塔頂部引出,進(jìn)入脫碳氣冷卻器和分離器。出脫碳氣分離器的氣體進(jìn)入原料氣干燥單元,冷凝液去閃蒸罐。
處理后的天然中 CO2 含量小于 50ppmV,H2S 含量小于 4 ppmV。
吸收了 CO2 的 MDEA 溶液稱(chēng)富液,至閃蒸塔,降壓閃蒸出的天然氣送往燃料系統。閃蒸后的富液與再生塔底部流出的溶液(貧液)換熱后,升溫到~ 98℃去再生塔上部,在再生塔進(jìn)行汽提再生,直至貧液的貧液度達到指標。
出再生塔的貧液經(jīng)過(guò)貧富液換熱器、貧液冷卻器,貧液被冷卻到~40℃, 被貧液泵加壓后,從吸收塔上部進(jìn)入。
再生塔頂部出口氣體經(jīng)酸氣冷卻器,進(jìn)入酸氣分離器,出酸氣分離器的氣體送往酸氣排放系統,冷凝液經(jīng)過(guò)回收泵加壓后送至閃蒸分離器。
再生塔再沸器的熱源由來(lái)自導熱油系統的導熱油提供。本單元主要工藝設備為吸收塔和再生塔。
主要設備選型和供貨
本液化裝置是成套設備,成套后必須確保裝置穩定高效運行。設備設計、制造和定型產(chǎn)品選型的原則為立足國內、技術(shù)成熟、性能*。國內產(chǎn)品達不到技術(shù)要求的,選用進(jìn)口品牌。
本章所述的工藝設備基本技術(shù)數據以最終設計為準。
本裝置的工藝設備供貨清單如下:
(1) 、原料氣脫碳單元
序 號 | 設備名稱(chēng) | 數量 | 其他說(shuō)明 |
脫碳橇(處理量:120000Nm3/day) | |||
1 | 吸收塔 | 1 臺 | 材質(zhì):Q345R |
2 | 再沸器 | 1 臺 | 殼程:S30408,管程:S30408 |
3 | 再生塔 | 1 臺 | 材質(zhì):S30408 |
4 | 脫碳氣冷卻器 | 1 臺 | 空冷器(水冷) |
5 | 脫碳氣分離器 | 1 臺 | 材質(zhì):Q345R |
6 | MDEA 循環(huán)泵 | 2 臺 | 用 1 備 1 |
7 | 閃蒸分離器 | 1 臺 | 材質(zhì):Q345R |
8 | 貧富液換熱器 | 1 臺 | 板片式 |
9 | 貧液冷卻器 | 1 臺 | 空冷器(水冷) |
10 | 溶液過(guò)濾器 | 1 臺 | 材質(zhì):Q345R |
11 | 酸氣冷卻器 | 1 臺 | 空冷器 |
12 | 酸氣分離器 | 1 臺 | 材質(zhì):S30408 |
13 | MDEA 緩沖槽 | 1 臺 | 材質(zhì):Q345R |
14 | 電加熱管 | 1 臺 | 120KW,冬季停車(chē)重啟時(shí)加熱胺液 |
15 | 閥門(mén)、儀表、液位計 | 1 套 | |
16 | 撬塊底座 | 1 套 | |
撬塊尺寸(長(cháng)×寬×高:13000×3000×3000mm) |
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