近年來，液化天然氣（LNG）產業蓬勃發展。 我國液化天然氣產業從起步到發展，在液化、儲存、 運輸等方面都取得了顯著的進步。國新能源集團在 山西陽泉建設了一座具有調峰儲氣功能的液化天然 氣工廠，原料氣為煤層氣，該液化工廠在冬季用氣 高峰時或上游管道發生事故時，可為陽泉地區提供 調峰氣源。日處理煤層氣 5×105 Nm3 /d，根據進入工 廠前氣體檢測裝置檢測，原料氣中含有 92.37%的甲 烷，還含有酸性氣體、水、苯、重烴和機械雜質， 所以在進行液化前必須進行原料氣預處理，防止在 液化過程中結晶堵塞管道或腐蝕管道設備。液化采 用 MRC 混合冷劑制冷的液化工藝技術，本文對預 處理階段的脫酸流程、脫氮流程和液化流程進行重點闡述分析。

煤層氣預處理主要工藝流程及運行情況技術分析

上海昌吉脫除酸性氣體流程及運行情況技術分析 從再生塔來的活化 MDEA 溶液（貧液）經貧液 泵升壓（～6.3 MPa、51 ℃）分成兩路，一路直接 進入吸收塔頂部作為脫酸吸收劑，另一路經調節閥 控制流量后進入溶液過濾器，在溶液過濾器中過濾 炭的作用下在線脫除溶液中的雜質后進入貧液泵入 口。 加壓后的原料煤層氣中 CO2 含量≤3.5%，溫度 為 40 ℃，當進入吸收器時，原料氣自下而上通過 吸收塔，與自上而下的活化 MDEA 溶液（貧液）在 吸收塔內填料表面逆向流動，進行充分傳質傳熱； 氣體中的 CO2、H2S 等酸性氣體被溶液大量吸收進 入液相，未被吸收的組分從吸收塔頂部流出。從塔 頂分離出的氣體經冷卻器降溫至-40 ℃后，在分離 器中完成氣液分離，氣體從分離器頂部流出并進入 吸收塔頂過濾器，在吸收塔頂過濾器中分離掉機械 雜質及游離液體并調整壓力后去脫水塔。從分離器 底部出來的液體和塔頂過濾器底部出來的液體混合 后進入閃蒸罐循環使用。

活化 MDEA 溶液吸收酸性氣體后稱為富液（～ 5.5 MPa、55～61 ℃），從吸收塔底流出，經調節閥 降壓至 0.5 MPa 后進入閃蒸罐，在閃蒸罐中因降壓 閃蒸出的氣體從頂部流出，經調節閥控制壓力后去 放散系統。為保證閃蒸罐壓力穩定及避免溶液氧化， 引氮氣進入閃蒸罐以形成氮封。從閃蒸罐底部流出 的液體通過貧富液換熱器與貧液換熱升溫到 96 ℃ 左右，并經調節閥控制液位后進入再生塔頂部。再 生塔采用微正壓汽提的方式完成對活化 MDEA 溶 液的再生，富液自上而下通過再生塔，在再生塔內 填料表面與自下而上的氣提蒸汽逆向流動，進行充 分的傳質傳熱。富液中的酸性氣體被大量解析至氣 相并伴隨氣提蒸汽從再生塔頂流出，富液中的酸性 氣體被解析至滿足要求后稱為貧液，從塔底流出去 貧富液換熱器換熱降溫后去貧液泵進口循環使用。 從再生塔頂部流出的氣體經再生塔冷卻器降溫后 （0.03 MPa、40 ℃）進入再生塔頂氣液分離器， 在氣液分離器完成氣液分離，氣體從分離器頂部流 向酸氣脫硫塔，脫硫后的氣體從脫硫塔的頂部流出 并調整好壓力后高點放空。

吸收塔實際運行參數與設計參數出現的差異主 要為吸收塔的工作壓力和貧胺液入塔的溫度。一是 煤層氣入吸收塔的設計壓力為 5.5 Mpa，但實際運 行壓力直接由原料氣壓縮機排氣壓力決定，因本裝 置中原料氣壓縮機電機電流在壓縮機排氣壓力為 4.75 Mpa 左右時就達到額定電流，為確保壓縮機及 電機正常平穩運行，將壓縮機的排氣壓力控制在 4.75 Mpa，從而導致吸收塔工作壓力低于設定壓力。 二是貧液進吸收塔的設計溫度為 50 ℃，可通過貧 液冷卻器來調節（水冷）。在調試過程中發現適當將 胺液溫度降低以減少和入塔天然氣的溫差使胺液吸 附酸氣的效果更好，胺液調試中的最佳溫度為 42 ℃左右，所以將運行溫度設定為 42±1.0 ℃。進 入吸收塔的煤層氣來自原料氣壓縮機冷卻并分離后 溫度較低，因原料氣升壓冷卻后會初步分離出含烴 的液體，而冷卻后溫度越低分離效果越好，從而避 免了煤層氣在進入吸收塔中析出烴類液體而污染胺 液，這樣就使得入塔煤層氣與貧液存在一定的溫差， 兩流體在接觸后先發生熱交換的物理反應然后進行 吸附化學反應，這使得吸收效率降低，所以適當降 低貧液溫度會提高吸附效率。

脫氮工藝流程及運行情況技術分析

脫氮流程是在從煤層氣脫除酸性氣體(CO2、 H2S)、水和重烴之后進行的。一般有兩種方法：一 是液化前進行變壓吸附；二是氮氣的常壓沸點為 -195.8 ℃，低于甲烷沸點，因而脫氮是在更低的溫 度下用精餾法脫除，脫出的氮氣排放進入大氣環境。 即液化后進行低溫蒸餾將氮氣從預凈化后的煤層氣 中分離出去。 煤層氣主要組分甲烷在大氣壓力下的液化溫度 約為 110 K,而氮在大氣壓力下的液化溫度約為 77 K, 低于甲烷。煤層氣含氮量越高，液化溫度越低,，液 化能耗越大。根據歐洲標準(EN1160-96)，氮含量(摩 爾分數)應小于 5%，一般天然氣中的氮含量不高， 但煤層氣中的氮含量較高，在液化過程中要將氮氣 脫除。本工藝氣源為煤層氣，氣體組分中氮氣含量 為 2.73%，而且 LNG 是以常壓儲存的，如果不脫除 氮會導致整個裝置能耗較高，會影響 LNG 熱值， 還容易引起 LNG 在儲運過程中出現翻滾現象造成 壓力升高。天然氣中氮氣含量超過 2%時就需開啟 脫氮工藝。

目前，脫氮工藝試運行正常，完全符合設計工 藝。但是在調試過程中發現了一些問題：一個是脫 氮塔塔底溫度與汽提流量的關系，汽提流量較小時 不能使塔底溫度提升上來，影響脫氮效果，汽提流 量增加后，脫氮效果提升，但使脫氮塔出口流量增 加且高于 BOG 壓縮機的回收量，使脫氮塔超壓， 通過適當升高汽提氣體的溫度（-60 ℃升高至 -55 ℃）以減少汽提流量，使流量與溫度達到平衡， 脫氮塔正常工作。二是脫氮塔內 LCBM 溫度較高， 返回冷箱過冷時增加了制冷劑的負擔，為確保 LCBM 處于過冷狀態，需增加氣相制冷劑流量，必 要時還需補充氮氣進制冷劑循環中以增加制冷劑氣 相中的氮氣成分，這使冷箱調節難度增加。三是要 確保脫氮塔中上塔和下塔的工作壓力，若上塔壓力 過高會使氮氣分離效果變差，壓力過低會使排放的 氮氣中天然氣含量增多，因此要保持上塔和下塔壓 力平衡。

煤層氣液化流程

凈化結束后的原料煤層氣去與重烴及 BOG 回 收冷量后，于 12.97 ℃，5.195 MPa 進入液化工序。 液化單元的目的是將凈化后原料氣體液化以便于儲 存，同時脫去大部分氮氣以滿足產品熱值要求。 液 化系統采用 MRC 混合劑制冷，制冷裝置包括板翅 式換熱器、冷劑分離罐等。原料氣在冷箱中被冷卻 至-30 ℃后，進入重烴脫除單元，在重烴脫除單元 脫除重烴后的原料氣返回冷箱繼續冷卻至-162 ℃。 當原料氣中氮含量不高時，LCBM 可直接節流至 0.012 MPa 后進入 LCBM 儲罐中儲存；如果原料氣 中氮含量偏高時，LCBM 需進入氮氣脫除單元脫除 氮氣，塔底得到滿足要求的 LCBM 產品再返回冷 箱過冷，最后送入 LCBM 儲罐。來自制冷劑壓縮 機的混合工質制冷劑，進入冷箱，被預冷經閥節流 降溫后作為制冷劑為煤層氣液化提供冷量。


結束語
上海昌吉地質儀器有限公司依據國新能源煤層氣混合制冷工藝液化項 目對預處理中的脫酸流程和脫氮流程及液化工藝流 程進行了技術分析，并對原設計參數與試運行階段 實際運行參數進行比對，就發現的問題和解決辦法 進行了重點闡述，實際運行效果良好，符合相關設 計要求，同時，對液化項目后期運行奠定理論基礎。