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摘要：随着我国经济的不断发展，科学技术也正不断进步，液化天然气技术是一种将天然气以液态的形式储存技术，在正常的压力下将气态天然气进行-162℃的深冷处理。这样天然气将从气态变化成液态，并且缩小了储存天然气的体积，更加利于存储与管道运输工作。天然气液化前要将开采出的原料气进行净化处理工作，这样能够使天然气的质量提升，达到日常的使用标准。文章主要从天然气的净化与液化工艺方面进行研究。
关键词：液化天然气；净化与液化；关键技术
1液化天然气的净化
1.1液化天然气概述
液化天然气是指将气态的天然气利用低温制冷技术液化成液态的天然气。但由于原料天然气中含有的杂质气体会影响液化天然气产品的质量，也会造成运行装置设备的损坏等问题，所以需要将原料天然气根据产品及市场的使用要求进行净化，脱除部分原始杂质组分，如重烃、水分、酸性气体、汞、氮气、氧气等。天然气中的酸性气体通常有H2S，CO2，COS和硫醇等气相杂质。H2S气体是酸性气体中毒性较大的一种，具有类似臭鸡蛋的刺激性恶臭味的无色气体，有毒，它可以麻痹人的中枢神经系统，经常与硫化氢接触能引起慢性中毒；硫化氢具有强烈的还原性，易受热分解，在有氧存在时易腐蚀金属。它在很低的含量下会对人体的眼睛、鼻子、喉咙有刺激性。在天然气液化装置中，因为天然气中的H2S存在，也会对设备造成腐蚀。CO2也是常见的酸性气体，由于在液化过程中，CO2会形成固体析出，堵塞设备管道而影响装置运行，且大量CO2存在会影响液化天然气产品的燃烧性。酸性气体是造成设备腐蚀的主要因素，且在天然气液化过程中易形成固体析出，阻塞设备管道，所以在天然气进入液化装置前必须将其脱除至允许含量以下。根据不同的脱酸原理，目前较常见的脱酸方法有吸收法、吸附法、膜分离法、低温冷凝法、氧化还原法等，不同的方法适用于不同的原料气条件。
1.2天然气质量要求
随着我国社会经济的飞速发展，综合考虑经济、环境、安全、卫生等各种方面的因素，对天然气设定了严格的技术标准，其中主要有以下方面：①最小热值的要求。即在一定的单位质量或者是一定体积的天然气发热量的最小参考值，这不但是控制天然气中二氧化碳等排放物含量的重要参考指标，还关系到生活中对选用天然气加热设备的规格的选择；②含硫量的要求。天然气中硫化氢或总硫含量要在规定标准范围内，一般在6～24mg/m3，这是为了降低天然气的腐蚀性，降低对人身健康安全的伤害；③烃露点表示在正常的压力下，天然气释放出的第一滴液烃时的温度，这主要是与天然气的成分与天然气的压力相关；④水露点在正常压力下天然气中水蒸气液化出的第一滴水的温度。
1.3液化天然气的预处理指标
天然气液化时需要采取净化的预处理措施，必须脱除原料气中含有的硫化氢、二氧化碳、水等杂质，保证在运输过程中天然气对管道设备不造成腐蚀，是天然气的最小热值达到标准。天然气液化受到工厂类型、原料气成分、原料气来源不同，处理的工艺方法也不经相同，净化的方法也不一样。文章以基本负荷型液化天然气工厂原料气预处理为例，对预处理的指标要求：溶解度限制二氧化碳为（50～100）×10-6；无限制生产下累计允许值水小于0.1×10-6；产品规格硫化氢为4×10-6；标准状态下硫化物总量（10～50）mg/m3等。
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2天然气中酸性气体脱除方法
2.1吸收法
2.1.1化学吸收法
利用碱性吸收剂对酸性组分的反应，将酸性气体脱除。根据所用的吸收剂的分类，化学吸收法分为热碱法和醇胺法。常见的化学吸收剂是醇胺溶液，如乙醇胺、二乙醇胺、甲基二乙醇胺等。
2.1.2物理吸收法
此法采用有机化合物作为吸收剂，吸收天然气中的酸性气体组分，天然气中的酸气H2S和CO2等不与溶剂发生化学反应，主要依靠在不同压力和温度下在物理溶剂中具有不同的溶解度，达到酸气的吸收及分离。由于物理吸收法是利用酸性气体在物理溶剂中的溶解热大大低于其与化学溶剂的反应热，故溶剂再生能耗低。处理量大、再生容易、大部分酸气可通过减压再生出来、装置投资低、不易产生泡沫和溶剂稳定性好等优点，缺点是吸收溶剂较贵和存在共吸现象。物理吸收的溶剂用量需根据酸性气体的含量确定，在适当的压力和温度下进行。物理吸收法大多具有专利，如Selexol法，吸收剂为聚乙二醇二甲醚；如Ｒectisol法，吸收剂为甲醇；Fluor法，吸收剂为碳酸丙烯等。
2.1.3物理化学混合吸收法
物理化学吸收法主要是物理溶剂和化学溶剂的混合使用，使其兼有两种方法的优点：物理溶剂对有机硫进行大量吸收，同时也可以脱除部分H2S和CO2；化学溶剂进行精脱，将剩余酸气进行化学吸收，保证净化气酸气含量较低。混合吸收法的代表方案是Sulfinol系列，主要组成溶剂是醇胺－环丁砜－水，环丁砜是物理溶剂，醇胺是化学溶剂，可以较好的溶解硫醇、COS等有机硫，也可以溶解部分H2S和CO2。此溶剂优点是应用范围广、净化气酸气含量低、腐蚀性小；缺点是环丁砜的凝固点低，不利于溶剂的配制，也会吸收部分重烃而影响酸气净化。
2.2吸附法
吸附法脱除酸性气体利用吸附剂表面的吸附作用将硫化物吸附，也称干法脱硫，用于低含硫气体处理，特别是用于气体精细脱硫。常用的脱硫吸附剂为含铁氧化剂，如氧化铁，采用浸透了水合氧化铁的木屑做脱硫剂，也有部分采用分子筛进行吸附脱硫。湖北化学研究所研制的HB5型脱硫剂可用于天然气和炼厂气的精脱硫，该脱硫剂可将气体中的硫含量降至0．1mg/m3。NCA固体吸附法是Dow化学公司提出的用于脱除H2S的方法。NCA固体是含有80%的NaOH和20%Ca（OH）2（质量百分比），该法在脱除H2S的同时还可脱除部分硫醇。在工业使用中，也可使用分子筛吸附含酸性气体含量少的天然气以净化天然气，在分子筛上负载金属离子，如Cu离子、Fe离子、Zn离子等，但在酸性气体含量高的情况下，不建议采用吸附法，而应该采用吸收法。吸附剂的再生性是个重要问题，吸附硫化物后的吸附剂如果不能再生，则会产生大量固体废物，后续处理带来很大麻烦，经济性差，如果能够再生循环使用，则会减少投资。负载碱金属的分子筛是可再生的吸附剂，通常用高温的热蒸汽进行再生。
3天然气液化技术
通过对某天然气工厂的原料气进行分析，选取阶式制冷和复叠式制冷这两种液化工艺进行处理。阶式制冷液化工艺被广泛的运用在国外的天然气液化中，这种方法投入的资金大，需要的设备比较多，占地面积大，我国在这方面的应用需要很大程度的进口。复迭式制冷液化工艺将净化后的天然气直接输入冷箱，通过与丙烷和氮气分别的进行反应，通过节流降压、并将温度降低到-162℃，所获得的就是液态的天然气，这种方法被广泛的运用在国内，并且技术相对的成熟。通过对这两种制冷液化工艺的技术处理所得出的效果、液化率、能耗、收益率，进行全面对比分析，选出最合适的净化工艺方法。阶式制冷与复迭式制冷的液化率同样为97.3%，而阶式制冷工艺除了液化的功率低于复叠式制冷液化工艺。其余几项中资金的投入要高出很多，对投资的收益时间也相对的长很多，税前的内部收益率低3.24%。在我国复叠式制冷液化工艺凭借着相对成熟的技术工艺，前期的资金投入与设备需求量少，操作方法简单等诸多优势，对复叠式制冷液化工艺的选取还是比较有优势的。
4结语
在液化天然气方面的研究我国起步比较晚，在很多的关键技术上还不成熟，这需要投入更多的人力物力进行深层次的研究，希望在未来的发展中追赶上国际先进的技术，并能成功超越。
参考文献：
[1]刘露．天然气脱除CO2方法的比较和进展[J].化工进展，2009，28：290～292.
[2]郭彦鑫.天然气液化技术与应用研究[D].西安石油大学，2011.
论文作者:王波
论文发表刊物:《基层建设》2017年第33期
论文发表时间:2018/2/28
标签：天然气论文; 溶剂论文; 气体论文; 酸性论文; 工艺论文; 含量论文; 乙醇胺论文; 《基层建设》2017年第33期论文;