天然气预处理过程论文
1煤制天然气净化
天然气预处理主要是脱除原料气中所含的微量固体和液体杂质、酸性气体(CO2)、水等有害物质。天然气液化时，其杂质含量通常要求达到的指标是:二氧化碳<50×10-6，H2S<5×10-6，水<1×10-6，重烃<100×10-6，苯<10×10-6，汞<5×10-12。但由于煤制天然气在液化前已经经历了一系列化学、物理性变化过程，其成分相对简单、性能相对稳定。针对煤制天然气气源的这些特点，提出一些合理化建议，优化项目建设。
1.1脱酸性气体
天然气在自然形成的过程中会产生CO2、H2S、COS与RSH等酸性气体。这些气体的存在会腐蚀金属材料、污染环境、造成催化剂中毒、在低温过程中还会结冰堵塞仪表和管线，严重影响正常生产。因此需要把天然气中的酸性气体脱除，达到标准要求的规格后方可进行进一步液化。结合煤制天然气项目气源存在“少碳、无硫”的特点，H2S及有机硫在低温甲醇洗过程中就已经进行有效的分离;二氧化碳经过甲烷化反应过程，与原料中H2进行反应，生产CH4。仅有少量CO2需进行脱除，用以保证冷箱顺利运行。一般采用MDEA溶液进行脱酸性气体。根据其对CO2和H2S都有较强的吸收能力、吸收效率高;工艺过程温度、设备和管道腐蚀程度低、系统运行可靠;容积循环量低、溶剂化学性能稳定等特点。在LNG脱酸性气体工艺中得广泛应用，并在煤制天然气LNG项目脱酸过程有一定优势。
1.2脱水
天然气液化需要在较低温度下进行液化，为避免其中的水分在液化系统发生冻堵，须在预冷前将天然气中的水脱除。天然气脱水按原理可分为冷冻脱水、溶剂吸收脱水和固体吸附脱水、膜分离法脱水四大类。因为天然气在“大气量、超低温(-160℃以下)”的工况环境下进行操作，在几类脱水技术中仅有固体干燥剂脱水法能够满足其工况要求，其中分子筛在LNG工业化装置上广泛应用。分子筛是具有骨架结构的碱金属的硅铝酸盐晶体。其分子式如下:M2/nO·Al2O3·xSiO2·yH2O分子筛具有高选择性;深度脱水、露点降大;对极性分子具有很强的吸附性;在较高的温度下仍具有较强的吸附性的特点。能够满足天然气液化过程中“超低温”工况要求，对气体组分中的水进行有效的脱除，对冷器起到了保护作用。在煤制天然气气体中含有饱和水汽，由于水汽的存在，煤制天然气管输过程中往往会造成管道积液，降低输气能力及降低热值，加速煤制天然气中H2S和CO2对钢材的腐蚀。即使在煤制天然气的温度高于水的冰点时，水也可能和气态烃形成烃类的固态水化物，引起管道阀门堵塞，严重影响平稳供气。因此，煤制天然气在管输前必须脱除其中的水份。结合天然气脱水“气量大、水露点要求不高”的特点，大规模的天然气、煤制气处理、集输过程中使用的脱水干燥方法主要是三甘醇溶剂吸收法，该方法是天然气、煤制天然气工业中应用最广泛的脱水干燥方法。但由于三甘醇脱水深度无法满足LNG液化需求，为了避免在脱碳过程中夹带的水分以及工艺气二次反复脱水，所以在煤制天然气LNG过程中气体不经过三甘醇脱水处理，直接进行LNG液化预处理。
1.3脱汞
原料气中含有的微量汞在低温时会对冷箱等设备造成腐蚀，甚至导致停产，因此汞的含量应受到严格的限制。目前，天然气脱汞工艺有化学吸附、溶液吸收、低温分离、阴离子树脂和膜分离等，天然气脱汞工艺的特性如上图3所示。低温分离工艺是利用低温分离原理实现汞脱除，分离的汞将进入液烃、污水中，造成二次污染，增加其处理难度;溶液吸收工艺脱汞效果差，吸收溶液腐蚀性强，饱和吸收容量较低，脱除的汞进入吸收溶液中也将造成二次污染;膜分离脱汞及阴离子树脂脱汞工艺的使用范围较窄，工业化装置应用较少。化学吸附脱汞工艺在经济性、脱汞效果和环保等方面都优于其它脱汞工艺，在天然气脱汞装置中得到广泛应用，其脱汞深度可达0.01μg/m3。近年来，天然气液化工程中的原料气脱汞采用载硫化物大孔氧化铝脱汞剂，使汞与硫产生化学反应生成硫化汞并吸附在吸附剂上，载硫化物大孔径氧化铝不易产生粉化，且吸附能力强，便于更换。大孔径载硫氧化铝脱汞剂可以避免常规脱汞剂吸附饱和时的毛孔迸发现象对下游液化冷箱造成的汞腐蚀危害。在煤制天然气液化过程中，矿物质煤中作为原始材料，前工序甲烷化过程中，汞物质会使甲烷化催化剂中毒，使其永久性失活。所以在甲烷化工序对汞有及其苛刻的要求。在甲烷化后的气体含量中已经不含有汞物质，因此在煤制天然气LNG液化装置中无需设置脱汞槽及其后面的过滤分离器。
1.4脱除重烃
重烃通常指C5以上的烃类。在烃类中，分子量由小到大时，其沸点是由低到高变化的，所以在液化天然气的循环中，重烃总是先被冷凝下来，从而堵塞设备。液化天然气过程中，通常天然气预冷后，在低温区中的一个或多个分离器中除去重烃。图4所示BV公司的PRICO工艺天然气液化流程:采用混合冷剂(N2、甲烷、乙烯、丙烷和异戊烷)为介质，进行逐级冷凝、蒸发、节流膨胀得到不同温度水平的制冷量。天然气与冷剂进行热交换的.冷箱采用板翅式换热器。预处理气体首先流经板翅式换热器。入口气体从顶部进入，并在顶部份进入换热器芯。然后向下流入底部的冷端。在PRICO中，低温液体仅仅在换热器的底部。制冷换热器上部的原料气被冷至温度大约70℃。在中间，气流流动中断而离开换热器。70℃的气体直接进入重烃分离器，以除去任何可能出现在气流中的重组分。除去进气中的重组分有利于保护低温设备免于堵塞和腐蚀。在制冷换热器顶部有一旁通，通过温控阀可以控制进入重烃分离器的气体温度。从重烃分离器顶部出来的70℃的气体返回板换，经过两个通道，从换热器的底部出来，这时气体已经变成151℃LNG。但由于煤制天然气过程中，煤从气化出来后经过一系列分离、反应等工序处理，原料气中的重烃成分已经完全得到脱除、分解。结合此特点，在煤制天然气液化过程中可以省略掉重烃分离器及相关重烃冷量回收换热器等，预留出分离出口，避免日后由于气源变动而造成重烃成分出现。
2结论
由于和传统天然气相比，煤制天然气的气源更简单，在实际生产运行过程中，供气的质量和条件更稳定，而且LNG作为能源产品，工厂的运行和上下游的衔接非常紧密，尤其是作为调峰装置对下游供给的稳定性十分重要。所以一座商业化运行的液化工厂，首先必须满足安全连续稳定生产的需要，还要求工艺要具有一定的灵活性并且便于操作和调节。因地制宜，选择适当的技术开发和利用煤制天然气，发挥其储存比高，运输灵活方便等优势，可以有效弥补我国常规天然气地域分布和供给量上的不足，非常适应我国能源生产和消费的分布情况，具有广阔的前景。
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