何伏牛，郭康达，梅喜涛，喻明杰
（河南晋煤天庆煤化工有限责任公司，河南 沁阳454592）
［摘 要］河南晋煤天庆煤化工有限责任公司“30·52·3”项目之二期项目甲烷合成装置采用戴维甲烷化工艺生产SNG、天然气液化装置采用杭州中泰深冷工艺生产LNG。随着甲烷合成装置的稳定运行，产品气SNG中的CO2含量远超设计指标（就天然气液化装置原料天然气而言），导致天然气液化装置冷箱出现周期性冻堵。经市场调研与分析论证，晋煤天庆对天然气液化装置实施了新增MDEA脱碳系统、脱汞脱重烃系统及返输气（附近煤矿的煤层气）管线的综合技改，并对MDEA脱碳系统运行中出现的问题采取了相应的优化措施，彻底消除了天然气液化装置的生产瓶颈问题，提升了LNG产品的质量和产量，保证了天然气液化装置的安全、稳定、长周期、优质运行。
［关键词］天然气液化装置；冷箱周期性冻堵；综合技改；返输气管线；脱汞脱重烃系统；MDEA脱碳系统；优化措施
［中图分类号］TE646 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2021）05-0061-04
0 引 言
河南晋煤天庆煤化工有限责任公司（简称晋煤天庆）“30·52·3”项目（300 kt/a合成氨、520 kt/a尿素、3×108 m3/a煤制天然气），采用鲁奇炉碎煤加压气化工艺生产粗煤气［1］，一期项目生产合成氨、尿素产品，于2015年1月18日投产；2016年8月3×108 m3/a燃气（煤制天然气）优化技改项目（二期项目）试生产，2017年6月达产达标，二期项目天然气产品分为两部分，一部分经输气站通过管网直接输送至下游用户，另一部分通过天然气液化装置生产LNG后装车销售，其甲烷合成装置采用英国戴维公司的四塔甲烷合成工艺生产煤制天然气（SNG）、天然气液化装置采用杭州中泰深冷技术股份有限公司（简称杭州中泰）的深冷工艺生产液化天然气（LNG）。
随着晋煤天庆甲烷合成装置的稳定运行，产品气SNG中的CO2含量约在0.1%～2.0%之间，远高于天然气液化装置（原料天然气）签订合同的保证值CO2含量≤50×10-6，即使上游低温甲醇洗系统刻意调整工况降低净化气中的CO2含量（将配CO2的调节阀由自动调节变为手动调节），甲烷合成产品气SNG送到下游天然气液化装置分离时，冷箱内板翅式换热器的流道也会因低温附着的干冰越聚越多而变小变细，压差由满负荷时的25～35 kPa逐渐上升至60～80 kPa，这种周期性冻堵导致的冷箱压差变大情况一旦发生，天然气液化装置不得不降负荷运行甚至停车，拆开法兰安装临时短接进行逆向爆破“吹碳”。因此，亟需寻求一种脱碳方法将SNG中的CO2含量降至50×10-6以下再输送至冷箱进行液化。经充分的市场调研与分析论证，晋煤天庆最终通过实施新增MDEA脱碳系统、脱汞脱重烃系统及返输气管线的综合技改方案，彻底消除了天然气液化装置的生产瓶颈问题，保证了系统的安全、稳定、长周期运行，提升了装置的生产能力和产品质量，LNG产品市场竞争力和企业盈利能力得到增强，为完成年度契约目标打下坚实基础。以下对有关情况作一简介。
1 天然气液化装置综合技改方案
1.1 技改背景
晋煤天庆目前拥有合成氨-尿素和煤制天然气两条生产线，日常6台气化炉运行（六开无备，原设计为五开一备），尿素作为主导产品，合成氨-尿素生产线满负荷运行以保证企业的盈利能力。一旦单台气化炉发生故障需退出系统检修时，一般会降低煤制天然气装置的负荷进行双系统负荷平衡，但甲烷合成装置、天然气液化装置的低负荷运行会导致资产利用率降低、企业盈利能力下降。而扩大天然气液化装置的生产能力（增设管线反向输入附近煤矿的煤层气以生产LNG）及脱汞脱重烃（煤层气中含有汞、重烃等杂质，易冻堵冷箱）等改造，可提高管道天然气产品的产量及质量、降低生产成本；增设脱碳系统，可防止天然气液化装置发生周期性冻堵事故，保证其长周期运行，提高LNG产品的产量及质量。总之，通过实施天然气液化装置的综合技改，可使煤制天然气装置的生产潜力得到充分发挥，继而大幅提升企业的经济效益。
1.2 技改方案的提出
经与杭州中泰深入沟通和交流后，确定增设脱碳和脱汞脱重烃系统，并增设返输气管线，将天然气液化装置的进气量由29 000 m3/h提升至33 000 m3/h，其操作弹性在30%～110%负荷范围内可灵活调节，以充分发挥天然气液化装置的生产潜能；短期停车时在天然气液化装置共用冷却器出口总管、脱水系统出口总管分别甩头预留脱碳、脱汞脱重烃系统接口，用于管线碰口对接，使脱碳、脱汞脱烃后的气体中CO2含量≤20×10-6（体积分数，下同）、硫含量≤10×10-6、汞含量≤10×10-6、重烃含量≤0.1×10-6，解决冷箱因CO2等含量超标而带来的冻堵问题，以提升LNG产品的质量及产量。
1.3 技改方案的确定
1.3.1 脱碳工艺方案的比较及确定
天然气脱碳工艺中，以天然气中的CO2与脱碳介质发生反应与否分为化学反应法、物理吸收法、化学物理法。这三种方法均有应用工艺代表，如：化学反应法有醇胺法、热钾碱法等，物理吸收法有物理溶剂法、分子筛法、膜分离法、低温分离法等，化学物理法有化学物理溶剂法。常用天然气脱碳工艺之工艺原理及特点如表1。
更多内容详见《中氮肥》2021年第5期