LNG生产装置干燥技术的研究

许 杰

摘要：液化天然气（LNG）生产装置的干燥过程是LNG装置在正式投入使用前的一个重要步骤。本文针对LNG装置的干燥方法、适用范围及注意事项等进行一些对比研究。关键词：液化天然气；LNG装置；干燥；优化

一、前言

天然气作为优质、高效的清洁燃料在能源和交通等领域正得到日益广泛的发展和利用。将从管道、气井来的天然气进行液化是天然气产业中的重要环节，液化后的天然气体积大约缩小至气相的1/600，这对于天然气的输送与储存都要有重要意义。干燥方法与干燥过程的选择直接决定着开车调试的进度与成本，是液化天然气装置顺利投产的一个重要环节。

二、液化天然气装置的干燥区域与指标

由于原料气中H2O、CO2、H2S、以及C3+以上的重烃含量的差别，天然气液化装置的预处理单元会有所区别，液化工艺的选择也有一定影响。除了早期的膨胀机工艺和阶式制冷工艺外，现在比较流行的是采用单循环混合冷剂工艺（SCMR）和带预冷的混合冷剂工艺（PCMR）。在这个流程中，天然气经过分子筛干燥器之后先后进入预冷器和冷箱，这部分管道设备需要彻底干燥；混合冷剂回路中的预冷器和冷箱部分都在低温下操作，因此混合冷剂回路的管道设备需要彻底干燥；另外，预冷剂回路流体虽然不进入冷箱，但是预冷器也是低温设备，因此这部分管道设备也需要干燥；最后是液化天然气储罐和闪蒸汽压缩机入口管道系统，处于-160℃左右的低温，这些管道设备也需要彻底干燥。

三、液化天然气装置的干燥方法

目前，国内外天然气液化装置常用的干燥方法有分子筛吸附干燥法、流动气体置换干燥法、真空干燥法等。由于每个天然气液化工厂所具备的条件都有所不同，在实际干燥过程中会选用不同的干燥方式。另外，为了加快干燥进程，可以将不同的干燥方式予以结合改进以取得更好的干燥效率和效果。

（一）分子筛吸附干燥法

天然气液化生产装置中通常都会设有天然气预处理的脱水系统，它一般采用分子筛吸附法脱水。分子筛（多选用4A分子筛）是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物，具有均匀的微孔筛状结构，只允许小于其微孔的物质通过，这种结构使得分子筛对水分子有极强的物理吸附能力；而吸附饱和的分子筛，可以通过加热再生方式，将水分子从分子筛内孔中分离出来。

在这个脱水过程中，一个充分再生完全的干燥床，能够满足在一定时间周期内，对一定流量的湿原料气进行充分吸收，保证干燥床出口的干气中水含量指标达到设计要求。同时干燥床层不断吸附湿原料气中的水分，如若不进行切换，最后整个床层会达到饱和，此时就不能再对湿原料气进行脱水。因此，必须在干燥床层未达到饱和之前就进行切换，即将湿原料气切换到另一个已经再生好的干燥床，而刚完成脱水操作的干燥床床层则用加热的再生气进行再生，将吸附在分子筛结构中的水分子解析出来，这样就可以完成对气体进行不间断的脱水操作。

这种方法能够充分利用装置中已有的设备来进行干燥，简单易行，但是它的缺点是干燥范围有一定局限，主要集中在冷箱的天然气上游部分，对于冷箱的天然气下游部分及混合冷剂部分不能实施干燥。

（二）真空干燥法

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现代国企研究 2019. 3（下）

真空干燥是利用罗茨真空泵不断抽吸密闭系统内的气体使之压力降至真空。当压力降低到系统内温度对应的水的饱和蒸汽压时，系统内的水分就会沸腾蒸发变成水蒸气，继续使用真空泵向外抽取系统内的气体，水蒸气被真空泵抽出，以达到对管道、设备除水干燥的目的。

液态水的汽化有蒸发和沸腾两种方式。水在沸腾时的汽化速度比在蒸发时的汽化速度快得多，水分蒸发变成蒸汽可以在任何温度下进行，水分沸腾变成蒸汽，则只能在特定温度下进行，根据水的相图我们可以看到，当降低压强的时候，水的沸点也会相应降低。例如：在常压（0.1MPa）时，水的沸点约是100℃；而当压力降至0.0738MPa时，沸点即可降到40℃。因此只要逐步降低系统压力，就能降低系统内水的沸点至系统温度，从而使水分迅速由液相变为气相。

在辽宁盘锦昆仑能源10万方每天液化天然气装置的开车调试工程中，我司成功采用真空干燥技术取得了成功。真空干燥具有环保、可靠、工期短等特点，对于这种规模的液化天然气装置的预冷系统，只需要3天左右的时间就可完成干燥；同时真空干燥还具有应用范围广、干燥彻底、不留死角等技术优势。但真空干燥的主要缺点是需要一套能抽真空的动力设备，使得设备投资费相对较高，运行维护较复杂，另外在装置设计初期对所有管道、设备要进行全真空设计。在上述条件满足的情况下，真空干燥是装置进行干燥的一种优选干燥方法。

（三）氮气置换与分子筛吸附联合循环干燥法

基于以上几种方法的优缺点、LNG装置的特点及装置现场通常不具备真空泵等设施的客观条件，将氮气置换干燥与分子筛吸附脱水法结合起来进行干燥的方法是一种实用高效、省时、低成本的干燥方法。

LNG装置通常都配置有分子筛干燥系统及原料气压缩机、冷剂压缩机和闪蒸汽（BOG）压缩机。故如果能够通过临时管线将压缩机系统、分子筛干燥系统和需要干燥的天然气或混合冷剂系统连接起来成为一个封闭的系统，进而引入高纯度的氮气到系统中，再利用压缩机提供动力、建立氮气循环，使氮气在系统内部高速循环，吹扫置换需干燥系统的各个角落，并将置换出来的水分带至分子筛干燥系统，通过分子筛的吸附作用将水除去，而吸附饱和的分子筛又可以通过加热予以再生。这样就可以既可以保证通入到需要干燥的设备、管道系统的氮气都是露点合格的干燥氮气，又可以增加流速，加快干燥速度，同时氮气补充量也可以大大降低，从而达到节省成本，快速干燥的目的。

四、结束语

综上所述，干燥过程作为LNG液化装置开车调试过程中的一个重要环节，要综合考虑装置现场的各种条件、进度和成本，选用适合的干燥方法或考虑将多种干燥方式进行结合。

参考文献

[1]徐帮学,孙晓亮等.最新干燥技术工艺与干燥设备选型及标准规范实施手册[M].安徽文化音像出版社,2003.

[2]彭超.大型LNG储罐氮气吹扫和干燥方案优化[J].油气储运,2012,31(s1):95-98.

（作者单位：北京安珂罗工程技术有限公司）