LNG脫苯回收再利用異戊烷的應用探討

鄭 華 王天將 潘 剛 張 濤 王曉巖 曾 誠

（1.河南中原綠能高科有限責任公司，河南 濮陽 457001；2.中國石化中原油建工程有限公司，河南 濮陽 457001；3.中國石化中原油田鉆井二公司，河南 濮陽 457001；4.襄垣縣國新液化天然氣有限公司，山西 長治 046299；5.中國石油西南油氣田公司蜀南氣礦，四川 瀘州 646001）

0 引言

苯是無色且具有芳香味的透明液體，熔點為5.5℃，與水不混溶，也難溶于LNG；異戊烷是無色透明的易揮發液體，熔點為-159.4℃，不溶于水，可混溶于乙醇、乙醚等有機溶劑?，F有的異戊烷脫苯工藝使得異戊烷消耗量大，生產成本偏高。針對這個問題，對現有工藝進行深入的研究和探討，本著為公司節約成本、創造更大經濟效益的理念出發，對其進行工藝改造。筆者就對LNG脫苯回收再利用異戊烷的工藝進行探討分析。

1 LNG脫苯工藝的可行性分析

通過分析異戊烷和苯的物理性質，發現異戊烷熔點遠低于苯的熔點，利用苯和異戊烷熔點的不同且苯在低溫狀態下易結晶的特性，用LNG的冷能對含飽和苯的異戊烷降溫，將苯分離。通過將LNG與含苯異戊烷同時引入管殼式換熱器的管程及殼程，將吸附過苯的異戊烷溫度降至-120℃左右，使異戊烷中含有的苯結晶析出，附著在殼程管壁上，從而使脫苯裝置出口異戊烷中苯含量由12%左右降至1.5%以下，將脫過苯的異戊烷重新注入到新鮮異戊烷罐中，再進入脫苯塔進一步處理，以降低異戊烷的消耗量。同時，隨著苯結晶的析出，換熱器內會有大量苯結晶附著在換熱器管壁，并部分隨異戊烷返回至異戊烷儲罐，當脫苯裝置出口異戊烷中苯含量升高至5%以上時便停止裝置的運行，切入到備用換熱器，開始對停用脫苯裝置換熱器進行升溫，將溫度升至40℃左右，將其中的苯徹底熔化，隨異戊烷一起排入到輕烴儲罐中［1-3］。

2 LNG脫苯工藝實踐應用

通過訂做兩臺低溫換熱器，換熱器結構為管殼式，選用304不銹鋼，換熱器管束折流板數量較多，且在換熱器的管束上增加管翅，含飽和苯的異戊烷從脫苯塔處引出，通過自力式調節閥進入換熱器的殼程［4］，從一端底部進入另一端頂部流出，返回到新鮮異戊烷儲罐中，出口設置取樣口，方便隨時監控裝置的苯含量。LNG從液化天然氣分離罐排凝引出，從換熱器管程底部進入，經過換熱后從管程頂部進入低壓天然氣換熱器殼程，后進入低壓閃蒸氣系統；再生加熱所需的熱能從就近的熱氣吹掃線引出，進入換熱器殼程底部，從另一端頂部排出并引入輕烴儲罐中，熱氣管線和氣相回輕烴儲罐管線上均設有排凝閥。投用時通過觀察低壓閃蒸氣增加量來控制LNG的引入量，對裝置預冷，一般低壓閃蒸氣增加（30～40）m3／h即可，當溫度達到-120℃時將異戊烷引出裝置，返回異戊烷儲罐，大量苯則結晶在換熱器折流板或管翅上，在出口安裝溫度控制傳感器并加裝多層不銹鋼濾網，降阻晶體苯隨異戊烷返回至儲罐中，但容易造成苯附著在濾網上引起苯堵，同時在進異戊烷儲罐前加裝氣化器對異戊烷升至常溫，避免其進入儲罐的溫度過低。為了防止換熱器與外界空氣進行熱交換，造成冷量散失，采用聚氨酯發泡材料進行保冷處理。脫苯改造工藝流程見圖1（以脫苯換熱器A為例說明）。

圖1 脫苯改造工藝流程圖

工廠技術人員通過不斷的實驗，綜合對比各項因素最后確定了利于低溫狀態下使異戊烷中苯結晶析出這一簡單而有效的方式，達到了部分回收異戊烷的效果?？紤]到低溫結晶方法回收的異戊烷達不到將苯與異戊烷徹底分離的效果，其中少量的苯會隨異戊烷進入到新鮮異戊烷儲罐，進而造成一定的苯積累，進入脫苯塔后可能會在后續單元發生苯堵。首先制作臨時的異戊烷回收裝置進行試驗，經過一段時間的觀察，發現隨著回收裝置的投運及異戊烷液位的降低，異戊烷儲罐中苯含量在緩慢地上漲，從初期的0最高上漲到1.5%，但重新補入新鮮異戊烷后，苯含量又下降到0.2%以下，且新鮮異戊烷中苯含量的變化對脫苯塔中苯含量的影響并不明顯，從之前的10%上漲到12%；在調大異戊烷泵排量后，脫苯塔中苯含量又降低到之前的9%，同時通過控制實驗裝置的溫度、壓力及含飽和苯的異戊烷進入量，使出裝置的異戊烷苯含量可以控制在1.5%以下，完全可以達到生產要求。通過收集數據，對比投用前后各項參數的變化，認為可以通過調節異戊烷泵排量、及時補充新鮮異戊烷以及控制脫苯裝置的溫度、壓力等方式來解決苯超標的問題，說明此回收方案在技術層面是完全可行的。自試運行以來，通過不斷對裝置流程及運行參數進行改進，異戊烷消耗量明顯降低。試運行期全年異戊烷消耗量為353.36 t，截至第二年年底，異戊烷消耗量為234.6 t，綜合節約率在30%以上，并且未發生一起因苯超標造成裝置苯堵的情況。裝置投產前后異戊烷消耗對比見表1。

表1 裝置投產前與投產后3年上半年異戊烷消耗對比表 t

通過對比這4年上半年的異戊烷消耗量，可得出裝置投產后比投產前異戊烷的消耗量大大降低，證明此異戊烷回收方案在實際應用中是可行的。

3 工藝改造前后的經濟效益對比

技術改造前每月異戊烷消耗量平均為36.36 t（異戊烷市場價為8 000元／t），總費用為29.088萬元；技術改造后第一年每月異戊烷消耗量平均為22.63 t，總費用為18.106萬元。技術改造后每月節約10.981萬元，每年則節省約131.776萬元。

可以看出，增加LNG脫苯回收異戊烷裝置每年節約了131萬元左右，降本效果十分顯著，而工藝管道技術改造的費用僅為20萬元左右，技術改造后每年可節約資金上百萬元。

4 結束語

異戊烷脫苯工藝流程簡單、設備移動少、管理難度低，在工廠應用已取得了成果，但又帶來了異戊烷消耗量大、成本偏高的現實。對現有異戊烷脫苯工藝的改造進行了深入研究和探討，通過化驗數據并結合現場生產情況，本著為企業節約成本、創造更大經濟效益的觀念出發，對其工藝進行改造，經實踐運用后較大地節約了經營成本，提高了經濟效益。

［1］顧安忠.液化天然氣技術手冊［M］.北京：機械工業出版社，2010：346-357.

［2］肖暉，劉貴東.壓力容器安全技術［M］.鄭州：黃河水利出版社，2012.

［3］童景山.流體的熱物理性質［M］.北京：中國石化出版社，1996.

［4］李蓮明，洪鴻.天然氣開發常用閥門手冊［M］.北京：石油工業出版社，2011：89-116.