1、液化天然氣的流程與工藝研究隨著西氣東輸管線的建成，沿線許多城鎮(zhèn)將要實(shí)現(xiàn)天然氣化，為了解決天 然氣的儲(chǔ)氣、調(diào)峰及偏遠(yuǎn)小城鎮(zhèn)的供氣問題，液化天然氣（英文縮寫為LNG）技術(shù) 將有十分廣闊的應(yīng)用前景1 ,2 O天然氣液化技術(shù)涉及傳熱、傳質(zhì)、相變及超低溫 冷凍等復(fù)雜的工藝及設(shè)備。在發(fā)達(dá)國家LNG裝置的設(shè)計(jì)與制造已經(jīng)是一項(xiàng)成熟的技 術(shù)。天然氣在進(jìn)入長輸管線之前，已經(jīng)進(jìn)行了分離、脫凝析油、脫硫、脫水等 凈化處理。但長輸管線中的天然氣仍含有二氧化碳、水及重質(zhì)氣態(tài)炷和汞，這些 化合物在天然氣液化之前都要被分離出來,以免在冷卻過程中冷凝及產(chǎn)生腐 蝕。因此我們需要進(jìn)行預(yù)處理。天然氣的預(yù)處理包括脫酸和脫水。一般的脫除

2、酸 氣和脫水方法有吸收法、吸附法、轉(zhuǎn)化法等。1 1吸收法該種方法又分為化學(xué)溶劑吸收和物理溶劑吸收兩類。化學(xué)溶劑吸收是溶劑在水中同 酸性氣體作用，生成“絡(luò)合物，待溫度升高，壓力降低,絡(luò)合物分解，釋放出酸性 氣體組分，溶劑循環(huán)回用。常用的溶劑有一乙醇胺（MEA）和二乙醇胺（DEA）以 上方法又叫胺法物理吸收法的實(shí)質(zhì)是溶劑對(duì)酸性氣體的選擇性吸收而不是起反應(yīng)。一般來說有機(jī)溶劑的吸收能力與被吸收氣體的分壓成正比，較新的方法是由醇胺和 環(huán)丁靦加水組成的環(huán)丁靦法或蘇菲諾法。1 2吸附法吸附法實(shí)質(zhì)上是固體干燥劑脫水。一般采用兩個(gè)干燥塔切換吸附與再生,處理量大的可用3個(gè)或4個(gè)塔。固體干燥劑種類很多，例如氯化鈣、

3、硅膠、活性炭、分子 篩等。其中分子篩法是高效脫水方法，特別是抗酸性分子篩問世后，即使高酸性 天 然氣也可以在不脫酸性氣體情況下脫水。所以分子篩是優(yōu)良的脫水劑。從長輸管道 來的天然氣進(jìn)行脫除C02和水后，進(jìn)入液化工序。二、天然氣液化系統(tǒng)主要包括天然氣的預(yù)處理、液化、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、利用這5個(gè)子系統(tǒng)。一般生產(chǎn)工藝過程是，將含甲烷90 %以上的天然氣，經(jīng)過“三脫（即 脫水、脫怪、脫酸性氣體等）凈化處理后，采取先進(jìn)的膨脹制冷工藝或外 部冷源，使甲烷變?yōu)?162 C的低溫液體。目前天然氣液化裝置工藝路線主要有3種類型:階式制冷工藝、混合制冷工藝和膨脹制冷工藝。1階式制冷工藝階式制冷工藝是一種常規(guī)制冷工藝（圖

4、1） 0對(duì)于天然氣液化過程，一般是由 丙烷、乙烯和甲烷為制冷劑的3個(gè)制冷循環(huán)階組成，逐級(jí)提供天然氣液化所需的冷 量,制冷溫度梯度分別為-30 Cx-90C及150C左右。凈化后的原料天然氣在3個(gè)制 冷循環(huán)的冷卻器中逐級(jí)冷卻、冷凝、液化并過冷，經(jīng)節(jié)流降壓后獲得低溫常壓液態(tài) 天然氣產(chǎn)品，送至儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。階式制冷工藝制冷系統(tǒng)與天然氣液化系統(tǒng)相互獨(dú)立，制冷劑為單一組分，各系 統(tǒng)相互影響少，操作穩(wěn)定，較適合于高壓氣源（利用氣源壓力能）。但由于該工藝 制 冷機(jī)組多，流程長，對(duì)制冷劑純度要求嚴(yán)格，且不適用于含氮量較多的天然氣。 因此這種液化工藝在天然氣液化裝置上已較少應(yīng)用。丄耳卻水嚴(yán)“ I丄IX霹代輪荻BR料

5、氣-WV第一礙命卻第二輟凈2混合制冷工藝混合制冷工藝是六十年代末期由階式制冷工藝演變而來的物（N2、C1、C2、C3、C4、C5）作為制冷劑，代替階式制冷工藝中的多個(gè)純 組 分。其制冷劑組成根據(jù)原料氣的組成和壓力而定，利用多組分混合物中重組分先冷 凝、輕組分后冷凝的特性，將其依次冷凝、分離、節(jié)流、蒸發(fā)得到不同溫度 級(jí)的冷 量。又據(jù)混合制冷劑是否與原料天然氣相第三圾冷卻,多采用炷類混合NONO混合,分為閉式和開式兩種混合制冷工藝（圖2、3）閉式混仆制冷工藝原理圖閉式循環(huán):制冷劑循環(huán)系統(tǒng)自成一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)。混合制冷劑被制冷壓縮機(jī)壓縮 后，經(jīng) 水（空氣）冷卻后在不同溫度下逐級(jí)冷凝分離，節(jié)流后進(jìn)入冷箱（

6、換熱器）的不同溫 度段，給原料天然氣提供冷量。原料天然氣經(jīng)三脫處理后，進(jìn)入冷箱（換 熱器） 逐級(jí)冷卻冷凝、節(jié)流、降壓后獲得液態(tài)天然氣產(chǎn)品。開式循環(huán):原料天然氣經(jīng)“三脫處理后與混合制冷劑混合， 依次流經(jīng)各級(jí)換熱 器及氣液分離器，在逐漸冷凝的同時(shí)，也把所需的制冷劑組分逐一冷凝分離出來 按制 冷劑沸點(diǎn)uI裝置星氣的高低將分離出的制冷劑組分逐級(jí)蒸發(fā),并匯集構(gòu)成一股低溫物流，與原料 天然氣逆流換熱的制冷循環(huán)。開式循環(huán)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間較長，且操作較困難，技術(shù)尚不完 善。與階式制冷工藝相比，混合制冷工藝具有流程短、機(jī)組少、投資低等優(yōu)點(diǎn)；其 缺 點(diǎn)是能耗比階式高，對(duì)混合制冷劑各組分的配比要求嚴(yán)格，設(shè)計(jì)計(jì)算較困難。

7、膨脹制 冷工藝膨脹制冷工藝的特點(diǎn)是利用原料天然氣的壓力能對(duì)外做功以提供天然氣液化所需 的冷量(圖4)。系統(tǒng)液化率主要取決于膨脹比和膨脹效率，該工藝特別適用于天然氣 輸送壓力較高、而實(shí)際使用壓力較低，中間需要降壓的氣源場合。優(yōu)點(diǎn) 是能耗低、流 程短、投資省、操作靈活；缺點(diǎn)是液化率低。天然氣液化技術(shù)應(yīng)用舉例中原油田L(fēng)NGT廠采用階式制冷工藝。針對(duì)中原油田天然氣氣源壓力高的特 點(diǎn)， 研究人員提出了丙烷+乙烯+節(jié)流的工藝技術(shù)方案(圖5),并通過與設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)豐富的法 國索菲公司合作，進(jìn)一步完善和細(xì)化了該工藝技術(shù)方案，使得該項(xiàng)目的投資少、收率 高、生產(chǎn)成本低。具體的工藝過程為:120 bar/27C(1 b

8、ar = 105Pa)的高壓原料天然氣進(jìn)裝置 后， 經(jīng)高壓分離罐分液 撚后進(jìn)入以MEA為吸收劑的脫C02系統(tǒng)，并采用分子篩脫 水;凈 化后的高壓原料氣由丙烷預(yù)冷至30C左右,節(jié)流至53 bar/ - 60 C左右；中壓天然氣 分離脫除重坯后，進(jìn)入脫苯系統(tǒng)脫除微量苯，再經(jīng)乙烯蒸發(fā)器冷凝，節(jié)流至10 bar/- 123 C,分離得中壓尾氣和中壓LNG中壓LNG再經(jīng)節(jié)流到3 bar/ -145 C左右，得到的 低壓LNG低壓尾氣同中壓尾氣一起經(jīng)回收冷量后， 分別進(jìn)入低壓和中壓管網(wǎng)， 低壓LNG乍為產(chǎn)品儲(chǔ)存于儲(chǔ)罐內(nèi)。該工程主要包括高壓天然氣凈化、高壓天然氣液化、天然氣微量苯低溫高壓 脫 除、低溫液態(tài)天

9、然氣帶壓儲(chǔ)存等系統(tǒng)。該裝置技術(shù)特點(diǎn)如下。(1)采用階式制冷工藝裝置能耗低充分利用了原料天然氣12 MPa的高壓力，在合理的溫位進(jìn)行節(jié)流，減少了裝置 能耗。該裝置將高壓天然氣節(jié)流降溫過程中產(chǎn)生的部分閃蒸氣合理地、在不同溫位與多種介質(zhì)換熱，充分利用了這些閃蒸氣的低溫冷量，大大降低了裝置能耗(2)低溫液態(tài)天然氣帶壓儲(chǔ)存有利于裝置收率的提高LNG帶壓儲(chǔ)存，和常壓儲(chǔ)存相比，液化率得到一定程度的提高。(3)天然氣微量苯低溫高壓脫除技術(shù)解決了天然氣脫苯的技術(shù)難題異戊烷脫苯技術(shù)率先在LNGT廠應(yīng)用，脫苯效果良好，具有投資少、工藝簡單 等 特點(diǎn)。三、小結(jié)在三種典型的天然氣液化循環(huán)中，階式制冷循環(huán)和混合制冷劑循環(huán)一般應(yīng)用于基本負(fù) 荷型的天然氣液化工廠。特別是混合制冷劑循環(huán)，很多公司對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，國內(nèi)外建 成的基本負(fù)荷型天然氣液化工廠大部分采用了此種流程，其中丙烷預(yù)冷混合制冷劑液化流程(C3PMRC)應(yīng)用得最多。膨脹機(jī)制冷循環(huán)則在中小型的天然氣 液化 工廠被廣泛的采用，國外的調(diào)峰型天然氣液化工廠