天然气液化工艺的研究

中国化工贸易天然气液化工艺的研究王振宇(湖北武汉长江大学石油工程学院,湖北武汉430100)摘要:本文结合中原气田的气质特点,拟选出天然气预处理过程中常用二套液化处理方策,通过分祈比较,最终确定采用阶式制冷循环和混合冷剂制冷循环相结合的工艺处理方案关键词:液化天然气阶式制冷循环混合冷剂制冷循液化天然气( Liquefied Natural Gas即LNG)是天然气的一种应用形式。同低温条件下操作的燕汽压缩制冷循环复迭而成。在阶式制冷循环系统中,是其一般生产工艺过程是将气田开采岀来的天然气,采用先进的制冷工艺,使甲用较高温度等级制冷循环蒸发器中的冷剂来冷凝较低温度等级制冷循环冷凝烷在常压下冷冻至-162℃变为液体。由于其体积仅为原气态时的1600,所以器中的冷剂。这种制冷系统可满足-70-~-140℃制冷温度(即蒸发温度)的要采用LNG形式在天然气的储存和运输方面都具有十分明显的优越性。我国有求。阶式制冷系统常用丙烷、乙烯(或乙烷)及甲烷作为三个温度等级的冷剂。丰富的天然气资源,是世界天然气大国之一。但目前我国在液化天然气生产2.2.1,2带预冷的混合冷剂制冷循玒储存技术方面所作的研究工作还很少,与发达国家还存在很大的差距。我国尚为了降低能耗,六十年代末出现了许多改进型的混合冷剂制冷循环。目前无大规模LNG系统工程的实践,所以深入研究天然气液化技术,对我国今后应用最多的是采用丙烷、乙烷或氨作前级预冷的混合冷剂制冷循环。这种循环发展LNG工业具有非常重要的现实意义先将天然气预冷至238-223K,再用棍合制冷剂冷却。这样混合制冷剂仅需氮1.国内外液化天然气的发展概况甲烷、乙烷和丙烷四种组分,因而显著地缩小了混合制冷剂的沸点范围,大大1.1国外LNG工业的发展现状减少了混合制冷剂的冷却负荷。由于在预冷段保持了单组分制冷剂阶式循环的LNG工厂按使用情况一般分为基地型、调峰型、终站型、卫星型四种类优点,提高了循环的热力效率。型。至1908年为止,在全世界8个LNG出口国中,有22座天然气液化工厂3制冷循环的选择其设计能力为9420万吨年,而且,随着目前正在建造的5座共8系列的LNG选择液化装置的制冷循环和工艺流程应根据下列条件来进行选定:装置的工厂的建成,LNG生产能力将再增加2300万吨/。另外,还有大量的LN用途及处理能力、被液化的天然气的组成及其压力以及对产品的要求(组分工厂正在计划建造,设计能力超过1亿吨年。自60年代起,全世界生产LNG压力和温度),此外,采用某种类型设备的可能性对工艺流程的选择也有一定装置的数量与规模不断增加,已投产的LNG装置目前达160多套。其中7%的影响左右是调峰型装置,最大的LNG工厂在马来西亚鼓蒂,其天然气处理能力为逐级制冷循环常由丙烷、乙烯及甲烷组成的制冷循环构成,每一制冷循环70xl06m/d。又有几个温度级(温位)。逐级制冷循环所需的能耗最小,各制冷循环系统与12我国LNG工业的发展现状天然气液化系统是分开的,相互影响和牵制很少,操作稳定。但它所需的压缩我国虽于1973年在四川建成了国内第一个天然气提氮工厂(可联产机组及贮存制冷剂的设备较多,且各系统间不能有任何渗漏,管路及控制较复LNG),但总体来我国的LNG工业仍处于起步阶段。在我国,液化天然气在杂,维护不方便天然气工业中的比重几乎为零,这无法满足我国经济发展中对液化天然气的需混合冷剂制冷循环以一多组分混合物为制冷剂,需一台混合制冷国已计划从国外进口一部分LNG。因此,今后我国的LNG工业也将会压缩机。混合制冷剂的组成根据原料气组成、压力以及系统的物料平衡和热量有较大发展衡算而定,系统所需换热器的数量及设计参数主要根据天然气的冷却曲线来确2天然气液化工艺技术定。一般情况下,换热器的总冷却曲线(指液化天然气与混合制冷剂冷却21天然气液化技术的总和)与制冷剂的蒸发曲线之间儒需保持小于2-3℃的温差。这种制冷循环所天然气液化是一个低温过程。迄今为止,在天然气液化技术领域中成熟的需机器、设备较少,控制、维护容易,但其能耗较高,并且不宜用于含甲烷较液化工艺有:节流制冷循环,膨胀机制冷循环,阶式制冷循环,混合冷剂制冷高、其它组分又不易得到的天然气的液化循环和带预冷的混合冷剂制冷循环。当代基地型LNG工厂主要采用后2种液如果液化装置的处理能力不大(20-50x103m3d),则各种制冷循环都可化工艺。在天然气液化过程中广泛应用液体蒸发和气体膨胀来实现制冷。目前采用;而对于所生产的液化天然气是供海运的大型液化装置(.5-5x106m3d多釆用蒸气压缩式制冷,蒸气压缩制冷也称作机械压缩制冷或简称压缩制冷只能采用纯制冷剂或多组分制冷剂的阶式蒸发制冷循环,这主要是因为阶式蒸是天然气液化过程中最常采用的制冷方法之发制冷循环尽管从工艺角度上讲是复杂的,但与其它所有的制冷循环相比,动2.1.1压缩制冷循环热力学分析力费用却是最低的为了制冷,可以选择一种沸点低于环境温度的液体使其蒸发(即汽化例如,选用液态丙烷在蒸发器内于常压下汽化,则可获得大约-40℃的低温。参考文献在蒸发器中液态丙烷被待冷却的工艺流体(如天然气)加热汽化,而工艺流体1朱刚,顾安忠液化天然气工厂建设的投资分析,天然气与石油.199:17(3)则被冷冻降温。然后,将汽化的丙烷压缩到一定压力,经冷却使其冷凝,泠凝②2郑大振液化天然气(NLG)在燃料工业中竞争的优劣势天然气工业,1995;后的丙烷再膨胀到常压下汽化,由此构成由压缩、冷凝、膨胀、蒸发组成的单5(1)级膨胀的压缩制冷循环3龙泽智我国液化天然气工业的现状及其发展动向,天然气工业,1994;14(3)22.1制冷循环22.1.1复迭式制冷循环作者简介中国煤化工学院石油与天然气工程复迭式制冷循环又称逐级制冷循环或阶式制冷循环。该循环由若干个在不专业。TYHCNMHG080