LNG液化工艺精讲

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2 天然气液化技术 LNG生产步骤和工艺装置图：
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天然气液化工艺
天然气液化是一个低温过程。原料天然气经净化预
处理后，进入换热器进行低温冷冻循环，冷却至-162℃ 左右就会液化。
天然气液化工艺有： 节流制冷循环 膨胀机制冷循环
阶式制冷循环
混合冷剂制冷循环 带预冷的混合冷剂制冷循环
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1.2
天然气的脱水技术
脱水常用方法：包括
冷却法(╳)、 吸收法 (╳) 、 吸附法(√)。
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1.2
天然气的脱水技术
（3）吸附法脱水工艺流程 吸附
再生
Байду номын сангаас
冷却
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1.3
天然气中酸气的脱除
酸性气体一般是H2S, CO2、COS与RSH等气相杂质。脱
除酸性气体常称为脱硫脱碳，或习惯上称为脱硫。在净 化天然气时，可考虑同时除去H2S和CO2，因为醇胺法和 用分子筛吸附净化中，这两种组分可以被一起脱除。
最新国内外LNG现状和发展趋势（不低于7000字）
（1）LNG世界贸易状况（不低于1000字）
（2）LNG生产状况（不低于1000字） （3）LNG制冷方式状况（不低于1000字） （4）LNG储存设备（不低于1000字） （5）LNG运输（不低于1000字） （6）LNG接收终端（不低于1000字） （8）参考文献（不低于20篇）
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4 LNG储存
球形LNG储罐
低温液体球罐的内外罐均为球状。工作状态下，内罐为 内压力容器，外罐为真空外压容器。夹层通常为真空粉末隔 热。球罐的内外球壳板在压力容器制造厂加工成形后，在安
装现场组装。球壳板的成形需要专用的加工工艺保证成形，
现场安装难度大。球罐的使用范围为 200 ～1500m3，工作压力 0.2～1.0MPa。容积＜200m3时，应当选用在制造厂整体制造完 工后的圆筒罐产品出厂为宜。容积超过1500m3，外罐的壁厚太 厚，这时制造的最大困难是外罐而非内罐。
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1.3
天然气中酸气的脱除
2.3.2 脱硫方法的选择
在天然气液化装置中，常用的净化方法有三种，即醇
胺法、热钾碱法（Benfied）、砜胺法(Sulfinol)。
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1.3
天然气中酸气的脱除
醇胺法 : 利用以胺为溶剂的水溶液，与原料天然气中的 酸性气体发生化学反应来脱除天然气中的酸性气体的，此 法可同时脱除CO2 和H2S。目前主要采用一乙醇胺及二乙醇
化天然气，各级所用的制冷剂分别为丙烷 ( 大气压下
沸点-42.3℃)、乙烯(大气压下沸点-104℃ )、甲烷 (大气压下沸点-162℃)，每个制冷剂循环中均含有三 个换热器。
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天然气
天然气液化工艺
残余气 5 6
阶式制冷原理图
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冷却水
1、2、3—丙烷、乙烯甲烷压缩机 ；4、5、6—丙烷、乙烯、 甲烷蒸发器；7、8、9—丙烷、乙烯、甲烷冷凝器
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天然气液化工艺
图3.2三温度水平阶式循环的冷却曲线
图3.3九温度水平阶式循环的天然气冷却曲线
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天然气液化工艺
阶式液化流程也被称为级联式液化流程、复叠式
液化流程或串联蒸发冷凝液化流程。由于阶式循环能 耗低，技术成熟，最早建成的基地型 LNG 工厂采用了 这种液化工艺。 阶式液化流程分三级压缩制冷，逐级提供冷量液
40kW· h/t。
空气分离：制取液体氮、氧、氩，电耗。电耗从常规空气
分离的1～1.2kW· h/m3下降0.5kW· h/m3，还可减少建设费 用。
生产液态二氧化碳：利用LNG冷量生产液态二氧化碳，电
耗为203kW· h/m3，与常规方法相比，节约10%建设费用
和50%电耗。
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作业
纯组分制冷剂产生的冷量是在一个固定的温度上。
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天然气液化工艺
3.1.2.1 无预冷的混合制冷剂液化流程
以混合制冷剂制冷循环为基础的天然气液化流程是目
前应用最广泛的液化工艺。MRC 是目前最具代表性且应 用最为广泛的混合制冷剂循环工艺。MRC 循环是由美国
APCI公司于六十年代末开发成功的混合制冷剂制冷循环，
胺为溶剂。
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天然气中酸气的脱除
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其他杂质的脱除
汞：汞的存在会严重腐蚀铝制设备。当汞（包括单质汞、
汞离子及有机汞化合物）存在时，铝会与水反应生成白色
粉末状的腐蚀产物，严重破坏铝的性质。极微量的汞含量
足以给铝制设备带来严重的破坏，而且汞还会造成环境污 染，以及检修过程中对人员的危害。所以汞的含量应受到 严格的限制。脱除汞依据的原理是汞与硫在催化反应器中 的反应。
抽真空系统；测满分析取 样系统；以及易熔塞、阻 火器等安全设施。
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4 LNG储存
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4 LNG储存
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4 LNG储存
典型的LNG储槽
如右图所示全封闭围 护系统LNG储槽，其 容量为80000m3。属 于地上特大型储槽。 多用于LNG终端接收 站。
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4 LNG储存
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3.1.1 阶式制冷循环
阶式循环
天然气液化工艺
经典的阶式循环由三个单独的制冷循环（丙烷、乙 烯、甲烷）串接而成（3 个温度水平）。为使实际级间 操作温度尽可能贴近原料气的冷却曲线，减少熵增，提 高效率，用9个温度水平（丙烷段、乙烯段、甲烷段各3 个）代替3个温度水平（丙烷段-38℃、乙烯段-85 ℃、 甲烷段-160℃）。天然气3温度水平和9温度水平阶式循 环的冷却曲线，见图3.2和图3.3。
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天然气液化工艺
3.1.2混合制冷剂液化流程（ MRC-Mixed-RefrigerantCycle） MRC是以C1-C5的碳氢化合物及N2等五种以上的多组分 混合制冷剂为工质，进行逐级的冷凝、蒸发、节流膨胀
得到不同温度水平的制冷量，以达到逐步冷却和液化天
然气的目的。混合制冷剂的制冷原理与纯单组分制冷剂 的制冷原理大致相同，即都是通过冷剂液体的汽化，与 被冷介质进行热交换，使其降温。与纯组分制冷剂不同 的是，混合制冷剂产生的冷量是在一个连续的范围之内，
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圆柱形LNG储罐
圆柱形LNG储罐 （民用燃气气化
站、 LNG 汽车加
注站、卫星式液
化装置，工业燃
气气化站、小型 LNG生产装置）
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4 LNG储存
立式储罐的工艺流程如图
所示，包括：进、排液系 统；进、排气系统；自增 压系统；吹扫置换系统； 仪表控制系统；紧急切断
阀与气控系统；安全系统；
1.4
其他杂质的脱除
COS：其可以被极少量水水化，形成H2S和CO2，对设备造
成腐蚀。易与回收丙烷相混。通常与H2S和CO2在脱酸时一 起脱除。
氦气：天然气是氦的最主要来源，应加以分离利用。采
用膜分离和深冷分离相结合的方式脱除，有很高利用价值。
氮气：其含量的增加会使天然气液化更困难。一般采用
最终闪蒸法从LNG中选择性脱除。
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2 天然气液化技术
天 然 气 的 主 要 成 分 是 甲 烷 (CH4) ， 其 标 准 沸 点 为
111K(-162℃) 。
标准沸点时液态甲烷密度 426kg/m3 ，标准状态时气
态甲烷密度 0.717kg/m3 ，两者相差约 600 倍。体积的 巨大差异是采取液化方式储运天然气的主要原因。
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1.4
其他杂质的脱除
重烃：指 C5+ 以上的烃类，在烃类中，分子量由小到
大时，其沸点是由低到高变化的，所以在冷凝天然气
的循环中，重烃总是先被冷凝下来。如果未把重烃先
分离掉，或在冷凝后分离掉，则重烃将可能冻结从而
堵塞设备。重烃在脱水时被分子筛等吸附剂部分脱除，
其余的采用深冷分离。
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料气的冷却曲线接近，减少了熵增，比能量消耗接近于
理论的热力学效率上限。 ⑵制冷剂为纯物质，没有配比问题，操作稳定。 ⑶技术成熟，压缩机的喘震减少。
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缺点：
天然气液化工艺
⑴机组多，流程复杂。需要三个大型压缩机以及相 当数量的备件。
⑵附属设备多，要有专门生产和储存多种制冷剂的
设备。 ⑶管道与控制系统复杂、维护不便。需要大量的管 线、阀门以及控制原件和调节设备。整个系统的庞大与 复杂使得控制系统比较复杂。
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3 LNG接收终端的工艺系统
LNG接收终端的工艺系统包括：
LNG卸船工艺系统 LNG储存工艺系统 LNG再气化/外输工艺系统 蒸发气处理工艺系统 防真空补气工艺系统 火炬放空工艺系统
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4 LNG储存
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4 LNG储存
LNG球形储罐（民用燃气气化站，LNG汽车加注站等）
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该工艺的主要特色是APCI公司发明的一台深冷的、集成 化的主换热器和多组分混合制冷剂。MRC主换热器是MRC 制冷系统的核心。
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典型的无预冷MRC流程图
天然气液化工艺
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MRC循环主要特点
天然气液化工艺