第三章--天然气液化技术

液化天然气技术
33
2、氮气膨胀液化流程 与 混合 制 冷 剂液 化 流 程 相比，氮气膨胀液化流程 （ N2Cycle ）较为简化、紧凑， 造价略低，起动快。热态起动 1－ 2h即可获得满负荷产品， 运行灵活，适应性强，易于操 作和控制，安全性好，放空不 会引起火灾或爆炸危险。制冷 剂采用单组分气体。但其能耗 要 比 混 合制 冷 剂 液化 流 程 高 40%左右。
液化天然气技术
35
4、其它膨胀液化流程
带膨胀机的液化流程中，由于换热器的传热温差太 大，从而使流程的 损很大，为了降低流程的 损，可 采取以下措施：
1)采用预冷方法，对制冷剂进行预冷
2)提高进入膨胀机气流的压力，并降低其温度。 3) 将带膨胀机液化流程与其它液化流程（例如混合制 冷剂液化流程）结合起来使用。 典型的如：带丙烷预冷的天然气膨胀液化流程。
液化天然气技术
3
第一节 天然气液化流程
制冷原理：
• 气体膨胀制冷：利用较高压力的气体通过节流阀或膨
胀机绝热膨胀使气体降压降温来获得冷量。这种方法又分 为节流膨胀制冷和绝热膨胀制冷两种类型。
• 相变制冷：利用某些物质（即制冷剂）在相变时的吸热
效应来产生冷量。这种方法也称为蒸汽制冷。
液化天然气技术
4
混合制冷剂液化流程。
液化天然气技术
21
与级联式液化流程相比，MRC循环的优缺点： 优点: 1. 机组设备少，流程简单，投资省，投资费用比经典级联式液 化流程约低15%~20%；
2. 管理方便；
3. 混合制冷剂可以部分或全部从天然气本身提取与补充。
液化天然气技术
22
与级联式液化流程相比，MRC循环的优缺点：
缺点: 1. 混合制冷剂的合理配比困难； 2. 流程计算必须提供各组分可靠的平衡数据与物性参数，计算 困难。
3. 能耗较高，比阶式液化流程高10%~20%左右；
液化天然气技术
23
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
液化天然气技术
34
3、氮－甲烷膨胀液化流程 为了降低膨胀机的功耗，采 用 N2 － CH4 混合气体代替纯 N2,发展了 N2 －CH4膨胀液化 流程。与混合制冷剂液化流 程相比较，氮－甲烷膨胀液 化流程（N2 / CH4Cycle）具 有起动时间短、流程简单、 控制容易、混合制冷剂测定 及计算方便等优点。由于缩 小了冷端换热温差，它比纯 氮膨胀液化流程节省 10% － 20%的动力消耗。
⑶使用一台集成换热器（即MRC主换热器），在设备费用和易
于制造方面也具有显著的优势。 ⑷利用节流阀降压可以减少LNG产品的蒸发损失；采用制冷压 缩机的级间分离器，可减少压缩机的操作功率。
液化天然气技术
27
2、带预冷的混合制冷剂液化流程
既然难以通过调整混合冷剂的组分来使整个液化过程都能按冷 却曲线提供所需的冷量，自然便考虑采取分段供冷以实现制冷 的方法。在MRC工艺基础上，经过改进，开发出了第三代新型 的液化工艺—带预冷的混合剂制冷循环，预冷方式有丙烷预冷、 混合工质预冷、利用氨吸收制冷来预冷等。 带丙烷预冷的混合冷剂制冷循环，简称C3/MRC工艺，是在 MRC工艺基础上开发出来的新一代液化工艺，也可视其为对传 统的阶式循环的改进。C3/MRC循环采用丙烷预冷（或者氨制 冷预冷）与混合制冷剂（N2+C1~C4）联合作用方式,流程既高 效又简单。
液化天然气技术
38
液化天然气技术
39
• CII流程具有如下特点： l）流程精简、设备少。CII液化流程出于降低设备投资和建 设费用的考虑，简化了预冷制冷机组的设计。在流程中增 加了分馏塔，将混合制冷剂分馏为重组分（以丁烷和戊烷 为主）和轻组分（以氮、甲烷、乙烷为主）两部分。重组 分冷却、节流降温后返流，作为冷源进入冷箱上部预冷天 然气和混合制冷剂；轻组分气液分离后进入冷箱下部，用 于冷凝、过冷天然气。 • 2）冷箱采用高效钎焊铝板翅式换热器。整体式冷箱结构 紧凑，分为上下两部分，天然气在冷箱内由环境温度冷却 至-160℃左右液体，减少了漏热损失。 3）压缩机和驱动机的型式简单、可靠、降低了投资与维护费 用。
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，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。
液化天然气技术
24
典型的无预冷MRC流程图
液化天然气技术
25
• MRC循环采用的混合制冷剂由许多种不同沸点的气体组分
20
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，纯组分制冷剂产生的冷量是在一个 固定的温度上。 MRC既达到类似级联式液化流程的目的，又克服了其系统复
杂的缺点。自 20 世纪 70 年代以后建立的 LNG 装置中有 60% 采用了
37
液化天然气技术
四、CII液化流程 法国燃气公司的研究部门开发了新型的混合制冷剂液 化流程，即整体结合式级联型液化流程(Integral Incorporated Cascade)，简称为CII液化流程。 CII液化流程的主要设备包括混合制冷剂压缩机、混合 制冷剂分馏设备和整体式冷箱三个部分。整个液化流程 可分为天然气液化系统和混合制冷剂循环两部分。 在上海建造的CII液化流程是我国第一座调峰型天然 气液化装置中所采用的流程。 CII液化流程吸收了国外技术的最新发展成果，代表天然 气液化技术的发展趋势。
气与离开液化装置的商品气有“自由”压差时，液化过程就 可能不要“从外界”加入能量，而是靠“自由”压差通过膨 胀机制冷，使进入装置的天然气液化。流程的关键设备是涡 轮膨胀机。根据制冷剂的不同，可分为氮气膨胀液化流程和 天然气膨胀液化流程。
液化天然气技术
32
1、天然气膨胀液化流程 利用原料气管道中的高 压天然气，在制冷循环 膨胀机中等熵膨胀，获 得的低温冷量用于液化 另一股天然气，这被称 之为天然气膨胀制冷循 环。 突出优点是它的功耗小、 只需对液化的那部分天 然气脱除杂质，因而预 处理的天然气量可大为 减少（约占气量的 20%~35%）。
液化天然气技术
36
• 带膨胀机的液化流程优点： 流程简单、调节灵活、工作可靠、易起动、易操作、维护方 便； 用天然气本身为工质时，省去专门生产、运输、储存制冷剂 的费用； • 缺点： 送入装置的气流须全部深度干燥； 回流压力低．换热面积大，设备金属投入量大； 受低压用户多少的限制； 液化率低，如再循环，则再增加循环压缩机后，功耗大大增 加。由于带膨胀机的液化流程操作比较简单，投资适中，特 别适用于液化能力较小的调峰型天然气液化装置。
• 应用共沸液是制冷剂发展的方向之一，因为共沸溶液的热力
性质不同于溶液中的任一组分的热力学性质，因而可以用组 成共沸溶液的方法来改进制冷剂的特性。
液化天然气技术
9
•天然气液化工艺流程
按制冷方式分： 级联式液化流程 混合制冷剂液化流程 带膨胀机的液化流程 CII液化流程
10
液化天然气技术
• 20世纪60年代最早建设的天然气液化装置，采用当时技
11
目前，
对基本负荷型液化装置，一般采用级联式液化流程
和混合制冷式液化流程；
对调峰型液化装置，一般采用带膨胀机的液化流程
和混合制冷剂液化流程。
液化天然气技术
12
一、 级联式液化流程
级联式液化流程也被称为阶式 （Cascade）液化流程、复叠式液化流程 或串联蒸发冷凝液化流程。由于级联式循 环能耗低，技术成熟，最早建成的基本负 荷型LNG工厂采用了这种液化工艺。如图 所示，该液化流程分三级压缩制冷，逐级 提供冷量液化天然气，制冷剂分别为丙烷、 乙烯和甲烷，每个制冷循环中均含有三个 换热器。级联式液化流程中较低温度级的 循环，将热量转移给相邻的较高温度级的 循环。
气体膨胀制冷
液化天然气技术
5
液化天然气技术
6
相变制冷循环
液化天然气技术
7
四个过程：
• 1.膨胀过程
• 2.液体冷剂蒸发过程
• 3.气体冷剂压缩过程
• 4.过热气体冷凝过程
液化天然气技术
8
• 制冷剂，也称制冷工质，是制冷系统中完成制冷循环的工作
介质。
• 按化学成分分类，可将制冷剂分为四类：无机化合物制冷剂、 氟利昂制冷剂、碳氢化合物制冷剂、共沸溶液制冷剂。 • 在天然气液化装置中，常用碳氢化合物作为制冷剂，如丙烷、 丙烯、乙烷、乙烯、甲烷等。
液化天然气技术
第三章 天然气液化技术
• 天然气液化装置： 由原料气预处理流程、液化流程、储存系统、控制系统
和消防系统等组成。液化流程是其最重要的组成部分。
• 液化装置种类：
①基本负荷型液化装置
②调峰型液化装置 ③浮式液化天然气生产储卸装置(FPSO)
液化天然气技术
2
典型的LNG生产步骤和工艺装置图
液化天然气技术
19
二、混合制冷剂液化流程
混合制冷剂液化流程 MRC （ mixed-refrigerant cycle ）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。
液化天然气技术
构成。利用部分冷凝和逐级闪蒸的原理，高压的混合制冷 剂液体经过降压和多级分离，提供了不同温位的制冷剂。 传热后的各股制冷剂汇合后，进入制冷压缩机，进行制冷 循环。
液化天然气技术
26
MRC循环的主要特点