液化天然气的操作规范和工艺

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液化天然气的流程与工艺研究

随着“西气东输”管线的建成,沿线许多城镇将要实现天然气化,为了解决天然气的储气、调峰及偏远小城镇的供气问题,液化天然气(英文缩写为LNG)技术将有十分广阔的应用前景[1,2]。天然气液化技术涉及传热、传质、相变及超低温冷冻等复杂的工艺及设备。在发达国家LNG装置的设计与制造已经是一项成熟的技术。

一、天然气在进入长输管线之前,已经进行了分离、脱凝析油、脱硫、脱水等净化处理。但长输

管线中的天然气仍含有二氧化碳、水及重质气态烃和汞,这些化合物在天然气液化之前都要被分离出来,以免在冷却过程中冷凝及产生腐蚀。因此我们需要进行预处理。天然气的预处理包括脱酸和脱水。一般的脱除酸气和脱水方法有吸收法、吸附法、转化法等。

1.1吸收法

该种方法又分为化学溶剂吸收和物理溶剂吸收两类。化学溶剂吸收是溶剂在水中同酸性气体作用,生成“络合物”,待温度升高,压力降低,络合物分解,释放出酸性气体组分,溶剂循环回用。常用的溶剂有一乙醇胺(MEA)和二乙醇胺(DEA),以上方法又叫胺法.物理吸收法的实质是溶剂对酸性气体的选择性吸收而不是起反应。一般来说有机溶剂的吸收能力与被吸收气体的分压成正比,较新的方法是由醇胺和环丁砜加水组成的环丁砜法或苏菲诺法。

1.2吸附法

吸附法实质上是固体干燥剂脱水。一般采用两个干燥塔切换吸附与再生,处理量大的可用3个或4个塔。固体干燥剂种类很多,例如氯化钙、硅胶、活性炭、分子筛等。其中分子筛法是高效脱水方法,特别是抗酸性分子筛问世后,即使高酸性天然气也可以在不脱酸性气体情况下脱水。所以分子筛是优良的脱水剂。从长输管道来的天然气进行脱除CO2和水后,进入液化工序。

二、天然气液化系统主要包括天然气的预处理、液化、储存、运输、利用这5个子系统。一般生

产工艺过程是,将含甲烷90%以上的天然气,经过“三脱”(即脱水、脱烃、脱酸性气体等)净化处理后,采取先进的膨胀制冷工艺或外部冷源,使甲烷变为-162℃的低温液体。目前天然气液化装置工艺路线主要有3种类型:阶式制冷工艺、混合制冷工艺和膨胀制冷工艺。

1.阶式制冷工艺

阶式制冷工艺是一种常规制冷工艺(图1)。对于天然气液化过程,一般是由丙烷、乙烯和甲烷为制冷剂的3个制冷循环阶组成,逐级提供天然气液化所需的冷量,制冷温度梯度分别为-30℃、-90℃及-150℃左右。净化后的原料天然气在3个制冷循环的冷却器中逐级冷却、冷凝、液化并过冷,经节流降压后获得低温常压液态天然气产品,送至储罐储存。

阶式制冷工艺制冷系统与天然气液化系统相互独立,制冷剂为单一组分,各系统相互影响少,操作稳定,

格,

2.

、C2、C3、C4

压力而定,

混合,

)冷却

,时间较长,

高,

(图4)。系统液化率主要取决于膨胀比和膨胀效率,该工艺特别适用于天然气输送压力较高、而实际使用压力较低,中间需要降压的气源场合。优点是能耗低、流程短、投资省、操作灵活;缺点是液化率低。

天然气液化技术应用举例

中原油田LNG工厂采用阶式制冷工艺。针对中原油田天然气气源压力高的特点,研究人员提出了丙烷+乙烯+节流的工艺技术方案(图5),并通过与设计经验丰富的法国索菲公司合作,进一步完善和细化了该工艺技术方案,使得该项目的投资少、收率高、生产成本低。

具体的工艺过程为:120bar/27℃(1bar=105Pa)的高压原料天然气进装置后,经高压分离罐分液,然后进入以MEA为吸收剂的脱CO2系统,并采用分子筛脱水;净化后的高压原料气由丙烷预冷至-30℃左右,节流至53bar/-60℃左右;中压天然气分离脱除重烃后,进入脱苯系统脱除微量苯,再经乙烯蒸发

器冷凝,节流至10bar/-123℃,分离得中压尾气和中压LNG;中压LNG再经节流到3bar/-145℃左右,得到的低压LNG,低压尾气同中压尾气一起经回收冷量后,分别进入低压和中压管网,低压LNG作为产品储存于储罐内。

该工程主要包括高压天然气净化、高压天然气液化、天然气微量苯低温高压脱除、低温液态天然气带压储存等系统。该装置技术特点如下。

(1)采用阶式制冷工艺装置能耗低

充分利用了原料天然气12MPa的高压力,在合理的温位进行节流,减少了装置能耗。该装置将高压天然气节流降温过程中产生的部分闪蒸气合理地、在不同温位与多种介质换热,充分利用了这些闪蒸气的低温冷量,大大降低了装置能耗。

(2)

(3)

三、小结

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