液化天然气的工艺流程毕业论文

1、XXXXXX 大学大学 毕毕 业业 论论 文文 论文题目： 液化天然气的工艺流程 专 业： 化 学 工 程 专业班级： XXX 学生姓名： XXX 指导教师： XXX 2015 年 5 月 29 日 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目： 液化天然气的工艺流程 学院： XXX 大学 专业： 化学工程 班级： 学生： XXX 指导教师： XXX 1论文的主要任务及目标 (1) 挪列出工厂设计数据 (2) 分析液化天然气的工艺流程 2论文的基本要求和内容 简述天然气的工艺流程 3主要参考文献 1 敬加强、梁光川、蒋宏业.液化天然气技术问答m.化学工业出版社 2 郭揆常.

2、.液化天然气（LNG）应用与安全m.中国石化出版社 4进度安排 论文各阶段名称起 止 日 期 1 引言09 年 4 月 15 日 至 4 月 17 日 2 工厂设计数据09 年 4 月 17 日 至 4 月 25 日 3 工艺系统09 年 4 月 25 日 至 5 月 2 日 4 主要设备09 年 5 月 2 日 至 5 月 10 日 诚信声明诚信声明 本人声明： 我所呈交的本科毕业设计论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论

3、文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 日期： 年 月 日 摘摘 要要 本文对液化天然气工艺流程工厂技术的分析，进入装置的天然气先经过压 缩，然后通过 MEA 水溶液将 CO2除去。最后把压缩水除去，清洁的天然气方可 进入液化单元。在液化单元，对高压天然气气体进行冷却，液化深冷。所需要 的冷量是痛过燃气透平驱动封闭的混合冷剂氮气、甲烷、乙烯、丙烷等组份循 环而获得的，液化天然气（LNG）,最终贮存在常压罐内，通过液化天然气集装 箱或液化天然气罐车进行配送。 循环冷剂升压后是通过环境条件下的

4、客气来进行。装置工艺过程中所需要 的加热介质是经燃气透平的尾气加热后的热油。液化天然气罐内闪蒸出的气体 经压缩后用来再生干燥剂，然后送至燃气透平作为燃料气。 关键词：关键词：天然气液化；设计数据；技术分析；工艺系统； 目 录 引言引言6 第一章第一章 工厂设计数据工厂设计数据7 1.1 工厂产能及储运要求7 1.2 原料气条件及产品规格7 1.3 现场环境条件7 第二章第二章 工厂技术分析工厂技术分析8 第三章第三章 工艺系统工艺系统10 3.1 天然气预处理10 3.2 天然气的液化及混合冷剂系统11 3.2.1 天然气的液化11 3.2.2 冷剂循环12 3.2.3 冷剂贮存和补充13 3

5、.3 液化天然气储存及灌装系统13 3.4 燃料气系统14 3.5 导热油系统14 3.6 火炬系统15 第四章第四章 主要设备主要设备16 4.1 冷箱16 4.2 液化天然气储罐16 结束语结束语17 前前 言言 2004 年我国建成投运了目前国内规模最大的基本负荷型液化天然气(LNG) 工厂，曰处理天然气 150 万 m3，LNG 年产量约为 43 万吨。该工厂由德国 Linde 公司提供天然气处理和液化技术，由德国 Tractebel Gas Enginering(TGE)公 司提供 LNG 的储存和灌装配送技术。工厂的原料气来自附近土哈丘东采油厂的 油气田。生产的 LNG 灌装在集装

6、箱罐中，通过公路运输到各个接收站，然后， LNG 被汽化并经过较短的管线输送给工业和民用客户。本文对该工厂的工艺流 程进行技术分析，以期对国内液化天然气工厂的设计提供一些有益的借鉴。 第一章第一章 工厂设计数据工厂设计数据 1.1 工厂产能及储运要求工厂产能及储运要求 工厂为基本负荷型液化天然气生产工厂，每年连续运行时间 8000h，液化能力 54th，操作弹性 50100。LNG 储罐容积为 30000m3，能满足 10 天产量的储存。LNG 配送灌装系统每天连续 14h 灌装 100 个集装箱罐，其中 90公路运输,。 1.2 原料气条件及产品规格原料气条件及产品规格 通过管道输送来的原料

7、气来自附近的油气田，原料气组成见表 1。原料气压力范围 0.71.1MPa，设计压力是 O7MPa，温度范围-1540，设计温度是 28，原料气中 水含量(露点)正常为-42，最大-10。LNG 产品规格见表 2，储罐压力 0.01MPa，温度为 -163，在设计的原料气组成下，LNG 在 162.3时液相密度约为 486.3kgm3。 1.31.3 现场环境条件现场环境条件 LNG 工厂现场环境条件见表 3。 第二章第二章 工厂技术分析工厂技术分析 基本负荷型日产 150 万 m3LNG 液化天然气工厂包括天然气预处理和天然气液化、液化 天然气储存和液化天然气配送系统。 从油田来的原料气压力

8、约 O7MPa，用原料气压缩机增压后，采用单乙醇胺(MEA)吸收 二氧化碳、分子筛吸附水分，净化后的天然气采用混合冷剂循环致冷(MRC)工艺进行液化， 这也是我厂唯一的化学反应，其余都是物理状态的变化，液化的天然气送至 LNG 储 表1 原料气组成 组分摩尔分数(设计组成) N23.81 CH481.02 C2H69.99 C3H84.10 C4H10 O93 i&n-C5 O05 C6+ 0.0021 CO2 O10 H2+S 0.28+3.2mgm3 HgNil 表2 LNG 产品规格 组分摩尔分数 N2 0.8(最高 1.0) CH482.4 C2H611.1 C3H8416 CO250

9、X10-6 H2O1X10 6 其它 1.1 表3 LNG 工厂现场环境条件 项 目数值 年平均值 0.09972 最大值 0.10096 大气压 / MPa 最小值 0.09418 平均最高 37.1 环境温度 平均最低 -15.1 设计温度(工艺) 30 最大降雪深度/mm 180 设计降雪负荷(KN/m2) 250 现场海拔(黄海海程)/m 790 年平均 43% 相对温度 年最大 61% 最大风速(m/s) 34 地震强度中国标准七级 罐贮存。混合冷剂主要由氮、甲烷、乙烯、丙烷和戊烷组成，混合冷剂压缩机由燃气轮机 驱动，燃气轮机的燃料主要来自储罐中的闪蒸气。天然气与冷剂进行热交换的冷箱

10、采用 Linde 独特的缠绕管式换热器。成品贮存在由 TGE 设计的 30000m3 单包容式常 压双壁金属罐内。LNG 由罐内液下泵提升送至各装料臂进行集装箱罐的装料。 第三章第三章 工艺系统工艺系统 3.13.1 天然气预处理天然气预处理 从工厂原料气组成可以看出，汞、硫化氢和芳烃的含量已满足净化要求。因此本装置只 考虑脱二氧化碳和水。按现有的原料气条件，从天然气中去除二氧化碳采用了化学洗涤方 法。MEA 洗涤工艺系成熟工艺，不需专利许可费，价廉而可靠，本装置采用了 12(质量浓 度) MEA 作为洗涤溶剂。脱水采用分子筛吸附，因为这种方法具有吸附能力强、低水气分 压下的高吸附特性等优点，

11、并可同时脱除残余酸性气。 从界区来的低压天然气(原料气)先经原料气过滤分离器除去液滴、固体颗粒，然后经 原料气压缩机 I 级压缩，之后经级间空冷器降温到约 40C，再经级间气液分离器将冷凝水 分离出后，经压缩机 II 级、级间空冷器、级间分离器分别压缩、冷却、分离后，进入二氧 化碳洗涤塔，将二氧化碳含量从 O1 摩尔分数降低到 5010*体积分数，经分离器后进入 压缩机 III 级压缩，在冷却和分离冷凝水后，去干燥脱水单元。 由于原料气压力太低，为了有效地液化，需要提高天然气的压力，以同时满足二氧化碳 洗涤单元和分子筛脱水系统对操作压力的要求。装置所在厂址系干旱地区，为节省水资源， 几乎所有冷

12、却都采用空气冷却，不设置循环冷却水系统。 为了去除原料气内的汞，在原料气压缩机 I 级下游设计了 1 个汞吸附器单元，其中包括 1 个汞吸附器和 1 台下游过滤器。下游过滤器用于防止分子筛粉尘进入原料气管线。 原料气从 MEA 洗涤塔的底部进入，从下向上经过浮阀式塔板，与逆向流动的贫胺溶液接 触，贫胺溶液吸收酸性气体，二氧化碳与溶剂中的弱碱反应生成弱键连接的碳酸盐。在塔 顶部，净化气体通过 4 块附加的塔板，以水洗的方法将其携带的溶剂回收。由塔顶出来的 净化天然气，含有 5010 书的二氧化碳和 40C 的饱和水。从洗涤塔底部出来的富胺液回 到汽提塔再生。通过导热油加热和空冷器冷却，二氧化碳被

13、分离，提纯后的贫胺溶液返回 洗涤塔。为减少汽提塔顶部的酸性气体中的姬 A 含量，塔顶部设置了水洗段乙出塔顶的酸 性气体经过空冷器冷却，气体和凝液在凝液罐中分离，酸性气体送至火炬系统排放。 MEA 洗涤单元的操作对污染非常敏感，试车前必须用精制水、钾盐溶液和一定比例的 MEA 溶液依次对系统进行彻底冲洗，以除去油或脂类，避免运行中出现“发泡”现象。 MEA 的循环流量必须根据工厂的负荷变化调整，以保持合格的二氧化碳浓度。MEA 的浓 度、水平衡、热平衡、塔的压力降和温度都是控制的要点。 泡沫会减少气相与液相之间的接触，从而降低吸收效率，造成二氧化碳超标。泡沫可能 因洗涤液中的固体颗粒和其它杂质造

14、成。通过机械方式过滤溶液大大减少起泡沫的可能性。 因此设置了可调节流量的侧流过滤器，同时有消泡剂注入设施。增压单元的冷凝水被送到 洗涤单元，以减少公用工程来的补充水。在线分析仪检查二氧化碳含量，并通过实验室分 析来确认在线测量仪的结果。 干燥器为两床吸附单元，循环周期为 8h。天然气在一台吸附器中向下流动，所带的水 分被吸附剂吸附，降至在液化单元不结冰的程度。在此期间另一台吸附器则用再生气体(压 缩的 LNG 储罐闪蒸气)加热及冷却。再生气体通过换热器由导热油加热，用于再生后由空冷 器冷却，然后经再生气分离罐进行气液分离，气体做燃气透平机组的燃料。两台吸附器由 程序控制进行周期性切换操作，吸附

15、和再生的操作压力不同，所以需要一个缓慢的升压或 降压过程。吸附剂的预计寿命最短约为 3 年。 通过在线分析仪检查水含量，并通过实验室分析来确认在线水测量仪的结果。在允许 气体进入液化单元前，水含量应低于 0510 书。 加热初期及冷却末期对再生气体的需要量会发生变化，去燃气透平机组的燃料气的压 力控制就显得很重要。 3.23.2 天然气的液化及混合冷剂系统天然气的液化及混合冷剂系统 3.2.1 天然气的液化天然气的液化 天然气的液化采用 Linde 公司先进的混合冷剂循环(MRc)技术，其特点是用 1 种混合冷 剂代替多种单冷剂的分别压缩循环，压缩设备少，仅用 l 台压缩机组，并对冷凝、分离和

16、 膨胀的级数进行了工艺优化。 通过预处理系统，天然气中的二氧化碳和水的含量达标后，天然气进入工艺冷区，冷区 由集成在 1 个壳中的 3 个螺旋缠绕式换热器和几个气液分离器组成。天然气首先在预冷器 中预冷却(原料气仅仅接近液化条件)，并在原料气重烃分离器中除去可能存在的重烃组分： 然后依次进入液化器冷凝和过冷器过冷到一 155C。过冷器温度由通过调节用作燃气透平 机组运行所需的燃料气的储罐闪蒸气量来控制的。液化的冷量由多组分混合冷剂的循环提 供，混合冷剂由氮、甲烷、乙烯、丙烷和戊烷组成。 天然气流量调节的原则是给装置输送尽可能多的天然气，以便通过 MRC 提供的冷量进行 液化。但是实际上没有那么

17、多的原料气而是根据压缩机一段的压力和压缩机的负荷来调节 LNG 的进气量。在天然气经过节流膨胀阀进入 LNG 储罐之前，天然气流量是根据此阀后的 液化天然气的温度(做为 LNG 正确液化的衡量尺度)来进行调节的，因此，这个膨胀阀就成 为输送到装置中的天然气的间接流量控制器。通过调节该阀，就可以改变 LNG 储罐中闪蒸 气的量。这样，天然气的输入流量与液化量之间有了平衡的控制。 3.2.2 冷剂循环冷剂循环 冷剂从冷箱壳程侧下部排出，其温度稍高于饱和状态的温度。冷剂首先通过压缩机 I 级入口分离器，然后经冷剂循环压缩机 I 级压缩，再经空冷器冷却，部分气体被冷凝。气 体和液体一起进入压缩机 II

18、 级进口分离罐中分离，循环气在压缩机 II 级进一步压缩：分 离出的液体由 MRC 泵送到循环压缩机 II 级出口空冷器的进口，与 II 级出口气体混合。经 空冷器冷却后，气体和凝液在循环压缩机 III 级入口分离器中分离。分离出的气体经 III 级压缩后，经空冷器冷却，重组分被冷凝，气液在循环高压分离罐中分离。此罐同时用作 循环冷剂重组分的缓冲罐。 循环高压分离罐的液体流入 III 级入口分离器，全部的液态烃流入预冷器预冷，然后 经卜 T 阀节流膨胀后，为天然气的预冷提供冷量。从循环高压分离罐出来的循环气在预 冷器中也被冷却到相同的温度，部分冷凝后进入到 MRC 分离器，从该分离器出来的液体

19、在 液化器中冷却，然后经 JT 阀膨胀后用来为液化器提供冷量。而分离出来的气体则在液化 器中冷凝，在过冷器中过冷，并经 J-T 阀之后为天然气的过冷提供最终冷量。膨胀后的循 环气流，在低温螺旋缠绕管式换热器的预冷器、液化器和过冷器共用壳程中复热，经 I 级 入口分离器返回到循环压缩机 I 级吸入侧。 3.2.3 冷剂贮存和补充冷剂贮存和补充 为补充循环压缩机的气体密封系统造成的冷剂系统循环气体的损失，设有冷剂补充配 置系统。冷剂各组分的补充量根据冷剂在线组成分析测量数据、冷区的温度情况进行调整， 并经计量加入系统。填充时应避免冷剂的填充量过多而超出设计值，实际填充量要依据实 际的管线和设备的体

20、积值进行重新计算，以对理论设计量进行校正。每一个填充步骤完成 后，都必须确认气体的组分状态。 3.3 液化天然气储存及灌装系统液化天然气储存及灌装系统 LNG 自液化装置进入 LNG 低温储罐，进罐管线从储罐顶部进入储罐。进料可以注入储罐 上部，也可以注入储罐下部，或采用上部和液下同时进行的方式。上或下进料由操作员根 据储罐内的液体密度和温度条件而定。保证进罐 LNG 和储罐内 LNG 能够充分地混合，避免 储罐内液相产生分层，防止“翻滚”现象发生，保证低温储罐运行的稳定性和安全性。 储罐设置了液位、压力和温度测量仪表，储罐的保护系统经安全控制系统与 DCS 相接。 储罐发生高液位或高压力时，

21、储罐的进料阀会自动关闭。LNG 储罐的不同液位高度，不仅 布置了温度计，还配置了密度计来监测，防止液体在储罐内可能发生的“翻滚”现象。 LNG 储罐内装备两台立式离心潜液泵(其中 1 台备用)，通过泵筒安装于储罐底部。LNG 泵处于连续运转状态，并通过泵上的回流管线，将储罐内的 LNG 从储罐进液管线重新注入 储罐内，起到循环、混合储罐内 LNG 的作用，减小 LNG 分层现象的发生：同时保持储罐内 外工艺管线始终处于冷却状态，便于工艺操作的正常运行。 LNG 经低温储罐内的 LNG 泵输送至 LNG 汽车、低温集装箱罐，气相返回线与储罐内气相 空间相连通，以平衡装车时汽车罐车和集装箱罐内的压

22、力，提高装车速度和液相充满率。 在非装车时间，通过储罐和装车设施之间的 LNG 循环管道，保持装车设备和管道的冷却， 有利于装车设施在装车时迅速启动。 低温储罐由于与外界交换热量、储罐内 LNG 泵散热、LNG 装载和储罐内 LNG 的自然对 流等原因而产生的蒸发气体以及因装车设施闪蒸、置换产生的蒸发气体，由闪蒸气压缩机 处理，用做再生气和燃气透平机组的燃料气。 同时为了控制储罐在运行时因操作事故、外界环境变化和储罐内蒸气压变化等原因而产 生的正、负压，储罐配有泄放去火炬系统的压力控制阀和排放去大气的安全阀。为防止储 罐负压，还设置了真空阀。 在正常运行或紧急事故状态下，自 LNG 储罐、天然

23、气净化、液化装置和装车设施来的 放空气体，经集液罐进入火炬燃烧。 LNG 工厂生产时，以 11lm3h 的流量将 LNG 连续送入储罐。储罐内安装了两台 LNG 液 下泵，每台设计流量 320m3h，一开一备，用于泵送灌装。液下泵安置于罐内泵柱上，配 有底阀。每台泵设有返回到罐内的回流管线，在停止灌装时可用来维持泵的最小流量。至 汽车罐车和集装箱罐灌装站的灌装线，始终由少量的 LNG 进行循环以维持系统的冷态。 汽车罐车经过地磅称重、计量后驶到灌装点，罐车上的气液接口与灌装臂的气液接口手 工连接。开始时， LNG 进入温度较高的罐车立刻汽化，产生的气体经灌装臂气相回流管返 回到储罐中。冷罐后，

24、灌装流量可增加到最大值。累计流量达到设定值时，控制阀切断， 自动停止灌装。罐车与灌装臂手工卸开，经地磅称量后，罐车驶离站区。 集装箱罐的灌装系统的操作程序与汽车罐车相同。两者差异仅在于，汽车罐车为自身移 动，集装箱罐在灌装区内采用平板拖车作为移动工具。灌装后，汽车罐车随车运出厂外， 集装箱罐由平板拖车运至位于厂内的铁路线旁，由龙门吊将集装箱就位至火车各车皮上。 1 个汽车罐车或集装箱罐的灌装全过程大约需 112h，灌装站的设计能力为 16h 内灌装完 容积 40m3 的汽车罐车或集装箱罐 100 个。灌装站由 6 个集装箱罐灌装臂、3 个汽车罐车灌 装臂和 1 个机动罐车灌装软管组成。 3.4

25、3.4 燃料气系统燃料气系统 LNG 储罐的闪蒸气经闪蒸气压缩机压缩、空冷器冷却，做为干燥单元的再生气，最后送 至燃气透平机组作为燃料气。为保证燃料气压力，从原料气压缩机 II 级之后引出一股气体 作为补充的燃料气。 3.53.5 导热油系统导热油系统 导热油系统向装置提供两个温度级别的工艺热量。导热油在系统内保持稳定流动。流经 两个循环系统：1 个中温循环系统和 1 个高温循环系统。热量由安装在燃气透平机组废气 排放烟囱内的热油加热器(废热回收系统)提供。为保证冬季正常启动，导热油系统有电伴 热设施。 为充分利用液化天然气储罐的闪蒸气，利用闪蒸气作为干燥单元的再生气和燃气透平机 组的燃料，由

26、燃气透平机组来驱动循环冷冻压缩机。干燥单元的热源和脱二氧化碳单元的 热源是燃气透平机组排放的尾气余热，故不设蒸汽系统。由于投资控制以及目前尚无能量 回收的用户，现有燃气透平机组排放尾气不设能量回收装置，但部分利用了尾气的余热， 即回收了部分能量。 3.63.6 火炬系统火炬系统 设有两个火炬系统，热火炬系统处理暖气体，冷火炬系统处理冷流体。采用在线自动点 火系统，当火炬有排放燃气时，自动点燃，火炬点燃后长明灯熄灭。这套带有流量计算机 的控制系统可自动记录火炬的排放量、长明灯的燃料量和密封气体的用气量。可对整个火 炬系统提供具体可靠的数据。火炬地点及高度要考虑燃烧时热辐射的影响、允许热辐射值 的取值以及允许的压 力降。 第四章第四章 主要设备主要设备 工厂的关键设备主要有冷箱、大型低温储罐、低温泵、离心式压缩机、往复式压缩机 和燃气透平机组。这些设备及 LNG 储罐的低温材料都使用引进产品。其它大部分设备、材 料立足于国内供应。 4.14.1