LNG液化工艺精讲

1、液化天然气（液化天然气（LNGLNG）技术）技术天然气液化技术天然气液化技术LNG11 1天然气的预处理天然气的预处理?预处理的预处理的目的：目的：脱除原料气中的有害杂质及深冷过程中可能固化的物脱除原料气中的有害杂质及深冷过程中可能固化的物质质。如：硫化氢、二氧化碳、水分、重烃和汞等。不同类如：硫化氢、二氧化碳、水分、重烃和汞等。不同类型的型的LNGLNG工厂所处理的原料气不一样，因此处理方法和工工厂所处理的原料气不一样，因此处理方法和工艺也不尽相同。艺也不尽相同。LNG21.1 1.1 天然气的预处理天然气的预处理表表2.2 2.2 最大允许杂质含量最大允许杂质含量杂质杂质H2OCO2H2S

2、COS总含总含S量量Hg芳香烃族芳香烃族含量极限含量极限0.1mg/l (ppm)50100mg/l3.5mg/Nm30.1mg/l1050mg/Nm30.01g/Nm3110mg/l依据依据ABCCCAA或或B注：注：1.A1.A为无限时生产下的累积允许值；为无限时生产下的累积允许值；B B为溶解度限制；为溶解度限制；C C为产品规格。为产品规格。LNG31.2 1.2 天然气的脱水技术天然气的脱水技术?脱水常用方法：包括冷却法()、吸收法 () 、吸附法()。LNG41.2 1.2 天然气的脱水技术天然气的脱水技术（3 3）吸附法脱水工艺流程）吸附法脱水工艺流程吸附再生冷却LNG51.3

3、1.3 天然气中酸气的脱除天然气中酸气的脱除酸性气体一般是酸性气体一般是H2S, CO2、COS与与RSH等等气相杂质气相杂质。脱。脱除酸性气体常称为除酸性气体常称为脱硫脱碳，或习惯上称为，或习惯上称为脱硫。在净。在净化天然气时，可考虑同时除去化天然气时，可考虑同时除去H2S和和CO2，因为醇胺法和，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。用分子筛吸附净化中，这两种组分可以被一起脱除。LNG61.3 1.3 天然气中酸气的脱除天然气中酸气的脱除2.3.2脱硫方法的选择脱硫方法的选择在天然气液化装置中，常用的净化方法有在天然气液化装置中，常用的净化方法有 三种三种，即，即醇胺法

4、、热钾碱法（Benfied）、）、砜胺法(Sulfinol)。LNG71.3 1.3 天然气中酸气的脱除天然气中酸气的脱除?醇胺法醇胺法: :利用以胺为溶剂的水溶液，与原料天然气中的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，此法可同时脱除法可同时脱除COCO2 2和和H H2 2S S。目前主要采用。目前主要采用一乙醇胺一乙醇胺及及二乙醇二乙醇胺胺为溶剂。为溶剂。LNG81.3 1.3 天然气中酸气的脱除天然气中酸气的脱除 LNG91.4 1.4 其他杂质的脱除其他杂质的脱除?汞汞：汞的存在会严重腐

5、蚀铝制设备。当汞（包括单质汞、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。的反应。LNG1

6、01.4 1.4 其他杂质的脱除其他杂质的脱除?重烃重烃：指指C C5 5+ +以上的烃类，在烃类中，分子量由小到以上的烃类，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，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。其余的采用深冷分离。LNG111.4 1.4 其他杂质的脱除

7、其他杂质的脱除?COS：其可以被极少量水水化，形成其可以被极少量水水化，形成H H2 2S S和和COCO2 2，对设备造，对设备造成腐蚀。易与回收丙烷相混。通常与成腐蚀。易与回收丙烷相混。通常与 H H2 2S S和和COCO2 2在脱酸时一在脱酸时一起脱除。起脱除。?氦气：天然气是氦的最主要来源，应加以分离利用。采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。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最终闪蒸法从LNGLNG中选择

8、性脱除。中选择性脱除。LNG122 2 天然气液化技术天然气液化技术?天天然然气气的的主主要要成成分分是是甲甲烷烷(CH(CH4 4) )，其其标标准准沸沸点点为为111K(-162111K(-162) ) 。?标准沸点时液态甲烷标准沸点时液态甲烷 密度密度426kg/m426kg/m3 3，标准状态时气，标准状态时气态甲烷密度态甲烷密度0.717kg/m0.717kg/m3 3，两者相差约，两者相差约600600倍。体积的倍。体积的巨大差异是采取液化方式储运天然气的主要原因。巨大差异是采取液化方式储运天然气的主要原因。LNG132 2 天然气液化技术天然气液化技术LNG生产步骤和工艺装置图：

9、生产步骤和工艺装置图：LNG142 2天然气液化工艺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，进入换热器进行处理后，进入换热器进行低温冷冻循环低温冷冻循环，冷却至，冷却至-162-162左右就会液化。左右就会液化。天然气液化工艺有：天然气液化工艺有：? 节流制冷循环节流制冷循环? 膨胀机制冷循环膨胀机制冷循环? 阶式制冷循环阶式制冷循环? 混合冷剂制冷循环混合冷剂制冷循环? 带预冷的混合冷剂制冷循环带预冷的混合冷剂制冷循环LNG152 23.1.1 3.1.1 阶式制冷循环阶式制冷循环?阶式循环阶式循环天然气液化工艺天然气液化

10、工艺经典的阶式循环由三个单独的制冷循环（丙烷、乙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（烯、甲烷）串接而成（ 3 3个温度水平）。为使实际级间个温度水平）。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，用高效率，用9 9个温度水平（丙烷段、乙烯段、甲烷段各个温度水平（丙烷段、乙烯段、甲烷段各3 3个）代替个）代替3 3个温度水平（个温度水平（丙烷段丙烷段-38-38、乙烯段、乙烯段-85-85、甲烷段甲烷段-160-160）。天然气）。天然气3 3温度水平和温度水平和9 9温度水平阶式循温度水平阶式循

11、环的冷却曲线，见图环的冷却曲线，见图3.23.2和图和图3.33.3。LNG162 2天然气液化工艺天然气液化工艺图图3.23.2三温度水平阶式循环的冷却曲线三温度水平阶式循环的冷却曲线图图3.33.3九温度水平阶式循环的天然气冷却曲线九温度水平阶式循环的天然气冷却曲线LNG172 2天然气液化工艺天然气液化工艺阶式液化流程阶式液化流程也被称为级联式液化流程、复叠式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，最早建成的基地型耗低，技术成熟，最早建成的基地型 LNGLNG工厂采用了工厂采用了这种液化工艺

12、。这种液化工艺。阶式液化流程分三级压缩制冷，逐级提供冷量液阶式液化流程分三级压缩制冷，逐级提供冷量液化天然气，各级所用的制冷剂分别为化天然气，各级所用的制冷剂分别为 丙烷丙烷( (大气压下大气压下沸点沸点-42.3-42.3) )、乙烯、乙烯( (大气压下沸点大气压下沸点-104-104 ) )、甲烷、甲烷( (大气压下沸点大气压下沸点-162-162) )，每个制冷剂循环中均含有三每个制冷剂循环中均含有三个换热器。个换热器。LNG182 2?天然气天然气天然气液化工艺天然气液化工艺残余气残余气5 56 6阶式制冷原理图阶式制冷原理图4 4LNGLNG1 12 23 37 78 89 9冷却水

13、冷却水1 1、2 2、3 3丙烷、乙烯甲烷压缩机丙烷、乙烯甲烷压缩机 ；4 4、5 5、6 6丙烷、乙烯、丙烷、乙烯、甲烷蒸发器；甲烷蒸发器；7 7、8 8、9 9丙烷、乙烯、甲烷冷凝器丙烷、乙烯、甲烷冷凝器LNG192 2?阶式循环流程图阶式循环流程图天然气液化工艺天然气液化工艺水冷器原料气节流阀换热器丙烷制冷剂换热器节流阀换热器乙烷制冷剂换热器节流阀换热器甲烷制冷剂节流阀 丙烷制冷单元 乙烷制冷单元 甲烷制冷单元LNG202 2天然气液化工艺天然气液化工艺?阶式制冷循环优缺点：? 优点优点：能耗低，使用九阶式液化，使各级制冷温度与原能耗低，使用九阶式液化，使各级制冷温度与原料气的冷却曲线接

14、近，减少了熵增，比能量消耗接近于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。理论的热力学效率上限。制冷剂为纯物质，没有配比问题，操作稳定。制冷剂为纯物质，没有配比问题，操作稳定。技术成熟，压缩机的喘震减少。技术成熟，压缩机的喘震减少。LNG212 2? 缺点：缺点：天然气液化工艺天然气液化工艺机组多，流程复杂。需要三个大型压缩机以及相机组多，流程复杂。需要三个大型压缩机以及相当数量的备件。当数量的备件。附属设备多，要有专门生产和储存多种制冷剂的附属设备多，要有专门生产和储存多种制冷剂的设备。设备。管道与控制系统复杂、维护不便。需要大量的管管道与控制系统复杂、维护不便。

15、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。复杂使得控制系统比较复杂。LNG222 2天然气液化工艺天然气液化工艺3.1.23.1.2混合制冷剂液化流程（混合制冷剂液化流程（ MRC-Mixed-Refrigerant-MRC-Mixed-Refrigerant-CycleCycle）MRCMRC是以是以C C1 1-C-C5 5的碳氢化合物及的碳氢化合物及N N2 2等五种以上的多组分等五种以上的多组分混合制冷剂为工质，进行逐级的混合制冷剂为工质，进行逐级的 冷凝、蒸发、节流膨胀冷凝、蒸发、节流膨胀得到

16、不同温度水平的制冷量，以达到逐步冷却和液化天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。然气的目的。混合制冷剂的制冷原理与纯单组分制冷剂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，的制冷原理大致相同， 即都是通过冷剂液体的汽化，与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，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。纯组分制冷剂产生的冷量是在一个固定的温度上。LNG232 2天然气液化工艺

17、天然气液化工艺3.1.2.1 3.1.2.1 无预冷的混合制冷剂液化流程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。前应用最广泛的液化工艺。 MRCMRC是目前最具代表性且应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。用最为广泛的混合制冷剂循环工艺。 MRCMRC循环是由美国循环是由美国APCIAPCI公司于六十年代末开发成功的混合制冷剂制冷循环，公司于六十年代末开发成功的混合制冷剂制冷循环，该工艺的主要特色是该工艺的主要特色是APCIAPCI公司发明的一台深冷的、集成公司发明的一台深冷的

18、、集成化的主换热器和多组分混合制冷剂。化的主换热器和多组分混合制冷剂。MRCMRC主换热器是主换热器是MRCMRC制冷系统的核心。制冷系统的核心。LNG242 2典型的无预冷典型的无预冷MRCMRC流程图流程图天然气液化工艺天然气液化工艺LNG252 2MRCMRC循环主要特点循环主要特点天然气液化工艺天然气液化工艺由于由于MRCMRC循环采用单一的多组分制冷剂，因此只需一循环采用单一的多组分制冷剂，因此只需一台循环压缩机，而不像阶式制冷循环那样需要有多台制冷台循环压缩机，而不像阶式制冷循环那样需要有多台制冷压缩机，仅此一项就使得压缩机，仅此一项就使得MRCMRC循环的设备投资大大降低。循环的

19、设备投资大大降低。MRCMRC循环的加热曲线可与天然气原料的冷却曲线较好循环的加热曲线可与天然气原料的冷却曲线较好地匹配，因此可大大减少制冷功率。地匹配，因此可大大减少制冷功率。使用一台集成换热器（即使用一台集成换热器（即MRCMRC主换热器），在设备费主换热器），在设备费用和易于制造方面也具有显著的优势。用和易于制造方面也具有显著的优势。利用节流阀降压可以减少利用节流阀降压可以减少LNGLNG产品的蒸发损失；采用产品的蒸发损失；采用制冷压缩机的级间分离器，可减少压缩机的操作功率。制冷压缩机的级间分离器，可减少压缩机的操作功率。LNG262 2天然气液化工艺天然气液化工艺3.1.2.2 3.1

20、.2.2 丙烷预冷混合冷剂制天然气液化流程丙烷预冷混合冷剂制天然气液化流程工艺流程工艺流程丙烷预冷混合制冷剂循环液化天然气流程由三部分组成：丙烷预冷混合制冷剂循环液化天然气流程由三部分组成：?混合制冷剂循环混合制冷剂循环?丙烷预冷循环丙烷预冷循环?天然气液化回路天然气液化回路在此液化流程中，丙烷预冷循环用于预冷混合制冷剂和天在此液化流程中，丙烷预冷循环用于预冷混合制冷剂和天然气，而混合制冷剂循环用于深冷和液化天然气。然气，而混合制冷剂循环用于深冷和液化天然气。LNG272 2天然气液化工艺天然气液化工艺APCIAPCI丙烷预冷混合制冷剂液化流程丙烷预冷混合制冷剂液化流程LNG282 2天然气液

21、化工艺天然气液化工艺丙烷预冷混合制冷剂液化流程丙烷预冷混合制冷剂液化流程LNG292 2天然气液化工艺天然气液化工艺丙烷预冷混合制冷剂液化流程丙烷预冷混合制冷剂液化流程LNG303 LNG3 LNG接收终端接收终端LNG313 3 LNGLNG接收终端的工艺系统接收终端的工艺系统LNGLNG接收终端接收终端的工艺系统包括：的工艺系统包括：LNGLNG卸船卸船工艺系统工艺系统LNGLNG储存储存工艺系统工艺系统LNGLNG再气化再气化/ /外输外输工艺系统工艺系统蒸发气蒸发气处理工艺系统处理工艺系统防真空补气防真空补气工艺系统工艺系统火炬放空火炬放空工艺系统工艺系统LNG324 LNG储存储存L

22、NG334 LNG储存储存LNG球形储罐（民用燃气气化站， LNG汽车加注站等）LNG344 LNG储存储存?球形LNG储罐低温液体球罐的内外罐均为球状低温液体球罐的内外罐均为球状 。工作状态下，内罐为。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，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。球罐的使用范围为现场安装难度大。球罐的使用范围为

23、2002001500m1500m3 3，工作压力，工作压力0.20.21.0MPa1.0MPa。容积。容积200m200m3 3时，应当选用在制造厂整体制造完时，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。容积超过工后的圆筒罐产品出厂为宜。容积超过1500m1500m3 3，外罐的壁厚太，外罐的壁厚太厚，这时制造的最大困难是外罐而非内罐。厚，这时制造的最大困难是外罐而非内罐。LNG35圆柱形圆柱形LNGLNG储罐储罐圆柱形圆柱形LNG储罐储罐（民用燃气气化（民用燃气气化站、站、LNG汽车加汽车加注站、卫星式液注站、卫星式液化装置，工业燃化装置，工业燃气气化站、小型气气化站、小型LNG生

24、产装置）生产装置）LNG364 LNG储存储存立式储罐立式储罐的工艺流程如图的工艺流程如图所示，包括：进、排液系所示，包括：进、排液系统；进、排气系统；自增统；进、排气系统；自增压系统；吹扫置换系统；压系统；吹扫置换系统；仪表控制系统；紧急切断仪表控制系统；紧急切断阀与气控系统；安全系统；阀与气控系统；安全系统；抽真空系统；测满分析取抽真空系统；测满分析取样系统；以及易熔塞、阻样系统；以及易熔塞、阻火器等安全设施。火器等安全设施。LNG374 LNG储存储存LNG384 LNG储存储存LNG394 LNG储存储存?典型的典型的LNGLNG储槽储槽如右图所示全封闭围如右图所示全封闭围护系统护系统LNGLNG储槽，其储槽，其容量为容量为80000m80000m3 3。属。