中原油田天然气液化工艺研究

1、.：.；中原油田天然气液化工艺研讨杨志毅 张孔明 王志宇 陈英烈 王保庆 叶勇 刘江旭中原石油勘探局 457001 :b56z7h7public2.zz.ha 摘 要：本篇参考了国内外有关液化天然气LNG方面大量的技术资料，结合中原石油勘探局天然气运用技术开发处LNG工厂建立过程中的实际阅历，简要引见了目前国内外LNG产业的开展情况和LNG在国内开展的必要性以及开展前景。其中LNG开展情况部分，援用大量较为详实的统计数据，阐明了我国目前LNG开展程度同国外程度间的差距与缺乏，并引见了我国天然气资源情况，包括已探明的储量。工艺引见部分，简要引见了目前国外已用于工业消费的比较成熟的工艺方案，同时以

2、大量篇幅引见了中原石油勘探局天然气运用技术开发处，针对本身气源特点，设计出的三套液化工艺的技术性能及经济比较，旨在为大家今后从事LNG产业开发、利用提供一些有益的协助 。同时本篇还引见了中原石油勘探局天然气运用技术开发处正在建立中的LNG工厂的工艺道路及部分参数。 引言 能源是国民经济的主要支柱，能源的可继续开展也是国民经济可继续开展的必不可少的条件。目前，我国能源构造不理想，对环境污染较大的煤碳在一次能源构造中占75% ，石油和天然气只占20%和2%，尤其是做为清洁燃料的天然气，与在世界能源构造中占21.3%的比例相比，相差10倍还要多。所以开展清洁燃料，加快我国天然气产业的开展，是充分利用

3、现有资源，改善能源构造，减少环境污染的良好途径。 从我国天然气资源的分布情况来看，多分布于中西部地域，而东南沿海兴隆地域是能源耗费最大的地域，所以要合理利用资源，处理利用同运输间的矛盾，开展LNG产业就成了非常行之有效的途径。 液化天然气LNG的性质及用途： 液化天然气liquefied natural gas简称LNG，是以甲烷为主要组分的低温、液态混合物，其体积仅为气态时的625，具有便于经济可靠运输，储存效率高，消费运用平安，有利于环境维护等特点。LNG用途广泛，不仅本身可以做为能源利用,同时可作为LNG汽车及LCNG汽车的燃料，而且它所携带的低温冷量，可以实施多项综合利用，如冷藏、冷冻

4、、空调、低温研磨等。 液化天然气LNG产业国内外开展情况： 1国外LNG开展情况： 液化天然气是天然气资源运用的一种重要方式，目前LNG占国际天然气贸易量的25%，1997年已达7580万吨，折合956亿立方米天然气。LNG主要产地分布在印度尼西亚、马来西亚、澳大利亚、阿尔及利亚、文莱等地，消费国主要是日本、法国、西班牙、美国、韩国和我国台湾省等。LNG自六十年代开场运用以来，年产量平均以20%的速度继续添加，进入90年代后，由于供需根本平衡，海湾战争等要素影响，LNG每年以68%的速度递增，这个速度仍高于同期其它能源的增长速度。 2 国内LNG概略 在我国，液化天然气在天然气工业中的比重几乎

5、为零，这无法满足我国经济开展中对液化天然气的需求，也与世界上液化天然气的高速度、大规模开展的情势相悖，但值得称道的是，我国的科研人员和从事天然气的工程技术人员为我国液化天然气工业做了许多探求性的任务。目前，有三套全部国产化的小型液化天然气消费安装分别在四川绵阳、吉林油田和长庆油田建成，三套安装采用不同的消费工艺，为我国LNG事业开展起到了很好的示范作用。 3 我国天然气资源优势 我国年产天然气201多亿Nm3,天然气资源量超越38万亿M3，探明储量只需4.3%，而世界平均为37%，这阐明我国天然气工业较落后，同时阐明了我们大力开展天然气工业是有资源保证的，是有潜力的。 目前几种成熟的天然气液化

6、工艺引见 天然气液化过程根据原理可以分这三种。第一种是无制冷剂的液化工艺，天然气经过紧缩，向外界释放热量，再经膨胀或节流使天然气压力和温度下降，使天然气部分液化；第二种是只需一种制冷剂的液化工艺，这包括氮气致冷循环和混合制冷剂循环，这种方法是经过制冷剂的紧缩、冷却、节流过程获得低温，经过换热使天然气液化的工艺；第三种是多种制冷剂的液化工艺，这种工艺选用蒸发温度成梯度的一组制冷剂如 丙烷、乙烷或乙烯、甲烷，经过多个制冷系统分别与天然气换热，使天然气温度逐渐降低到达液化的目的，这种方法通常称为阶式混和制冷工艺或复迭式制冷工艺。 中原油田天然气液化工艺研讨 天然气液化工艺包括净化单元和液化单元两大部

7、分，净化单元脱除原料气中的水、重烃、酸性气体H2S，CO2、汞等不利于液化单元正常任务的有害物质；液化单元主要是利用外加冷源和本身压力能使气态天然气转化为液态的工艺过程。 1中原油田天然气及气质情况： 中原油田年产天然气13亿立方米，文23块气田是全国有名的整装气田，以压力高且稳定，气质好、产量高而出名全国。根据资料分析，文23块气田的压力在12MPa可以维持十年以上，该气田的天然气中甲烷含量达95%以上，CO2和C5以上组分含量很低，不含H2S和Hg。另外中原油田拥有丰富的中压和低压输气管网，为低本钱运转的部分液化工艺提供了较优越的条件。 2净化工艺： 脱水常用的方法是分子筛吸附法，这种方法

8、可使天然气中水蒸气脱至1PPM，我们拟采用分子筛吸附法脱水，天然气中的酸性气体CO2和H2S的脱除常采用分子筛吸附法和溶剂吸收法，中原天然气中不含H2S，CO2含量在1.1%，我们采用溶剂DEA吸收法脱除CO2， C5以上重烃脱除常用的方法也有两种,就是活性碳吸附法和制冷分别法,根据中原天然气中C5以上的组分含量和天然气的压力、温度、流量等参数，采用低温分别法较适宜。 3。预选的液化工艺： 工艺方案一：丙烷预冷+节流工艺图1 净化后的原料气进液化安装压力为12Mpa、40，首先经过丙烷预冷至-35左右，再经尾气冷却后进展一次节流至1MPa，此时得到1Mpa的LNG和1Mpa不凝气，不凝气回流预

9、冷天然气后进入1Mpa的外输管网， LNG再次节流至0.3Mpa，此时得到-146L C、0.3Mpa 的LNG和不凝气，不凝气回流预冷一次节流前的天然气以回收冷量，降低能耗。LNG进入低温储罐储存。 图1略 工艺方案二：丙烷预冷+双膨胀机+节流图2 净化后的高压天然气首先节流至8Mpa思索到国产膨胀机最大任务压力为8Mpa，经过丙烷或氨预冷至-30L C进入高压膨胀机，膨胀至3.2Mpa后进入一级分别器，气相再经过低温尾气预冷后进入中压膨胀机，膨胀至0.6Mpa，再进入二级分别器，气相的低温尾气回流预冷二级膨胀机前的天然气，液相经过节流至0.3Mpa进入LNG储罐，0.3Mpa低温尾气回流冷

10、却原料气。0.3Mpa的LNG进入储罐。图2略 工艺方案三：丙烷预冷+乙烯预冷+节流图3 在充分汲取国外先进工艺技术的根底上，结合国内、国外有关设备的情况，我们又研讨出第三套LNG工艺技术方案。图3略 净化后的高压天然气，先经过丙烷预冷至-30L C再经过乙烯制冷系统冷却至-90L C，再经过一级节流产生1Mpa的LNG和低温尾气，然后进展二次节流至0.3Mpa，产生0.3Mpa的LNG和低温尾气，中低压低温尾气均回流预冷和过冷丙烷和乙烯两种制冷介质。丙烷制冷和乙烯制冷系统是两个相对独立又相互联络的系统，两个系统经过调理制冷剂温度和流量来控制天然气的温度，并设尾气冷量回收系统回收尾气的冷量，高

11、压节流产生的冷量在安装中被充分利用。 4。液化工艺方案技术经济比较 方案一 方案二 方案三 原料气量 30 104m3/d 30 104m3/d 30 104m3/d 能耗 0.1Kwh/Nm3 0.08Kwh/Nm3 0.13Kwh/Nm3 收率 18% 37.80% 50% 工艺优点 工艺流程短,设备少 安装可靠,能耗低。 能耗较低,工艺流程简单收率较高 收率高，各制冷系统相对独立，可靠性 。 、灵敏性好。 收率低，经济效益不 安装高速转动部件 工艺相对较复杂，须 理想。 多，操作复杂，极限 两种制冷介质和循 工艺缺陷 液化率37.8%。设备投资高。 环。设备投资高。 中原油田LNG工厂工

12、艺方案简介 从以上技术经济比较中，方案三虽然能耗较大，但其收率较其它两种方案高的多，且比较适宜中原油田气源特点，故我们选择了方案三作为设计根底，并加以改良，构成了独特、合理的天然气液化工艺流程。 该工艺流程如以下图所示，120bar/27高压天然气进安装后，经高压分别罐分液，然后进入天然气脱单元，本单元采用以一乙醇胺为吸收剂的溶剂吸收法脱除，再用吸附效果较理想的分子筛脱水；净化后的高压原料气由丙烷预冷至-30左右，节流膨胀至53bar/-60左右，分别脱除重烃，再经乙烯冷凝，节流至10bar/-123，分别得中压尾气和中压LNG，中压LNG再经节流，得到3bar/-145左右的低压LNG，低压尾气同中压尾气一同经回收冷量后分别进入低压和中压管网，低z压LNG作为产品储存于储罐内。其收率到达51.4%,能耗为0.13 Kwh/Nm3。 七结论 本篇所研讨的工艺方案均是部分液化工艺，充分利用了气源的高压力能，具有能耗低，本钱低的特点，对全国有类似气源的油气田有一定的自创意义。 天然气液化技术使得中、西部地域