浅析一种新型天然气液化装置

1、浅析一种新型天然气液化装置论文导读：天然气的主要成分是甲烷CH4。利用当地天然气自行建设LNG生产装置的工厂并不多。而本文作者曾从事天然气液化综合利用工程。天然气，浅析一种新型天然气液化装置。关键词：天然气，天然气液化，装置天然气的主要成分是甲烷CH4，将普通天然气在常压下，通过一定方式深冷至-162就可得到液化天然气LNG；相对于压缩天然气CNG，LNG具有如下优点：能量密度大、储运本钱低；燃点较高，平安性好；使用洁净，几乎无污染。目前的LNG主要依赖进口，已建和在建的LNG接收站主要分布在沿海大型港口码头；而由于缺乏成熟的技术，利用当地天然气自行建设LNG生产装置的工厂并不多。而本文作者曾

2、从事天然气液化综合利用工程，通过分析归纳，对一种国外进口LNG制取技术进行了解析。1、概述以建设一套调峰型LNG生产装置，天然气利用为50万立方/天，LNG产量为10万吨/年为例。工程分三大局部：LNG工艺装置、LNG运输、LNG相关系统配套，其中，LNG工艺装置引进国外先进单循环混合制冷剂液化方式。不同于老式的级联式液化流程，丙烷/MCR和其他混合制冷剂系统等复杂的制冷工艺，单一制冷系统的使用不但减少了设备的数量包括消耗，简化了操作，而且控制系统当中的仪表数量也减少了50%以上，从而使维护本钱更加降低。该工艺装置主要分三大阶段，一是预处理阶段，主要是通过脱除酸性CO2、H2O等杂质净化原料天

3、然气，二是液化别离阶段，通过由N2及多分子烃类物质等组成的混合制冷剂对已得到净化的天然气进行液化别离，三是冷剂的补充和储存，LNG产品的储存和运输。2、工艺流程及设备2.1 脱碳流程：在液化之前，管道天然气CNG中所含的水分和二氧化碳必须除掉，否那么这些组分在液化单元的低温环境中会冻结，并堵塞设备或影响热交换器的工作。因此整个工艺中必须包含两道预处理步骤，以保证装置的正常工作，即进料天然气将以4.04.5Mpa的压力，20的温度从管道进入预处理工艺界区：首先经过进料过滤别离器以祛除从管线带来的锈渣和碎片，接着进入胺液处理区，通过在胺接触塔内自下而上与胺液甲基二乙醇MDEA溶液吸收剂的充分接触，

4、天然气中的CO2根本被胺液体所吸收掉，此时天然气温度已上升到40.7；再经过冷却器，那么进料天然气中CO2的浓度减少到50ppmv以下，此时压力为3.9Mpa，温度上升至30.4。另一方面，吸收了大量CO2的饱和富胺液3.9Mpa，57.9从胺接触塔底部流出进入闪蒸罐减压，并于罐内别离掉其在吸收CO2过程当中所夹杂吸收的局部原料天然气杂质；经过减压和净化的富胺液通过贫富胺换热器加热升温至96.0进入胺汽提塔，通过在胺汽提塔内的反响，富胺液体中的CO2被别离出来，此时，胺液0.086Mpa,120.5已得到初步再生； 下接脱水流程 胺接触塔 及冷却器 进料过滤 别离器 进料天然气去除杂质后已脱C

5、O2的进料气4.0Mpa , 20的进料气3.9Mpa , 30.4 入贫胺吸收罐，再经增压、换热、冷却、过滤等装置，再次增压至4.2Mpa 胺闪蒸罐 (对胺液减压和除杂) 已饱和的富胺液再生的贫胺液 3.9Mpa , 57.94.2Mpa ,40.6 胺汽提塔 经贫富胺换热器别离CO2后的贫胺升温至96.00.086Mpa , 120.5脱CO2流程示意图: 上部为天然气脱CO2主流程下部为胺液循环再生流程2.2 脱水流程：脱水工艺采用的是两套分子筛枯燥床系统，以将含水量减少到1ppmv以下。具体为：经过脱碳CO2的天然气3.9Mpa，30.4首先进入分子筛过滤别离器以祛除上面脱碳工艺中所携

6、带的胺液杂质，然后经过两组枯燥器专用奥比特开关阀用于控制分子筛再生从顶部进入分子筛枯燥器进行脱水，并从枯燥器底部出来，再分别通过粉尘过滤器、汞脱离器、汞脱离粉尘过滤器后准备进入液化工艺，至此，脱碳脱水完成，预处理阶段结束，原料天然气3.7Mpa, 31.0得到完全净化。硕士论文，天然气。当然，在实际当中，脱水工艺还包括分子筛的定期再生，这由奥比特开关阀来控制，详细再生流程不再赘述，简要步骤就是：利用少量经过脱水后的再生气来吸收分子筛中的饱和水分，使分子筛得到再生，而这些吸收了水分的再生气经过再次脱水，进入再生气储罐，为后续利用做准备。 上接脱碳流程 吸收了 饱和 经过滤、汞脱离、粉尘过滤等装置

7、，进入液化流程。 下接液化流程 水分的 再生气 两组奥比特开关阀和分子筛枯燥器 过滤别离器 已脱CO2去除了脱水后的天然气胺杂质的天然气 3.9Mpa,的天然气旁路 30.4引出再生气用于枯燥器内分子筛再生脱CO2流程示意图: 横向为天然气脱水主流程纵向为分子筛定期再生2.3 液化流程：完成预处理的纯洁天然气3.7Mpa, 31.0进入液化核心工艺区，首先进入冷箱，该冷箱为进口，实际为一高效铝制板翅型换热器，具有高效节能的特点。通过在冷箱内与混合制冷剂由氮气、甲烷、乙烯和异戊烷组成的充分的热交换，天然气由常温31迅速深冷至-161，并送到LNG储罐10000立方米保存，这就是天然气的液化工艺，

8、但实际上，该工艺的核心是冷箱内的热交换，但工艺的复杂程度却表达在混合制冷剂的制备和压缩方面。具体如下：冷剂吸收罐是液化工艺中的第一个设备，其中的制冷剂组分来源为： 甲烷：主要是用于分子筛脱水的再生气，其被引入冷剂吸收罐；氮气：从界区外引入，也进入冷剂吸收罐； 丙烷：卸载泵将丙烷运输卡车内的丙烷液体打入丙烷制备罐，在制备罐内与工艺伴生气CH4混合，并共同进入丙烷枯燥床，枯燥后以气态进入冷剂吸收罐；异戊烷：工艺与丙烷相同，最后同样以气态进入冷剂吸收罐； 乙烯：工艺同上，但省略了卸载泵和枯燥床。回收的过量冷剂：主要是将闭式制冷循环中的多余过量制冷剂进行回收由级间冷剂泵出口旁路引出，并再次引入到冷剂吸

9、收罐中循环利用，其同样使用进入制备罐与伴生气混合，并经过枯燥床吸附的工艺流程。此外，还有一局部从冷剂压缩机一级压缩出口引出的气态冷剂亦进入吸收罐，主要起到吹扫的作用。至此，以上各组分共同进入冷剂吸收罐进行充分混合，从而形成了混合制冷剂气态。显然，冷剂吸收罐中的混合制冷剂只有从常温气态转变为低温液态时，才能进入冷箱膨胀以提供冷量，而要得到低温液态冷剂，必须使常温气态冷剂经历一套完整的闭式制冷循环过程，即：压缩冷凝冷却 膨胀，并在膨胀过程中与原料气进行热交换，释放出的冷量足以使原料气迅速凝结为超低温的液体。所以混合制冷剂首先进入冷剂压缩机，由于天然气的液化对制冷要求很高制冷量大、制冷温度低，故该压

10、缩机采用两级压缩，采用离心式结构，额定排量为60000立方/小时，额定工作压力为4.48Mpa，并由10KV高压电机驱动。 冷剂吸收罐 从冷剂储工艺流程经第一级压缩 冷剂压缩机第一段 - 冷剂压缩机第二段 引出的 制冷剂气态混合的气态制冷剂异戊烷、乙烯组成 冷却后再入二级气液别离器进行别离 需要指出的是：整个储罐系统所用仪表及阀门如：截止阀、球阀、蝶阀也包含在内。 容器类设备：包括闪蒸罐、胺吸收罐、胺储罐及冷剂储罐等二十余套罐设备。 反响器类设备：包括再生气别离器、汞脱除器等。 冷换、热换类设备：主要是一些冷却器和换热器，共三十余套，如：贫富胺换热器、胺冷却器、再生气冷却器、级间一级冷却器、二

11、级冷凝器等。 过滤器及别离类设备：共十余套，主要包括：进气过滤别离器，分子筛过滤别离器，贫胺过滤器、贫胺活性炭过滤器及粉尘过滤器等。工艺动设备： 制冷剂压缩机：10KV高压电机驱动，热变电阻方式软启动，压缩机为离心式，额定排量60000立方/小时。工作介质：氮气、甲烷、乙烯及异戊烷组成的混合制冷剂；操作条件：温度165，压力4.48Mpa 。 低压蒸发气压缩机：0.4KV电机驱动，螺杆式，2000立方/小时，工作介质：低压蒸发气；操作条件：温度182，压力2.41Mpa。 高压蒸发气压缩机：0.4KV电机驱动，螺杆式，2000立方/小时，工作介质：高压蒸发气；操作条件：温度182，压力5.17

12、Mpa。 泵：共有十余台套，主要应包括胺循环泵、胺增压泵、汽提塔回流泵、胺收集泵、冷剂泵立式筒泵及一些压缩机润滑油泵等。硕士论文，天然气。其它： 工艺管道：即连接各工艺装置的大量钢管也包括法兰、三通、大小头、异径管及各式管接头等，并且要求耐低温、防腐、防锈，一般为无缝钢管。 自动控制系统：主要包括一套DCS集散控制系统、冷剂压缩机控制盘及蒸发气压缩机控制盘。 仪表、阀门及分析仪：包括常规一次仪表和DCS二次仪表，如温度计、压力表、液位计、温度变送器、压力变送器、流量变送器及各种控制方式的自动阀等，还包括一些特殊阀门：奥比特开关阀、深冷控制阀、焦汤控制阀、在线气相色谱仪、在线CO2分析仪，在线水

13、分析仪、便携式气体分析泵、特殊不锈钢阀门，以及大量的平安阀，共计1200多台。 仪表散材：主要是大量的仪表控制和信号电缆，还包括电缆槽架、支架、仪表安装材料、仪表取样管、仪表分配盘、仪表空气分布器、分配变压器、总线输送管、电源及电机控制总新、转换器柜、交流分配盘、功率因数改良系统、就地控制站等。辅助设备：大致分为照明系统设备、通讯系统设备、火灾报警系统设备、采暖通风及空调系统设备。3、原料、辅料及燃料供给该工程原料气采用陕西省榆林市靖边县长庆第一天然气净化厂供给，输送方式为管道输送，接气点压力为4.04.5Mpa，成分中甲烷纯度为95.97%，同时含由CO2杂质2.805% ，N2为0.138

14、% ，水H2O 70ppm等。辅料为工艺中所用到的各种原料组分，其中胺液MDEA和分子筛枯燥剂为进口，消泡剂为国产，混合制冷剂为国产。公用装置中的燃料那么由本装置中的CH4提供。4、公用工程及辅助生产设施概述：该工程电源采用两个独立的10KV电源供电。厂区变电所采用单母线分段连接，0.4KV系统亦采用单母线分段接线，两段间设母联，当某一段失电时母联合上，由另一段带负荷运行，以保证供电连续性。主要设备包括：电力变压器一台：SCB10-1250/10,10/0.4KV，800KVA；10KV开关柜假设干台：KYN28A-12Z，配单元式微机保护；低压抽出式开关柜假设干台：MNS型。特殊装置：10K

15、V配电设备均采用单元式微机保护装置；各工艺段电机的联锁通过DCS或电气方式实现；高压电动机、45KW及以上的低压电动机，同时包括工艺有特殊要求的电动机均装设电流表；对于不能直接启动的10KV大功率高压制冷压缩机电机采用热变电阻软启动方式。另外，电力变压器、各高压电动机均设有功剂量，以便于考核，降低能耗。硕士论文，天然气。硕士论文，天然气。照明：工艺装置的照明分为正常照明和事故照明，对于在具有爆炸危险的环境，必须采用防爆灯；对于具有腐蚀危险的环境，必须采用防腐灯；其他情况那么使用一般普通荧光灯，另外，照明电缆采用穿保护钢管敷设。室外道路照明采用光电控制，另外，工艺主装置、控制室、变配电室等场所均

16、设有应急照明。防雷、防静电及接地：所有房顶易受雷击位均设避雷带或避雷针，突出屋面的金属外壳均应与避雷带相连；在设备、管道、构架等设置防静电接地装置，以防止静电感应。平安接地：变压器中性点设接地体，各场所均设平安接地装置，并与变压器中性点接地体相连，采用TN-S系统。全厂防雷接地、防静电接地和平安接地均相连，构成全厂接地网，接地电阻不大于4欧姆。对于DCS系统，那么要单独接地。5、空压站及氮气站 全厂压缩空气、氮气的质量及用量。在整个LNG工厂内，工艺用压缩空气要求无油、无水，间断供气；仪表空气要求无油、无水、无尘，常压下露点温度为-40，并实现连续供气。以上两者总使用量为：400Nm/小时，用

17、气压力为0.6Mpa。全厂补充的氮气要求纯度为99.9%，露点温度为-70，用量共50Nm/小时，用气压力为0.6Mpa.，为间断供气。 空压站及氮气站规模。本工程设置供气量为800Nm/小时，供气压力为0.8Mpa表压的螺杆式空压机两台。 同时增加处理气量为400Nm/小时的集装式无热再生吸附式枯燥装置一套。另外，增加一套撬装式小型制氮装置，供气量为60Nm/小时。6、能耗分析及节能措施本套LNG装置采用单循环混合制冷剂液化方式。不同于老式的级联式液化流程等复杂的制冷工艺，单一制冷系统的使用减少了设备的数量包括消耗，到达了节能环保的目标。第一，合理调整制冷机组的进口温度和级间换热器出口温度，降低制冷机组耗电量；第二，工程采用DCS控制系统，换热器、加热炉及冷却器等主要设备前后均设置调压阀，使主要设备能够根据实际情况精确控制，保证了优化运行，从而减少了能量消耗；第三，采用先进高效板翅式换热器作为主工艺的热交换设备，提高工艺过程的能量交换效率；第四，再生气加热炉采用节能型加热炉；第五，设备及管道布置紧凑合理，从而减少散热损失和压力损失；第六，设备及管道保冷，从而减少能量损失。7、结论天然气是一种洁净环保的优质能源，几乎不含硫、粉尘和其他有害物质，燃烧时产生二氧化碳少于其他石化燃料，造成温室