1、LNG工艺与技术汇总 NGLnatural gas liquid ，天然气凝液。，天然气凝液。LPGLiquefied Petroleum Gas ，液化石，液化石油气。油气。LNGLiquefied Natural Gas，液化天然气。，液化天然气。n液化后的天然气温度约为液化后的天然气温度约为-160，处于超低温状态。，处于超低温状态。nLNG的化学性质、成分决定着的化学性质、成分决定着LNG低污染的特点。低污染的特点。n天然气经过深冷过程，由于硫的成分以固体形式析出、分天然气经过深冷过程，由于硫的成分以固体形式析出、分离，离，LNG就不含有硫化物。也就是说，在燃料前根除了产就不含有硫化物
2、。也就是说，在燃料前根除了产生生SOx的生成源，这是与天然气的不同之处。的生成源，这是与天然气的不同之处。n与煤相比，与煤相比，LNG不含灰份，不含灰份，NOx的排放量仅为煤的的排放量仅为煤的19.2%，CO2的排的排放量仅为放量仅为42.1%。因为。因为LNG具有如上对能源利用与环境方面有利的特具有如上对能源利用与环境方面有利的特点，正在引起国际上的关注。特别是日本，每年引进约点，正在引起国际上的关注。特别是日本，每年引进约5000万吨万吨LNG，共建，共建20多座多座LNG发电厂，总装机容量约为发电厂，总装机容量约为4万万MW，占全国发，占全国发电容量的电容量的22。nLNG储存效率高，占
3、地少。投资省，储存效率高，占地少。投资省，10m3LNG储存量就可供储存量就可供1万户居万户居民民1天的生活用气。天的生活用气。LNG使用安全。由于使用安全。由于LNG汽化后密度很低，只有汽化后密度很低，只有空气的一半左右，稍有泄漏立即飞散开来，不致引起爆炸。空气的一半左右，稍有泄漏立即飞散开来，不致引起爆炸。LNG无毒，无毒，泄露后不会对人体造成伤害。泄露后不会对人体造成伤害。q1.3 LNGLNG工业工业 LNGLNG工业总工业总体如图体如图1-21-2所示，所示，包括天然气的包括天然气的预处理、液化、预处理、液化、储存、运输、储存、运输、接收站、再汽接收站、再汽化装置等。化装置等。液化储
4、存运输储配站LNG的液化、储存、运输及气化的液化、储存、运输及气化美国防火协会美国防火协会 NFPA59ANFPA59A：液化天然气（：液化天然气（LNGLNG）生产、储运和装运）生产、储运和装运欧盟：欧盟： EN1160EN1160：液化天然气的设备与安装液化天然气的一般特性：液化天然气的设备与安装液化天然气的一般特性中国：中国： GB/T 19204-2003 GB/T 19204-2003 液化天然气的一般特性液化天然气的一般特性 GB/T 20368-2006 GB/T 20368-2006 液化天然气液化天然气(LNG)(LNG)生产、储存和装运生产、储存和装运q 。如：硫化氢、二氧
5、化碳、水分、重烃和汞等。不同类型的LNG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。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。杂质杂质含量极限含量极限依据依据H2O0.1mg/lACO250100mg/lBH2S3.5mg/Nm3CCOS0.1mg/lC总含总含S量量1050mg/Nm3CHg0.01g/Nm3A芳香烃族芳香烃族110mg/lA或或B表表2.2 最大允许杂质含量最大允许杂质含量 吸收脱水是用吸湿性液体（或活性固体）吸收的方法脱除气流中的水蒸气。 用作脱水吸收剂吸收剂的物
6、质应具有以下特点：对天然气有很强的脱水能力；热稳定性好，脱水时不发生化学反应；容易再生；粘度小；对天然气和液烃的溶解度较低；起泡和乳化倾向小；对设备无腐蚀性；同时还应价格低廉，容易得到。n1、甘醇脱水的基本原理、甘醇脱水的基本原理n 甘醇是直链的二元醇，其通用化学式是甘醇是直链的二元醇，其通用化学式是CnH2n(OH)2。 n从分子结构看，每个甘醇分子中都有两个从分子结构看，每个甘醇分子中都有两个羟基（）。羟基在结构上与水相似，羟基（）。羟基在结构上与水相似，可以形成氢键，氢键的特点是能和电负性可以形成氢键，氢键的特点是能和电负性较大的原子相连，包括同一分子或另一分较大的原子相连，包括同一分子
7、或另一分子中电负性较大的原子，所以甘醇与水能子中电负性较大的原子，所以甘醇与水能够完全互溶，并表现出很强的吸水性。够完全互溶，并表现出很强的吸水性。n因此甘醇水溶液可将天然气中的水蒸气萃因此甘醇水溶液可将天然气中的水蒸气萃取出来形成甘醇稀溶液，使天然气中水汽取出来形成甘醇稀溶液，使天然气中水汽量大幅度下降。量大幅度下降。（4）甘醇法脱水工艺流程）甘醇法脱水工艺流程 流程中各设备的作用是：流程中各设备的作用是：n雾液分离器雾液分离器 分离干气携带的分离干气携带的n吸吸 收收 塔塔 是气流传质的场所，使气相中的水分是气流传质的场所，使气相中的水分转入中；转入中；n泵泵 输送设备；输送设备；n贫液冷
8、却器贫液冷却器 冷却贫甘醇以达到需要的温度；冷却贫甘醇以达到需要的温度；n闪闪 蒸蒸 器器 使富液闪蒸除去进入富液中的轻组分，使富液闪蒸除去进入富液中的轻组分，减少再生塔的再生负荷；减少再生塔的再生负荷；n贫富液热交换器贫富液热交换器 使贫液温度下降，富液温度使贫液温度下降，富液温度升高，充分利用热能；升高，充分利用热能；再再 生塔生塔 提浓富液的场所（精馏原理）；提浓富液的场所（精馏原理）；缓缓 冲冲 罐罐 缓冲、贮存、补充液体；缓冲、贮存、补充液体；过过 滤滤 器器 过滤溶液，除去腐蚀产物及其它杂过滤溶液，除去腐蚀产物及其它杂质，减少溶液发泡的可能性。质，减少溶液发泡的可能性。 利用此法须
9、注意，当再生温度超过204及系统中有氧气及液态烃存在时，都会降低甘醇的pH值，促使甘醇分解。因此需要定期检查甘醇的pH值，要控制pH值大于7。在有条件时将甘醇用氮气保护，以防止氧化。 甘醇法适用于大型天然气液化装置中脱除原料气所含的大部分水分。 与采用固体吸附剂脱水的吸附塔比较，甘醇吸收塔的优点：一次投资较低，压降少，可节省动力；可连续运行：容易扩建；塔易重新装配；可方便地应用于在某些固体吸附剂易受污染的场合。 “吸附”的意思是一个或多个组分在界面上的富集（正吸附或简单吸附）或损耗（负吸附）。其机理是在两相界面上，由于异相分子间作用力不同于主体分子间作用力，使相界面上流体的分子密度异于主体密度
10、而发生“吸附”。 按吸附作用力性质的不同，可将吸附分为和两种类型。物理吸附是由分子间作用力，即范德华力产生的。由于范德华力是一种普遍存在于各吸附质与吸附剂之间的弱的相互作用力，因此，物理吸附具有吸附速率快，易于达到吸附平衡和易于脱附等特征。 化学吸附是由力的作用产生的，在化学吸附的过程中，可以发生电子的转移、原子的重排、化学键的断裂与形成等微观过程。吸附质与基质之间形成的化学键多为共价键，而且趋向于基质配位数最大的位置上。化学吸附通常具有明显的选择性，且只能发生单分子层吸附，还具有不易解吸，吸附与解吸的速率都较小，不易达到吸附平衡等特点。物理吸附和化学吸附是很难截然分开的，在适当的条件下，两者
11、可以同时发生。 n（1）吸附法脱水的优缺点）吸附法脱水的优缺点 与液体吸收脱水的方法比较，吸附脱水能够提供非常低的露点，可使水的体积分数降至110-6m3/m3以下；吸附法对气温、流速、压力等变化不敏感；相比之下没有腐蚀、形成泡沫等问题；适合于对于少量气体的深度脱水过程。它的主要缺陷是基本建设投资大；一般情况下压力降较高；吸附剂易于中毒或碎裂；再生时需要的热量较多。 吸附法脱水一般适用于小流量气体的脱水。对于大流量高压天然气脱水，如要求的露点降仅为22 28，一般情况下采用甘醇吸收脱水较经济；如要求的露点降为28 44，则甘醇法和吸附法均可考虑，可参照其它影响因素确定；如要求的露点降高于44，
12、一般情况下应考虑吸附法脱水，至少也应先采用甘醇吸收脱水，再串接吸附法脱水。 在某些情况下，特别是在气体流量、温度、压力变化频繁的情况下，由于吸附法脱水适应性好，操作灵活，而且可保证脱水后的气体中无液体，所以成本虽高仍应采用吸附法脱水 。n（2）常用吸附剂）常用吸附剂 与目前在天然气净化过程中，主要使用的吸附剂有活性氧化铝、硅胶和分子筛三大类。活性炭的脱水能力甚微，主要用于从天然气中回收液烃。 其主要成分是部分水化的、多孔的和无定型的氧化铝，并含有少量的其它金属化合物。稳定性好，它常用于气体、油品和石油化工产品的脱水干燥。活性氧化铝干燥后的气体露点可低达73。活性氧化铝宜在177-316下再生，
13、因此其再生时耗热量较高。活性氧化铝吸附的重烃在再生时不易除去。氧化铝呈碱性，可与无机酸发生化学反应，故不宜处理酸性天然气。n典型活性氧化铝组成典型活性氧化铝组成 这是一种坚硬无定形链状和网状结构的硅酸聚合物颗粒，为一种亲水性的极性吸附剂。硅胶对极性分子和不饱和烃具硅胶对极性分子和不饱和烃具有明显的选择性，因此可用于天然气脱水。有明显的选择性，因此可用于天然气脱水。其吸附性能和其它吸附剂大致相同，一般可使天然气的露点达60。硅胶很容易再生容易再生，再生温度为180 200。虽然硅胶的脱水能力很强，但易于被水饱和，且与液态水接触很易炸裂，产生但易于被水饱和，且与液态水接触很易炸裂，产生粉尘。粉尘。
14、为了避免进料气夹带的水滴损坏硅胶，除了湿进料气进吸附塔前应很好地脱除液态水外，有时也采用在吸附床进口处，加一层不易被液态水破坏的吸附剂，称做吸附剂保护层。粗孔硅胶，如W型硅胶即可用于此目的。n硅胶是粉状或颗粒状物质，粒子外观呈透明或乳白色固体。硅胶是粉状或颗粒状物质，粒子外观呈透明或乳白色固体。分子式为分子式为mSiO2 nH2O，它是用硅酸钠与硫酸反应生成，它是用硅酸钠与硫酸反应生成水凝胶，然后洗去硫酸钠，将水凝胶干燥制成。其典型组水凝胶，然后洗去硫酸钠，将水凝胶干燥制成。其典型组成如表所示。成如表所示。n天然气脱水用的是细孔硅胶，平均孔径天然气脱水用的是细孔硅胶，平均孔径2030 分子筛这
15、是一种天然或人工合成的沸石型硅铝酸盐，天然分子筛也称沸石，人工合成的则多称分子筛。 分子筛的物理性质取决于其化学组成和晶体结构。这些孔穴不仅提供了很大的比表面，而且它只允许直径比孔径小的分子进人，而比孔径大的分子则不能进人，从而使分子筛吸附分子有很强的选择性。分子筛是具有骨架结构的碱金属的硅铝酸盐分子筛是具有骨架结构的碱金属的硅铝酸盐晶体。是的一种晶体。是的一种高效、高选择性高效、高选择性的固体吸的固体吸附剂。其分子式如下：附剂。其分子式如下： M2/nO Al2O3 xSiO2 yH2O M某些碱金属或碱土金属离子，如某些碱金属或碱土金属离子，如Li、Na、Mg、Ca等；等； nM的价数；的
16、价数； xSiO2的分的分子数；子数； y水的分子数。水的分子数。分子筛同其它吸附剂相比，具有以下优点：吸附选择性强，只吸附临界直径比分子筛孔径小的分子；另外，对极性分子也具有高度选择性，能牢牢地吸附住这些分子。脱水用分子筛它不吸附重烃，从而避免因吸附重烃而使吸附剂失效。具有高效吸附性能，在相对湿度或分压很低时，仍保持相当高的吸附容量，特别适用于深度干燥。吸附水时，同时可以进一步脱除残余酸性气体。不易受液态水的损害。 现代液化天然气工厂采用的吸附脱水方法大都是分子筛吸附，常用4A分子筛。尽管分子筛价格较高，但却是一种极好的脱水吸附剂。在天然气液化或深度冷冻之前，要求先将天然气的露点降低至很低值
17、，此时用分子筛脱水比较合适。 在实际使用中，可将分子筛同硅胶或活性氧化铝等串联使用。需干燥的天然气首先通过硅胶床层脱去大部分饱和水，再通过分子筛床层深度脱除残余的微量水分，以获得很低的露点。（3 3）吸附）吸附法 脱 水 工法 脱 水 工艺流程艺流程 吸附吸附 再生再生 冷却冷却 n2.1.3 脱酸性气体脱酸性气体 由地层采出的天然气除通常含有水蒸气外，往往还含有一些酸性气体。这些酸性气体一般是H2S, CO2、COS与RSH等气相杂质。含有酸性气体的天然气通常称为酸性气或含硫气。 酸性气体不但对人身有害，对设备管道有腐蚀作用，而且因其沸点较高，在降温过程中易呈固体析出，故必须脱除。脱除酸性气
18、体常称为脱硫脱碳脱硫脱碳，或习惯上称为脱硫脱硫。在净化天然气时，可考虑同时除去H2S和CO2，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。n脱硫方法的分类脱硫方法的分类 脱硫方法一般可分为化学吸收法、物理吸收法、联合吸收法、直接转化法、非再生性法、膜分离法和低温分离法等。其中采用溶液或溶剂作脱硫剂的化学吸收法、物理吸收法、联合吸收法及直接转化法，习惯上统称为湿法湿法；采用固体床脱硫的海绵铁法、分子筛法统称为干法干法。n化学吸收法：化学吸收法：以弱碱性溶液为吸收溶剂，与天然气中的酸性气体（主要是H2S和CO2）反应形成化合物。当吸收了酸性气体的溶液（富液）温度升高、压力降低时，该化
19、合物即分解放出酸性气体。n以以MEA吸收吸收H2S和和CO2为例，来表明胺法脱硫的主要化学为例，来表明胺法脱硫的主要化学反应过程。反应过程。 在化学吸收法中，各种烷醇胺法（简称胺法胺法）应用最广，所使用的胺有一乙醇胺(MEA）、二乙醇胺（DEA）、二异丙醇胺（DIPA）、甲基二乙醇胺(MDEA)等。胺法的突出优点是成本低、高反应率、良好的稳定性和易再生。一般对于H2S和CO2，胺吸收法更易吸收H2S。化学吸收法中另外还有碱性盐溶液法，如改良热钾碱法和氨基酸盐法。 特别是CO2含量高、H2S含量低的天然气，这样成本可以降低。 经典醇胺法易起泡、腐蚀、在有机硫存在下会发生降解。鉴于上述缺陷，在20
20、世纪60年代，研究开发了二甘醇胺法（DGA法）、二异丙醇胺法（ADIP法）等新醇胺法。 物理吸收法：物理吸收法：此法采用有机化合物作为吸收溶剂，吸收天然气中的酸性气体。物理吸收法的溶剂用量与原料气中的酸性气体含量无关。因此，由于物理溶剂对天然气中的重烃有较大的溶解度，因而物理吸收法常用于酸气分压大于0.35MPa、重烃含量低的天然气脱硫，其中某些方法可选择性地脱除H2S。联合吸收法：联合吸收法：此法兼有化学吸收和物理吸收两类方法的特点。目前在工业上应用较多的是砜胺法（Sulfinol）法、二乙醇胺-热碳酸盐联合法或称海培尔（Hi-Pure）法。 直接转化法：直接转化法：称为氧化还原法。它以氧化
21、还原反应为基础，借助于溶液中氧载体的催化作用，把被碱性溶液吸收的H2S氧化为硫，然后鼓入空气，使吸收液再生。 膜分离法：膜分离法：20世纪80年代以来，为解决酸气含量很高的天然气净化问题，国外致力于开发利用物理原理进行分离的方法，其中膜分离方法是较成功的一种。膜分离器应用于气体分离有下列优点：在分离过程中不发生相变，因而能耗甚低；分离过程不涉及化学药剂，副反应很少，基本不存在常见的腐蚀问题；设备简单，占地面积小，过程容易控制。 低温分离法低温分离法: 此法是专用于CO2驱油伴生气处理的方法。干法（固体床脱硫法）干法（固体床脱硫法）:此法是利用酸性气体在固体脱硫剂表面的吸附作用，或者与表面上的某
22、些组分反应，脱除天然气中的酸性气体。n脱硫方法的选择脱硫方法的选择 天然气脱硫方法的选择，不仅对于脱硫过程本身，就是对于下游工艺过程，包括酸气处理和硫磺回收、脱水、天然气液回收等都有很大的影响。 n天然气液化中常用的净化方法天然气液化中常用的净化方法 在天然气液化装置中，常用的净化方法有三种，即醇醇胺法胺法、热钾碱法热钾碱法（Benfied）、砜胺法砜胺法(Sulfinol)。n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CO2和H2S。目前主要采用一乙醇胺及二乙醇胺为溶剂。 n(改良改良)热钾碱法（热钾碱法（Benfie
23、d）:Benfied溶剂是碳酸钾、催化剂、防腐剂和水组成的混合物。可同时脱除H2S和CO2。热钾碱法的吸收温度较高，净化程度好，对含有大量CO2的原料气尤为适合。Benfied流程已被世界上600多座天然气预处理装置所应用。n砜胺法：砜胺法：是近年来发展最快的联合吸收法。该法的吸收溶液由物理溶剂环丁砜、化学吸收剂二异丙醇胺加少量的水组成。通过物理与化学作用，选择性地或同时吸收原料气中的H2S和CO2 ，然后在常压（或稍高于常压）下将溶液加热再生以供循环使用。由于溶液中存在着化学吸收剂，吸收能力原则上不受酸性气体分压的影响，所以可使净化后原料气中的H2S含量降得很低。 砜胺法对中至高酸气分压的天
24、然气有广泛的适应性，而且有良好的脱有机硫能力，能耗也较低。适合于在高压下净化，净化度较高，在高温部分的腐蚀率只有一乙醇胺法的1/41/l0。此法的缺点是，会造成有效组分的损失。 对于低温装置，经环丁砜洗涤后的天然气还要经过吸附处理，以达到低温装置对H2S和CO2含量的要求。n2.1.4 其它杂质的脱除其它杂质的脱除n汞汞：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
25、汞与硫在催化反应器中的反应。n重烃重烃：指指C C5 5+ +以上的烃类以上的烃类，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。nCOS：其可以被极少量水水化，形成H2S和CO2，对设备造成腐蚀。一般在脱酸时一起脱除。n氦气：氦气：有很高利用价值。n氮气：氮气：比甲烷难液化，含量多时，天然气液化困难，故应脱除。天然气的液化技术天然气的液化技术nLNG的生产通常分为的生产通常分为3个步骤：原料气预处理、液化和个步骤
26、：原料气预处理、液化和贮存。图贮存。图2.1是典型的是典型的LNG生产步骤和工艺装置图。生产步骤和工艺装置图。低温制冷的方法：低温制冷的方法：根据提供冷量方式不同分成三大类方法根据提供冷量方式不同分成三大类方法 n1.外加制冷循环法，亦即直接冷凝法外加制冷循环法，亦即直接冷凝法 n2.直接膨胀制冷法，即膨胀冷凝法直接膨胀制冷法，即膨胀冷凝法 n3.混合制冷法混合制冷法 1 1、直接冷凝法、直接冷凝法单一冷剂单一冷剂四个过程：四个过程：n1.蒸发过程蒸发过程 n2.压缩过程压缩过程 n3.冷凝过程冷凝过程 n4.膨胀过程膨胀过程n常用制冷剂常用制冷剂n丙烷、丙烯、乙烷、乙烯、甲烷、氮气等丙烷、丙
27、烯、乙烷、乙烯、甲烷、氮气等n阶式制冷循环过程阶式制冷循环过程:丙烷丙烷+乙烯乙烯+甲烷甲烷n混合冷剂循环过程混合冷剂循环过程:丙烷丙烷+丙烯丙烯+乙烷乙烷+乙烯乙烯+甲烷甲烷+氮气氮气3.2 天然气液化工艺流程天然气液化工艺流程 3.2.1 分类分类 按制冷方式制冷方式分：级联式液化流程级联式液化流程混合制冷剂液化流程混合制冷剂液化流程带膨胀机的液化流程带膨胀机的液化流程 对基本负荷型液化装置采用级联式液化流程和混合制冷式液化流程，对调峰型液化装置采用带膨胀机的液化流程和混合制冷剂液化流程。 3.2.2 级 联 式 液 化 流 程 也 被 称 为 阶 式级 联 式 液 化 流 程 也 被 称
28、 为 阶 式（Cascade）液化流程、复叠式液化流）液化流程、复叠式液化流程或串联蒸发冷凝液化流程，主要应用于程或串联蒸发冷凝液化流程，主要应用于基本负荷型天然气液化装置。如图所示，基本负荷型天然气液化装置。如图所示，该液化流程由三级独立的制冷循环组成，该液化流程由三级独立的制冷循环组成，制冷剂分别为丙烷、乙烯和甲烷。制冷剂分别为丙烷、乙烯和甲烷。每个制每个制冷循环中均含有三个换热器，级联式液化冷循环中均含有三个换热器，级联式液化流程中较低温度级的循环，将热量转移给流程中较低温度级的循环，将热量转移给相邻的较高温度级的循环。相邻的较高温度级的循环。 优点优点能耗低；能耗低；制冷剂为纯物质，无
29、配比问题；制冷剂为纯物质，无配比问题；技术成熟，操作稳定。技术成熟，操作稳定。缺点缺点机组多，流程复杂；机组多，流程复杂；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。管道与控制系统复杂，维护不便。3.2.3 MRC是以C1-C5的碳氢化合物及N2等五种以上的多组分混合制冷剂为工质，进行逐级的冷凝、蒸发、节流膨胀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。MRC既达到类似级联式液化流程的目的，又克服了其系统复杂的缺点。自20世纪70年代以来，对于基本负荷型天然气液化装置，广泛采用了各种不同类型的混合
30、制冷剂液化流程。闭闭式式混混合合制制冷冷剂剂液液化化流流程程开开式式混混合合制制冷冷剂剂液液化化流流程程机组设备少、流程简单、投资省，投资费用比经典级联式液化流程约低15%20%管理方便混合制冷剂组分可以部分或全部从天然气本身提取与补充 能耗较高，比级联式液化流程高10%20%左右混合制冷剂的合理配比较为困难流程计算须提供各组分可靠的平衡数据与物性参数，计算困难 丙烷预冷混合制冷剂液化流程（C3/MRC : Propane-Mixed Refrigerant Cycle），结合了级联式液化流程和混合制冷剂液化流程的优点，流程既高效又简单。所以自20世纪70年代以来，这类液化流程在基本负荷型天然
31、气液化装置中得到了广泛的应用。目前世界上80%以上的基本负荷型天然气液化装置中，采用了丙烷预冷混合制冷剂液化流程。工艺流程 丙烷预冷混合制冷剂循环液化天然气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：由三部分组成：混合制冷剂循环；混合制冷剂循环；丙烷预丙烷预冷循环；冷循环；天然气液化回路。在此液化流程中，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然气丙烷预冷循环用于预冷混合制冷剂和天然气，而而混合制冷剂循环用于深冷和液化天然气。混合制冷剂循环用于深冷和液化天然气。 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 丙丙烷烷预预冷冷混混合合制制冷冷剂剂液液化
32、化流流程程 APCIAPCI丙烷预冷混合制冷剂液化流程示意图丙烷预冷混合制冷剂液化流程示意图CII液化流程液化流程整体结合式级整体结合式级联型液化流程联型液化流程Integral IncorporatedCascade 代表天然气液代表天然气液化技术的发展化技术的发展趋势，具有高趋势，具有高效、低成本、效、低成本、可靠性好、易可靠性好、易操作等优点操作等优点 nCII流程具有如下特点：流程具有如下特点： l）流程精简、设备少。）流程精简、设备少。CII液化流程出于降低设备投资和建液化流程出于降低设备投资和建设费用的考虑，简化了预冷制冷机组的设计。设费用的考虑，简化了预冷制冷机组的设计。在流程中
33、增在流程中增加了分馏塔，将混合制冷剂分馏为重组分（以丁烷和戊烷加了分馏塔，将混合制冷剂分馏为重组分（以丁烷和戊烷为主）和轻组分（以氮、甲烷、乙烷为主）两部分。为主）和轻组分（以氮、甲烷、乙烷为主）两部分。重组重组分冷却、节流降温后返流，作为冷源进入冷箱上部预冷天分冷却、节流降温后返流，作为冷源进入冷箱上部预冷天然气和混合制冷剂；轻组分气液分离后进入冷箱下部，用然气和混合制冷剂；轻组分气液分离后进入冷箱下部，用于冷凝、过冷天然气。于冷凝、过冷天然气。2）冷箱采用高效钎焊铝板翅式换热器。）冷箱采用高效钎焊铝板翅式换热器。 3）压缩机和驱动机的型式简单、可靠、降低了投资与维护）压缩机和驱动机的型式简
34、单、可靠、降低了投资与维护费用。费用。 n3.2.4 带膨胀机的液化流程带膨胀机的液化流程 带膨胀机液化流程（带膨胀机液化流程（Expander-Cycle），是指利用），是指利用高压制冷剂通过透平膨胀机绝热膨胀高压制冷剂通过透平膨胀机绝热膨胀的克劳德循环制冷的克劳德循环制冷实现天然气液化的流程。气体在膨胀机中膨胀降温的同实现天然气液化的流程。气体在膨胀机中膨胀降温的同时，能输出功，可用于驱动流程中的压缩机。当管路输时，能输出功，可用于驱动流程中的压缩机。当管路输来的进入装置的原料气与离开液化装置的商品气有来的进入装置的原料气与离开液化装置的商品气有“自自由由”压差时，液化过程就可能不要压差时
35、，液化过程就可能不要“从外界从外界”加入能量，加入能量，而是靠而是靠“自由自由”压差通过膨胀机制冷，使进入装置的天压差通过膨胀机制冷，使进入装置的天然气液化。流程的关键设备是透平膨胀机。根据制冷剂然气液化。流程的关键设备是透平膨胀机。根据制冷剂的不同，可分为的不同，可分为氮气膨胀液化流程氮气膨胀液化流程和和天然气膨胀液化流天然气膨胀液化流程。程。n优点优点流程简单、调节灵活、工作可靠、易起动、易操作、维护方便；用天然气本身为工质时，省去专门生产、运输、储存冷冻剂的费用。n缺点缺点送入装置的气流须全部深度干燥；回流压力低，换热面积大，设备金属投人量大；受低压用户多少的限制；液化率低，如再循环，则
36、在增加循环压缩机后，功耗大大增加。天然气膨胀液化流程天然气膨胀液化流程直接利用高压天然气在膨直接利用高压天然气在膨胀机中绝热膨胀到输出管胀机中绝热膨胀到输出管道压力而使天然气液化的道压力而使天然气液化的流程。流程。突出优点是它的功突出优点是它的功耗小、只对需液化的那部耗小、只对需液化的那部分天然气脱除杂质，因而分天然气脱除杂质，因而预处理的天然气量可大为预处理的天然气量可大为减少。但液化流程不能获减少。但液化流程不能获得像氮气膨胀液化流程那得像氮气膨胀液化流程那样低的温度、循环气量大、样低的温度、循环气量大、液化率低。膨胀机的工作液化率低。膨胀机的工作性能受原料气压力和组成性能受原料气压力和组
37、成变化的影响较大，对系统变化的影响较大，对系统的安全性要求较高的安全性要求较高。氮气膨胀液化流程氮气膨胀液化流程 与混合制冷剂液化流程与混合制冷剂液化流程相 比 ， 氮 气 膨 胀 液 化 流 程相 比 ， 氮 气 膨 胀 液 化 流 程（N2Cycle）较为简化、紧凑，）较为简化、紧凑，造价略低，起动快。热态起动造价略低，起动快。热态起动12h即可获得满负荷产品，即可获得满负荷产品，运行灵活，适应性强，易于操运行灵活，适应性强，易于操作和控制，安全性好，放空不作和控制，安全性好，放空不会引起火灾或爆炸危险。会引起火灾或爆炸危险。制冷制冷剂采用单组分气体。但其能耗剂采用单组分气体。但其能耗要比
38、混合制冷剂液化流程高要比混合制冷剂液化流程高40%左右。左右。 氮甲烷膨胀液化流程氮甲烷膨胀液化流程为了降低膨胀机的功耗，采为了降低膨胀机的功耗，采用用N2CH4混合气体代替纯混合气体代替纯N2,发展了发展了N2 CH4膨胀液膨胀液化流程。与混合制冷剂液化化流程。与混合制冷剂液化流程相比较，氮甲烷膨胀流程相比较，氮甲烷膨胀液化流程（液化流程（N2 / CH4Cycle）具有起动时间短、流程简单、具有起动时间短、流程简单、控制容易、混合制冷剂测定控制容易、混合制冷剂测定及计算方便等优点。由于缩及计算方便等优点。由于缩小了冷端换热温差，它比纯小了冷端换热温差，它比纯氮膨胀液化流程节省氮膨胀液化流程
39、节省10%20%的动力消耗。的动力消耗。其它膨胀液化流程其它膨胀液化流程 带膨胀机的液化流程中，由于换热器的传热温差太带膨胀机的液化流程中，由于换热器的传热温差太大，从而使流程的姻损很大，为了降低流程的大，从而使流程的姻损很大，为了降低流程的 损，可损，可采取以下措施：采取以下措施： 1)1)采用预冷方法，对制冷剂进行预冷采用预冷方法，对制冷剂进行预冷 2)2)提高进入透平膨胀机气流的压力，并降低其温度。提高进入透平膨胀机气流的压力，并降低其温度。 3)3)将带膨胀机液化流程与其它液化流程（例如混合制将带膨胀机液化流程与其它液化流程（例如混合制冷剂液化流程）结合起来使用。冷剂液化流程）结合起来
40、使用。 典型的如：带丙烷预冷的天然气膨胀液化流程。典型的如：带丙烷预冷的天然气膨胀液化流程。n3.2.5 液化流程能耗比较液化流程能耗比较 中原油田天然气液化装置中原油田天然气液化装置 该液化装置生产该液化装置生产 LNG的能力为的能力为 15.0万万m3/d，原料气，原料气压力为压力为12MPa、温度为、温度为 30、甲烷的摩尔分数在、甲烷的摩尔分数在 93.3595.83。 净化：脱净化：脱CO2一乙醇胺一乙醇胺 脱水脱水分子筛分子筛 制冷方式：丙烷制冷方式：丙烷+乙烯乙烯 +节流节流 在液化天然气（在液化天然气（LNG）工业链中，）工业链中，LNG的储存和运的储存和运输是两个主要环节。无
41、论基本负荷型输是两个主要环节。无论基本负荷型LNG装置还是调峰装置还是调峰型装置，液化后的天然气都要储存在液化站内储罐或储型装置，液化后的天然气都要储存在液化站内储罐或储槽内。在卫星型槽内。在卫星型LNG站和站和LNG接收站，都有一定数量和接收站，都有一定数量和不同规模的储罐或储槽。世界不同规模的储罐或储槽。世界LNG贸易主要是通过海运，贸易主要是通过海运，因此因此LNG槽船是主要的运输工具。从槽船是主要的运输工具。从LNG接收站或卫星接收站或卫星型装置，将型装置，将LNG转运都需要转运都需要LNG槽车。槽车。 天然气是易燃易爆的燃料，天然气是易燃易爆的燃料，LNG的储存温度很低，的储存温度很
42、低，对其储存设备和运输工具需要提出安全可靠、高效的严对其储存设备和运输工具需要提出安全可靠、高效的严格要求。格要求。 4.1 LNG的储存的储存 4.1.1 LNGLNG储罐（槽）储罐（槽）n（1）型式分类）型式分类 按容量、隔热、形状、罐的材质分类。按容量、隔热、形状、罐的材质分类。 1 1）按容量）按容量小型储罐（小型储罐（550m3） 民用燃气汽化站、民用燃气汽化站、LNG汽车加注站；汽车加注站；中型储罐（中型储罐（50-100m3）LNG卫星站卫星站、燃气汽化站；燃气汽化站；大型储罐（大型储罐（1001000m3） 小型小型LNG生产装置；生产装置；大型储槽（大型储槽（10004000
43、0m3） 基本负荷型和调峰型液化装基本负荷型和调峰型液化装置；置；特大型储槽（特大型储槽（40000200000m3） LNG接收站。接收站。 2）维护结构的隔热分类真空粉末（纤维）隔热真空粉末（纤维）隔热 小型小型LNG储罐；储罐；正压堆积隔热正压堆积隔热 广泛应用于大中型广泛应用于大中型LNG储罐；储罐；高真空多层隔热高真空多层隔热 小型小型LNG储罐，使用储罐，使用很少。很少。 3）按形状分类球形罐球形罐 一般用于中小容量一般用于中小容量的储罐，但有些工程的的储罐，但有些工程的大型大型LNG储槽也有采用储槽也有采用球形的，如图球形的，如图3-2所示。所示。目前最大的有林德公司目前最大的有
44、林德公司制造的制造的40000m3和日本和日本NKK公司建造的公司建造的5000m3储罐。储罐。 平底圆柱型罐（槽）平底圆柱型罐（槽）广泛使用于各种容量储罐和储槽广泛使用于各种容量储罐和储槽4 4）按罐的放置分类）按罐的放置分类地上型地上型地下型地下型半地下型半地下型地下型地下型地下坑型地下坑型 地上罐常见的是双地上罐常见的是双层金属储罐，其外层用层金属储罐，其外层用钢外壳，内层用含镍钢外壳，内层用含镍9%的钢板，内外层之的钢板，内外层之间有环空间，充填珍珠间有环空间，充填珍珠岩绝热层并内充岩绝热层并内充N2。罐。罐底基础有承受载荷的绝底基础有承受载荷的绝热层，为防止冻坏基础，热层，为防止冻坏
45、基础，在基础下面加热装置来在基础下面加热装置来保持一定的温度。保持一定的温度。 半地下罐介于半地下罐介于地上罐与地下罐之间，地上罐与地下罐之间，不需罐周围建护堤，不需罐周围建护堤，兼有地上罐与地下罐兼有地上罐与地下罐的优势。有的地下罐的优势。有的地下罐用含镍用含镍9%的钢板或的钢板或薄膜做内罐，混凝土薄膜做内罐，混凝土做外罐。做外罐。 地下罐使用先地下罐使用先进的内部深挖技术进的内部深挖技术和泥土提升系统，和泥土提升系统，用高强度混凝土填用高强度混凝土填筑，采用预制好的筑，采用预制好的钢顶，内壁可衬不钢顶，内壁可衬不锈钢钢板。锈钢钢板。5 5）按罐的材料分类）按罐的材料分类双金属双金属 内罐和
46、外壳均采用金内罐和外壳均采用金属材料，内罐一般采用耐属材料，内罐一般采用耐低温的不锈钢或铝合金，低温的不锈钢或铝合金，外罐采用黑色金属，采用外罐采用黑色金属，采用较多的是压力容器用钢。较多的是压力容器用钢。预应力混凝土罐预应力混凝土罐薄膜型薄膜型(Invar steel Invar steel 36Ni)6 6）围护结构分类）围护结构分类单围护系统单围护系统只有一个承载层，必须在储槽周围预留一块安全空间。只有一个承载层，必须在储槽周围预留一块安全空间。双围护系统双围护系统 内外罐体内外罐体都是低温材料，都是低温材料，不需另外预留不需另外预留空间空间全封闭围护系统全封闭围护系统内外罐体都是低温材
47、料；不需另外预留空间内外罐体都是低温材料；不需另外预留空间薄膜型围护系统薄膜型围护系统有可靠的围护系统，不需预留空间，对外筒要求很高。有可靠的围护系统，不需预留空间，对外筒要求很高。n（2）LNG储罐（槽）结构储罐（槽）结构 1 1）立式）立式LNGLNG储罐储罐 如图所示如图所示100m3立式储立式储罐。（罐的隔热、结构、封罐。（罐的隔热、结构、封头、材质、支撑、阀门仪表头、材质、支撑、阀门仪表的保冷和安装）的保冷和安装）n立式储罐的工艺流程立式储罐的工艺流程如图所示，包括：进、如图所示，包括：进、排液系统；进、排气系排液系统；进、排气系统；自增压系统；吹扫统；自增压系统；吹扫置换系统；仪表
48、控制系置换系统；仪表控制系统；紧急切断阀与气控统；紧急切断阀与气控系统；安全系统；抽真系统；安全系统；抽真空系统；测满分析取样空系统；测满分析取样系统；以及易熔塞、阻系统；以及易熔塞、阻火器等安全设施。火器等安全设施。2 2）立式）立式LNGLNG子母型储罐子母型储罐 子母罐是指拥有多个（三个以上）子罐并联组子母罐是指拥有多个（三个以上）子罐并联组成的内罐，以满足低温液体储存站大容量储液量的成的内罐，以满足低温液体储存站大容量储液量的要求。多只子罐并列组装在一个大型外罐（母罐）要求。多只子罐并列组装在一个大型外罐（母罐）之中。子罐通常为立式圆筒形，外罐为立式平底拱之中。子罐通常为立式圆筒形，外
49、罐为立式平底拱盖圆筒形。由于外罐形状尺寸过大等原因，不耐外盖圆筒形。由于外罐形状尺寸过大等原因，不耐外压而无法抽真空，外罐为常压罐。隔热方式为粉末压而无法抽真空，外罐为常压罐。隔热方式为粉末（珠光砂）堆积隔热。（珠光砂）堆积隔热。 子罐通常为压力容器制造厂制造完工后运抵现场吊子罐通常为压力容器制造厂制造完工后运抵现场吊装就位，外罐则加工成零部件运抵现场后，在现场组装。装就位，外罐则加工成零部件运抵现场后，在现场组装。 单只子罐的几何容积通常在单只子罐的几何容积通常在100-150m3之间。单只之间。单只子罐的容积不宜过大，过大会导致运输吊装困难。子罐的子罐的容积不宜过大，过大会导致运输吊装困难
50、。子罐的数量通常为数量通常为3一一7只，因此可以组建只，因此可以组建300-1050m3的大型储的大型储槽。槽。 子罐可以设计成压力容器，最大工作压力可达子罐可以设计成压力容器，最大工作压力可达1.8MPa，通常为，通常为0.2-1.0MPa，视用户使用压力要求而定。，视用户使用压力要求而定。 优点：优点：依靠容器本身的压力，可采用压力挤压的办法对依靠容器本身的压力，可采用压力挤压的办法对外排液，而不需要输液泵排液，因此操作简便和外排液，而不需要输液泵排液，因此操作简便和可靠性提高。可靠性提高。容器具备承压条件后，可采用常压储存方式，减容器具备承压条件后，可采用常压储存方式，减少储存期间的排放
