1、 LNG装置技术介绍 二二0一三年八月一三年八月 安建平安建平目录:第一部分第一部分 LNG技术介绍技术介绍第一章第一章LNG基本知识基本知识第二章第二章原料气净化原料气净化第三章第三章天然气天然气液化液化第二部分第二部分LNG储存、运输储存、运输第三部分第三部分工艺设备工艺设备第一章塔第一章塔第二章换热器第二章换热器目录n第四部分第四部分 机泵机泵n第一章第一章 往复式压缩机往复式压缩机n第二章第二章 离心式压缩机离心式压缩机n第三章第三章 泵泵n第五部分第五部分 阀门阀门n第九章第九章 电气设备电气设备n第十章第十章 仪表仪表 第一章第一章LNG基本知识基本知识第一部分 第一章第一章LNG
2、基本知识基本知识第一节第一节 原料气的种类原料气的种类1、天然气、天然气2、油田伴生气、油田伴生气3、气田气、气田气4、煤层气、煤层气5、页岩气、页岩气6、可燃冰、可燃冰 天然气，是一种多组分的混合气态化石燃料，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷。它主要存在于油田、气田、煤层和页岩层。天然气燃烧后无废渣、废水产生，相较煤炭、石油等能源有使用安全、热值高、洁净等优势。天然气又可分为油田伴生气和非伴生气两种。第一节第一节 原料气的种类原料气的种类油田伴生气n伴随石油从油井中出来的气体，主要成分是甲烷、乙烷，也含有相当数量的丙烷、丁烷、戊烷等。用作燃料和化工原料。也叫油田
3、气、油气。第一节第一节 原料气的种类原料气的种类气田气气田气气田天然气，从气田开采的天然气，这类天然气气纯，杂质少，品质优。气田天然气又可以分为纯气田天然气和凝析气田天然气，后者含有较多的重烃，第一节第一节 原料气的种类原料气的种类煤层气煤层气煤层气，是指赋存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气，是近一二十年在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料。第一节第一节 原料气的种类原料气的种类页岩气是从页岩层中开采出来的天然气，主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，页岩气是主体上以吸附或游离状态存在于泥岩、高
4、碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气，它可以生成于有机成因的各种阶段，天然气主体上以游离相态（大约50%）存在于裂缝、孔隙及其它储集空间，以吸附状态（大约50%）存在于干酪根、粘土颗粒及孔隙表面，极少量以溶解状态储存于干酪根、沥青质及石油中。第一节第一节 原料气的种类原料气的种类天然气水合物，因其外观像冰一样而且遇火天然气水合物，因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作即可燃烧，所以又被称作“可燃冰可燃冰”或者或者“固体瓦斯固体瓦斯”和和“气冰气冰”。它是在一定条件。它是在一定条件下（合适的温度、压力、气体饱和度、水的下（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、盐度、PH值等）由水和天
5、然气在中值等）由水和天然气在中高压高压和和低温条件下混合时组成的类冰的、组成低温条件下混合时组成的类冰的、组成天然天然气气的成分如的成分如CH4、C2H6、C3H8、C4H10等等同系物同系物以及以及CO2、N2、H2S等可形成单种或等可形成单种或多种天然气水合物。形成天然气水合物的主多种天然气水合物。形成天然气水合物的主要气体为要气体为甲烷甲烷，对，对甲烷分子甲烷分子含量超过含量超过99%的的天然气水合物通常称为天然气水合物通常称为甲烷水合物甲烷水合物 第一节第一节 原料气的种类原料气的种类 LNG概念及特性概念及特性 第二节第二节LNG的特性和组成的特性和组成 第二节第二节LNG的特性和组
6、成的特性和组成液化天然气（LNG）的体积只有同量气态体积的1/625，所以将其液化后:有利于储存和运输、降低储运成本；可以作为发电和交通运输工具（汽车、船舶、飞机）的燃料。可用于燃气调峰，减轻城市高峰能源的紧张状态。第二节 LNG的组成 特性组成：液化天然气的主要组分为甲烷，并可能含有少量乙烷、丙烷、氮和通常存在于天然气中的其它组分。有人认为，液化天然气中甲烷含量不低于75%，氮气的含量应控制在5%之内。法国对氮气含量的要求是3%），自然对流使含氮），自然对流使含氮量高的LNG运移至液体表面形成组成不同于其余运移至液体表面形成组成不同于其余部位的薄层。部位的薄层。n分层是一种不稳定热力学体系，
7、储罐受热产生的自然对流力求使罐内LNG密度均匀密度均匀，这就产生了所谓的，这就产生了所谓的“翻滚翻滚”现象。翻滚现象。翻滚使使LNG在短在短时间内产生大量蒸汽，导致储罐压力增高，有时造成泄压阀开启。n 经验说明，控制LNG中的含氮量使之不中的含氮量使之不超过超过1%是防止罐内是防止罐内LNG翻翻滚的有效措施，此外还应该采取措施使罐内液体混合均匀。第二节第二节 LNG的组成的组成 特性特性 第二节 LNG的组成 特性n安全性n 液化天然气是一种易燃物品，安全生产始终应放在首要地n位。在大气环境下，与空气混合时，天然气体积浓度在n515%范围内是可燃的。范围内是可燃的。LNG失火时，失火时，火焰表
8、面的辐射功火焰表面的辐射功率很高，应防止消防人员灼伤。nLNG失火可以用高膨胀泡沫材料或泡沫玻璃块覆盖着火表面，降低火焰的辐射作用。推荐用干粉（最好是碳酸钾）灭火器处理LNG火灾，不能用水灭火火灾，不能用水灭火n水水只能用于冷却火灾周围的建、构筑物并用于泡沫的产生。第二节第二节 LNG的组成的组成 特性特性 第二节 LNG的组成 特性nLNG是一种温度极低的流体，与皮是一种温度极低的流体，与皮肤接触可造成类似烧伤的肤接触可造成类似烧伤的起疱灼伤。不得接触隔热层损坏的装有LNG的裸露容器和管的裸露容器和管，否则极冷的金属会粘住皮肉。第三节LNG的发展史n1895年，德国人Linde申请了空气液化
9、工业化的第一批专利，并成立了现在仍以他的名字命名的公司致力于气体液化工业的发展。n 在20世纪30年代末，为解决美国俄亥俄州东北部港口城市克利夫兰的季节性调峰问题，经方案论证后决定建液化天然气调峰厂并决定在Cornwell（康威尔）进行先导试验。第三节LNG的发展史n1964年9月27日，阿尔及利亚的世界上第一座LNG工厂建成投产。同年，第一艘载着12000吨LNG的船驶往英国，标志着世界nLNG贸易的开始。n 1969年，位于美国阿拉斯加的肯奈LNG装置投产，开始向日本出口LNG。如今，LNG国际贸易已有30多年的历史，全球已有8个LNG出口国与9个LNG进口国或地区。第三节LNG的发展史n
10、自二十世纪80年代起，LNG贸易年均n增长率为8%，是世界发展最快的燃料之一。2000年，世界LNGn贸易增长率为10.1%，达1369.6亿立方米，占国际天然气贸易总n量的26%，占全球天然气消费总量的5.7%。第三节LNG的发展史n天然气液化：20世纪初世纪初n 第一座工业规模的天然气液化装置：20世纪世纪40年代年代n第一座LNG工厂：工厂：1964年，阿尔及利亚年，阿尔及利亚nLNG贸易：贸易：1964年，年，1.2万万t LNG船，船，英国英国n 2008年，全球年，全球LNG贸易量：贸易量：1000亿亿tn LNG占全球天然气市场的占全球天然气市场的40%，第三节LNG的发展史n全
11、球现有3个主要的LNG市场：亚太地区、欧洲和北美亚太市场中主要进口国家和地区有日本、韩国、中国、印度、中国台湾；其中，日本和韩国是世界上前两位nLNG进口大国。进口大国。n 亚太地区LNG主要供应国有澳大利亚、主要供应国有澳大利亚、马来西亚和印度尼马来西亚和印度尼西亚。第三节LNG的发展史n河南中原绿能天然气液化厂 该液化装置由法国索菲燃气公司设计使用阶式制冷循环，属于基本负荷型。n上海浦东事故调峰型LNG液化装置浦东调峰型LNG装置是东海天然气早期开采供应上海城市燃气工程下游部分的一个重要组成部分。它主要用于东海天然气停产、输气管线事故或冬季调峰时间向管网提供可靠的天然气供应，确保安全供气。
12、第三节LNG的发展史n 新疆广汇LNG液化装置n 该液化装置是由德国林德公司设计，新疆广汇实业股份有限公司投资建设的天然气液化项目。采用的是混合制冷剂循环。气源来自于吐哈油田，液化能力为150万Nm3/d天然气。n深圳大鹏湾秤头角LNG接收终端n广东LNG500万吨年，第一期370万吨年，2005年建成；第二期700万吨年，2007年建成。第三节LNG的发展史n由中国海洋石油总公司与其合作伙伴在福建湄洲湾共同兴建的LNG接收终端项目n 总投资为二百四十亿元人民币，一期工程规模为260万吨LNG年，二期工程接收站设计规模将达到500万吨年，于2012年投产。n原料气预处理主要是脱碳、脱硫、和脱水
13、。天然气中原料气预处理主要是脱碳、脱硫、和脱水。天然气中含有一定数量的硫化氢与硫化物、二氧化碳和水等。含有一定数量的硫化氢与硫化物、二氧化碳和水等。硫化氢与硫化物主要是腐蚀设备和管道，二氧化碳和硫化氢与硫化物主要是腐蚀设备和管道，二氧化碳和水主要是低温下结冰堵塞设备、管道和影响产品质量水主要是低温下结冰堵塞设备、管道和影响产品质量。因此天然气在液化前必须进行预处理。因此天然气在液化前必须进行预处理。n液化天然气预处理标准如下：液化天然气预处理标准如下：第二章第二章原料气原料气的预处理的预处理 第二章原料气的预处理 第二章原料气的预处理n(一)硫化氢与硫化物性质:n 1、硫化氢（H2S）n H2
14、S是无色气体，有类似腐烂鸡蛋的恶臭味，剧毒。易溶于水，其水溶液呈酸性，能与碱生成盐，可用碱溶液来吸收除去气体中的H2S。n H2S具有极强的急性毒性，空气中浓度为140mg/m3时，会引起结膜炎和角膜炎，第二章原料气的预处理n当浓度大约为280mg/m3时会造成昏迷，呼吸瘫痪甚至死亡。低浓度H2S引起的症状有头痛、呕吐、失眠、乏力，眼睛和粘有头痛、呕吐、失眠、乏力，眼睛和粘膜发炎。膜发炎。n2、羰、羰(tang)基硫（基硫（COS）n 羰基硫为无色、无臭气体，微溶于水羰基硫为无色、无臭气体，微溶于水。COS在高温或催化剂作用下可转化为硫在高温或催化剂作用下可转化为硫化氢。化氢。第二章原料气的预
15、处理n羰基硫剧毒，因纯品无色无臭，更需注意羰基硫剧毒，因纯品无色无臭，更需注意，至死量，至死量2900mg/m3，毒性机理可能与，毒性机理可能与分解物分解物H2S有关，作用于中枢神经系统而有关，作用于中枢神经系统而引起窒息、死亡。引起窒息、死亡。n 二硫化碳为无色液体，难溶于水。它可与二硫化碳为无色液体，难溶于水。它可与碱的水溶液反应，还可被氢还原，视反应碱的水溶液反应，还可被氢还原，视反应条件生成硫化氢、硫醇或其他有机硫化物条件生成硫化氢、硫醇或其他有机硫化物。在高温下与水蒸气作用几乎完全转化为。在高温下与水蒸气作用几乎完全转化为硫化氢。硫化氢。第二章原料气的预处理n4、硫醇（、硫醇（RSH
16、）n低分子量的硫醇具有令人厌恶的气味，浓低分子量的硫醇具有令人厌恶的气味，浓度仅度仅0.001g/L，就可被人感觉出来。有毒，就可被人感觉出来。有毒，不溶于水。呈酸性，能与金属盐类或碱，不溶于水。呈酸性，能与金属盐类或碱作用。硫醇在加热条件下可分解成烯烃与作用。硫醇在加热条件下可分解成烯烃与硫化氢，分解温度为硫化氢，分解温度为150250度。度。nE、硫醚（、硫醚（RSR）硫醚为无色的中性物质，有较好的化学稳定硫醚为无色的中性物质，有较好的化学稳定性，性，n与碱不发生作用。它们的热分解温度也高与碱不发生作用。它们的热分解温度也高需要大于需要大于400度才能分解为烯烃和硫化氢度才能分解为烯烃和硫
17、化氢n6、噻吩（、噻吩（C4H4S）n 噻吩的物理性质与苯极为相似，有苯噻吩的物理性质与苯极为相似，有苯类芳香烃的气味，不溶于水，既不显酸性类芳香烃的气味，不溶于水，既不显酸性，也不显碱性。噻吩的各类衍生物最稳定，也不显碱性。噻吩的各类衍生物最稳定，温度达到，温度达到500度也难分解，它是最难脱度也难分解，它是最难脱除的硫化物，故称为非反应性碱。除的硫化物，故称为非反应性碱。n 以上以上H2S称为无机硫，羰基硫等硫化称为无机硫，羰基硫等硫化物称为有机硫。物称为有机硫。n(二二)二氧化碳的性质：二氧化碳的性质：n 二氧化碳二氧化碳(CO2)，分子量，分子量44.010，在，在自然界中，自然界中，
18、CO2是最丰富的化学物质之一是最丰富的化学物质之一，是大气的一部分，大气里含，是大气的一部分，大气里含CO2为为0.03%0.04%，总量约，总量约2.75*1012吨吨，主要由含碳物质燃烧和动物的新陈代谢，主要由含碳物质燃烧和动物的新陈代谢产生。产生。CO2有着十分广泛的用途。工业有着十分广泛的用途。工业CO2主要从合成氨、氢气生产过程中原料主要从合成氨、氢气生产过程中原料气、发酵气、石灰窑气和烟道气中提取和气、发酵气、石灰窑气和烟道气中提取和回收。回收。第二章原料气的预处理 第二章原料气的预处理n CO2比空气重，约为空气重量的比空气重，约为空气重量的1.53倍，倍，是无色而略带刺鼻气味和
19、微酸性的气体。是无色而略带刺鼻气味和微酸性的气体。n CO2是非极性分子，可溶于水，也可是非极性分子，可溶于水，也可以溶于极性极强的溶剂，以溶于极性极强的溶剂，CO2在水和深剂在水和深剂中溶解度与温度、压力和溶剂的性质有关中溶解度与温度、压力和溶剂的性质有关 CO2的化学性质稳定，无毒性，不燃烧、的化学性质稳定，无毒性，不燃烧、不助燃。但在高温或有催化剂存在的情况不助燃。但在高温或有催化剂存在的情况下，下，CO2也可参加一些化学也可参加一些化学 第二章原料气的预处理n(三三)脱碳脱硫方法分类和选择：脱碳脱硫方法分类和选择：n1、脱碳脱硫方法、脱碳脱硫方法n 一可分为：化学吸收法、物理吸收法一可
20、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、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、膜分离法和低温分离法等。其中采用溶液或溶剂作脱碳脱硫剂的液或溶剂作脱碳脱硫剂的化学吸收法、物化学吸收法、物理吸收法、联合吸收法及直接转化法，习理吸收法、联合吸收法及直接转化法，习惯上统称为湿法；采用固体床的海绵铁法惯上统称为湿法；采用固体床的海绵铁法、分子筛法统称为干法。、分子筛法统称为干法。第二章原料气的预处理 第二章原料气的预处理n2、脱硫方法的选择、脱硫方法的选择 n 天然气脱硫法的选择，不仅对于脱硫天然气脱硫法的选择，不仅对于脱硫过程本身，就是对于下
21、游工艺过程，包括过程本身，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。针对一个特定的脱收等都有很大的影响。针对一个特定的脱硫装置，选择脱硫方法要考虑以下因素：硫装置，选择脱硫方法要考虑以下因素：1）有关大气污染的脱硫及尾气处理规范。）有关大气污染的脱硫及尾气处理规范。第二章原料气的预处理n2）酸性气中气相杂质的类型及含量。）酸性气中气相杂质的类型及含量。n3）对脱除酸性气体后脱硫气（或净化气）对脱除酸性气体后脱硫气（或净化气）的技术要求。）的技术要求。4）对酸性气体的技术要求。）对酸性气体的技术要求。5）需要处理的酸性气
22、体的体积流量。）需要处理的酸性气体的体积流量。6）酸性气中的烃类组成。）酸性气中的烃类组成。7）对需要脱除的酸气组分的选择性要求。）对需要脱除的酸气组分的选择性要求。8）需要处理的酸性气温度和压力，脱硫气外）需要处理的酸性气温度和压力，脱硫气外 第二章原料气的预处理n输时所要求的温度和压力。输时所要求的温度和压力。n9）投资及操作费用。）投资及操作费用。n10）方法的专利费。）方法的专利费。n11）对液体产品的技术要求。）对液体产品的技术要求。第二章原料气的预处理 第二章原料气的预处理n3、常用的净化方法、常用的净化方法n 在天然气液化装置中，常用的净化方法有三在天然气液化装置中，常用的净化方
23、法有三种：即醇胺法、热钾碱法、砜胺法种：即醇胺法、热钾碱法、砜胺法n（1）醇胺法）醇胺法n醇胺法利用以胺为溶剂的水溶液，与原料天然气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中的酸性气体发生化学反应来脱除天然气中的酸性气体，此法可同时脱除性气体，此法可同时脱除CO2和和H2S。目前主要。目前主要采用一乙醇胺及二乙醇胺为溶剂。采用一乙醇胺及二乙醇胺为溶剂。第二章原料气的预处理 第二章原料气的预处理n图图2-3示出醇胺法的典型流程。原料气自吸示出醇胺法的典型流程。原料气自吸收塔收塔2的底部进入，与从塔顶喷淋下的胺水的底部进入，与从塔顶喷淋下的胺水溶液相接触
24、，其中的酸性气体被溶剂洗涤溶液相接触，其中的酸性气体被溶剂洗涤吸收后自塔顶逸出，经分离器吸收后自塔顶逸出，经分离器1脱去游离水脱去游离水再进入下一道预处理工序。塔底含有酸性再进入下一道预处理工序。塔底含有酸性气体的富液，经贫富液换热器气体的富液，经贫富液换热器4被加热，然被加热，然后进入再生塔后进入再生塔6的顶部，沿再生塔的填料层的顶部，沿再生塔的填料层向下流动，被上升的气体加热而解吸；然向下流动，被上升的气体加热而解吸；然后流入加热器后流入加热器9，被水蒸气加热后返回再生，被水蒸气加热后返回再生 第二章原料气的预处理n塔塔6的底部，其中的酸性气体（并带有胺蒸气）的底部，其中的酸性气体（并带有
25、胺蒸气）便蒸发出来，流过填料层自塔顶排出，经冷却器便蒸发出来，流过填料层自塔顶排出，经冷却器7冷却并经分离器冷却并经分离器8脱去夹带的胺液后去回收装置脱去夹带的胺液后去回收装置。分离器。分离器8中的胺液流入再生塔中的胺液流入再生塔6。再生塔底的贫。再生塔底的贫液由胺液泵液由胺液泵5抽出，经贫抽出，经贫-富换热器富换热器4冷却后。再冷却后。再引入吸收塔引入吸收塔2的顶部供循环使用。的顶部供循环使用。n 当原料气中含有当原料气中含有CO2，则用一乙醇胺；若原，则用一乙醇胺；若原料气中含有料气中含有H2S或硫化氢与二氧化碳兼有，一般或硫化氢与二氧化碳兼有，一般用二乙醇胺。用二乙醇胺。第二章原料气的预
26、处理n（2）热）热 钾钾 碱碱 法（法（Benfied）n Benfied溶剂是碳酸钾、催化剂、防溶剂是碳酸钾、催化剂、防腐剂和水组分的混合物。可同时脱除腐剂和水组分的混合物。可同时脱除H2S和和CO2。热钾碱法的吸收温度较高，净化。热钾碱法的吸收温度较高，净化程度好，对含有大量二氧化碳的原料气尤程度好，对含有大量二氧化碳的原料气尤为适合。为适合。Benfied流程已被世界上流程已被世界上600多座多座天然气预处理装置应用，下面介绍天然气预处理装置应用，下面介绍Benfied流程的新工艺。流程的新工艺。n 第二章原料气的预处理nA、Benfied Hipure流程流程 在在LNG工业中成功运工
27、业中成功运用了的用了的Benfied Hipure流程，是由流程，是由Benfied系统系统与胺系统联合的混合方案。碳酸钾除去大量的酸与胺系统联合的混合方案。碳酸钾除去大量的酸气成分，胺溶液用于最后的商品气的纯化。所有气成分，胺溶液用于最后的商品气的纯化。所有酸气都从碳酸盐再生塔的顶部抽出。该流程在天酸气都从碳酸盐再生塔的顶部抽出。该流程在天然气预处理方面有着良好的可靠性纪录，其优越然气预处理方面有着良好的可靠性纪录，其优越性已在印度尼西亚、阿联酋的八套性已在印度尼西亚、阿联酋的八套LNG装置中充装置中充分显现。分显现。第二章原料气的预处理n B、Benfied-100流程流程 此流程是由碳酸
28、钾吸收此流程是由碳酸钾吸收和分子筛吸收设备组合而成的高效系统。前者去和分子筛吸收设备组合而成的高效系统。前者去除天然气中大量的酸性气体和除天然气中大量的酸性气体和COS，后者脱水并，后者脱水并除去剩余的酸性气体和汞。产品气部分返流用于除去剩余的酸性气体和汞。产品气部分返流用于分子筛再生并被再循环进入原料气，由此可使烃分子筛再生并被再循环进入原料气，由此可使烃成分损失最少。成分损失最少。Benfied-100流程的主要优点是流程的主要优点是：几乎可以清除所有硫化物，对：几乎可以清除所有硫化物，对COS的清除效率的清除效率达到达到80%-99%，对甲基汞的清除可达，对甲基汞的清除可达95%-100
29、%；烃产品的回收率可；烃产品的回收率可100%；无需另外的；无需另外的脱水装置，流程的经济性好。脱水装置，流程的经济性好。第二章原料气的预处理n C、Benfied流程中新型催化剂的研制，美流程中新型催化剂的研制，美国环球石油公司（国环球石油公司（UOP）和联合碳化物公）和联合碳化物公司的有关机构经过上百种物质的筛选，研司的有关机构经过上百种物质的筛选，研制出一种代号为制出一种代号为P1的新型催化剂，从而取的新型催化剂，从而取代了常用的二乙醇胺（代了常用的二乙醇胺（DEA）等催化物质）等催化物质。他们分别在实验工厂和三个胺化工厂进。他们分别在实验工厂和三个胺化工厂进行了对比实验和现场试验，得到
30、了良好的行了对比实验和现场试验，得到了良好的结果。结果。第二章原料气的预处理n（3）砜胺法（）砜胺法（Sulfinol）n 砜胺砜胺Sulfinol）法是近年来发展最快的联合吸收）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学作用，选择性地或同时吸收原料气中的CO2和和H2S，然后在常压（或稍高于常压）下将溶液加，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热再生以供循环使用
31、。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，所以可使净化后原料气中的H2S含量降得很低含量降得很低。第二章原料气的预处理 第二章原料气的预处理n5、其它杂质的脱除、其它杂质的脱除 n 在天然气中，除了前面所述的水和酸性气体在天然气中，除了前面所述的水和酸性气体以外，还有汞、重烃等一些杂质，下面分别对这以外，还有汞、重烃等一些杂质，下面分别对这些非目标组分及其危害和净化方法作一简单介绍些非目标组分及其危害和净化方法作一简单介绍。n1）汞）汞 n 汞的存在会严重腐蚀铝制设备。汞的存在会严重腐蚀铝制设备。19
32、73年年12月月，在斯基柯达天然气液化装置的低温换热器铝管，在斯基柯达天然气液化装置的低温换热器铝管中，发生了严重的汞腐蚀现象，致使该液化系统中，发生了严重的汞腐蚀现象，致使该液化系统 第二章原料气的预处理n停工停工14个月之久。个月之久。2004年海南年海南LNG冷箱也因汞冷箱也因汞腐蚀造成冷箱损坏。给腐蚀造成冷箱损坏。给LNG工厂造成严重的经济工厂造成严重的经济损失。当汞（包括单质汞、汞离子及有机汞化合损失。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。极微量的汞含量足蚀产物，严重破坏铝的性
33、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。汞的含量应受到严格的限制。n在高的流速下可脱除含量低于在高的流速下可脱除含量低于0.001g/m3的汞的汞 第二章原料气的预处理n汞的脱除不受可凝混合物汞的脱除不受可凝混合物C5+烃及水的影烃及水的影响。美国匹斯堡响。美国匹斯堡Colgon公司活性炭分公司公司活性炭分公司，研制了一种专门用于从气体中脱除汞的，研制了一种专门用于从气体中脱除汞的硫浸煤基活性炭硫浸煤基活性炭HGR。日本东
34、京。日本东京JGC公司公司，采用了一种新的，采用了一种新的MR-3吸收剂用于净化天吸收剂用于净化天然气中的汞。它能使汞含量降低到然气中的汞。它能使汞含量降低到0.001g/m3的以下，比的以下，比HGR的性能优良的性能优良。第二章原料气的预处理n2）重烃）重烃n 重烃常指重烃常指C5+的烃类。在烃类中，分子量由的烃类。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，则重果未把重烃先分离掉，或在冷凝后分离掉，则重烃将可能冻
35、结从而堵塞设备。烃将可能冻结从而堵塞设备。n极少量的极少量的C6+馏分特性的微小变化，对于预测烃馏分特性的微小变化，对于预测烃系统的相特性有相当大的影响。系统的相特性有相当大的影响。C6+馏分对气体馏分对气体混合物影响如此之大的主要原因，被认为是气体混合物影响如此之大的主要原因，被认为是气体 第二章原料气的预处理n的露点受混合物中最重组分的影响较大，重组分的露点受混合物中最重组分的影响较大，重组分的变化对露点温度或压力有惊人的影响。在的变化对露点温度或压力有惊人的影响。在-183.3以上，乙烷和丙烷能以各种浓度溶解于以上，乙烷和丙烷能以各种浓度溶解于LNG中。最不易溶解的是中。最不易溶解的是C
36、6+烃（特别是环状化烃（特别是环状化合物），还有水和合物），还有水和CO2。在用分子筛、活性氧化。在用分子筛、活性氧化铝或硅胶吸附脱水时，重烃可被部分脱除。脱除铝或硅胶吸附脱水时，重烃可被部分脱除。脱除的程度取决于吸附剂的负荷和再生的形式等，但的程度取决于吸附剂的负荷和再生的形式等，但采用吸附剂不可能使重烃的含量降低到所要求的采用吸附剂不可能使重烃的含量降低到所要求的很低程度，余下的重烃通常在低温区中的一个或很低程度，余下的重烃通常在低温区中的一个或多个分离器中除去，此法也称为深冷分离法。多个分离器中除去，此法也称为深冷分离法。第二章原料气的预处理n3）COSn 虽然虽然COS相对来说是无腐蚀
37、性的相对来说是无腐蚀性的，但，但它的危害不可忽视。首先，它可以被极少它的危害不可忽视。首先，它可以被极少量的水水化，从而形成量的水水化，从而形成H2S和和CO2；其次；其次，COS的正常沸点是的正常沸点是-48，与丙烷的沸点，与丙烷的沸点-42很接近，当分离回收丙烷时，约有很接近，当分离回收丙烷时，约有90%的的COS出现出现 第二章原料气的预处理n在丙烷尾气或液化石油气在丙烷尾气或液化石油气LPG中中，如果在运输和，如果在运输和储存中出现潮湿。即使是储存中出现潮湿。即使是0.510-6m3/m3的的COS被水化，也会产生腐蚀故障。所以被水化，也会产生腐蚀故障。所以COS必须必须在净化时脱除掉
38、。通常在净化时脱除掉。通常COS与与H2S和和CO2在脱酸在脱酸时一起脱除。时一起脱除。n4）氦气）氦气 n氦气氦气He是现代工业、国防和近代技术不可缺少的是现代工业、国防和近代技术不可缺少的气体之一。气体之一。He在核反应堆、超导体、空间模拟装在核反应堆、超导体、空间模拟装置、薄膜工业、飞船和导弹工业等现代技术中置、薄膜工业、飞船和导弹工业等现代技术中 第二章原料气的预处理n作为低温流体和惰性气体是必不可少的。作为低温流体和惰性气体是必不可少的。世界上唯一供大量开采的世界上唯一供大量开采的He资源是含资源是含He天天然气。所以天然气中的然气。所以天然气中的He应该分离提取出应该分离提取出来加
39、以利用。来加以利用。n 我国的天然气中氦的含量很低，若仅用我国的天然气中氦的含量很低，若仅用深冷法提氦，则需液化大量的甲烷和氮，深冷法提氦，则需液化大量的甲烷和氮，操作费用很高。利用膜分离技术和深冷分操作费用很高。利用膜分离技术和深冷分离技术相结合的方法，即联合法从天然气离技术相结合的方法，即联合法从天然气中提取氦气，在经济上具有较强的竞争力中提取氦气，在经济上具有较强的竞争力。第二章原料气的预处理n5）氮气）氮气n 氮气的液化温度（常压下氮气的液化温度（常压下77K）比天然气的）比天然气的主要成分甲烷的液化温度（常压下约主要成分甲烷的液化温度（常压下约110K）低）低。当天然气中氮含量越多，
40、液化天然气越困难，。当天然气中氮含量越多，液化天然气越困难，则液化过程的动力消耗增加。对于氮气，一般采则液化过程的动力消耗增加。对于氮气，一般采用最终闪蒸的方法从液化天然气中选择性地脱除用最终闪蒸的方法从液化天然气中选择性地脱除氮。氮。n6、脱水（、脱水（H2O）n若天然气中含有水分，则在液化装置中，水在低若天然气中含有水分，则在液化装置中，水在低于零度时以冰或霜的形式冻结在换热器的表面于零度时以冰或霜的形式冻结在换热器的表面 第二章原料气的预处理n和节流阀的工作部分，另外，天然气和水和节流阀的工作部分，另外，天然气和水会形成天然气水合物，它是半稳定的固态会形成天然气水合物，它是半稳定的固态化
41、合物，可以在零度以上形成，它不仅可化合物，可以在零度以上形成，它不仅可能导至管线堵塞，也可造成喷嘴和分离设能导至管线堵塞，也可造成喷嘴和分离设备堵塞。为了避免天然气中由于水的存在备堵塞。为了避免天然气中由于水的存在造成堵塞现象，通常须在高于水合物形式造成堵塞现象，通常须在高于水合物形式温度时就将原料气中的游离水脱除。温度时就将原料气中的游离水脱除。n 目前，常用的天然气脱水方法有：冷目前，常用的天然气脱水方法有：冷却法、吸收法和吸附法等。却法、吸收法和吸附法等。第二章原料气的预处理n（1）冷却脱水）冷却脱水n 冷却脱水是利用当压力不变时，天然气的含冷却脱水是利用当压力不变时，天然气的含水量随温
42、度降低而减少的原理实现天然气脱水。水量随温度降低而减少的原理实现天然气脱水。此法只适用于大量水分的粗分离。此法只适用于大量水分的粗分离。n（2）吸收脱水）吸收脱水n 吸收脱水是用吸湿性液体（或活性固体）吸吸收脱水是用吸湿性液体（或活性固体）吸收的方法脱除原料天然气中的水蒸气。收的方法脱除原料天然气中的水蒸气。n 用作脱水吸收剂的物质应具有以下特点：对天然用作脱水吸收剂的物质应具有以下特点：对天然气有很强的吸水能力，热稳定性好，脱水时不发气有很强的吸水能力，热稳定性好，脱水时不发生化学反应，容易再生，粘度小，对天然气和液生化学反应，容易再生，粘度小，对天然气和液 第二章原料气的预处理n烃的溶解度
43、较低，起泡和乳化倾向小，对烃的溶解度较低，起泡和乳化倾向小，对设备无腐蚀性，同时还应价格低廉，容易设备无腐蚀性，同时还应价格低廉，容易得到。得到。nA、甘醇胺溶液、甘醇胺溶液n优点：可同时脱除水、优点：可同时脱除水、CO2、H2S，甘醇，甘醇能降低醇胺溶液起泡的倾向。能降低醇胺溶液起泡的倾向。n缺点：携带损失量较三甘醇大；需要较高缺点：携带损失量较三甘醇大；需要较高的再生温度，易产生严重腐蚀；露点降小的再生温度，易产生严重腐蚀；露点降小于三甘醇脱水装置，仅限于酸性天然气脱于三甘醇脱水装置，仅限于酸性天然气脱水。水。第二章原料气的预处理n（3）吸附脱水）吸附脱水n “吸附吸附”一个或多个组分在界
44、面上富集（一个或多个组分在界面上富集（正吸附或简单吸附）或损耗（负吸附）。其机理正吸附或简单吸附）或损耗（负吸附）。其机理是在两界面上，由于异相分子间作用力不同于主是在两界面上，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民体分子间作用力，使相界面上流体的分子密度民于主体密度而发生于主体密度而发生“吸附吸附”。n 按吸附作用力性质的不同，可将吸附区分为按吸附作用力性质的不同，可将吸附区分为物理吸附和化学吸附两种类型。物理吸附是由于物理吸附和化学吸附两种类型。物理吸附是由于分子间作用力，即范德华力产生的。由于范德华分子间作用力，即范德华力产生的。由于范德华力是一种普遍存在
45、于各吸附质与吸附剂之间的弱力是一种普遍存在于各吸附质与吸附剂之间的弱 第二章原料气的预处理n的相互作用力，因此，物理吸附具有吸附速率快的相互作用力，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，易于达到吸附平衡和易于脱附等特征。化学吸附是由化学键力的作用产生的，在化学吸附过程附是由化学键力的作用产生的，在化学吸附过程中，可以发生电子的转移、原子的重排、化学键中，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最成的化学键多为共价键，而且趋向于基质配位最大的
46、位置上。化学吸附通常有明显的选择性，且大的位置上。化学吸附通常有明显的选择性，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与解吸的速率都较小，不易达到吸附平衡等特点。n 第二章原料气的预处理n物理吸附与化学吸附是很难截然分开的，在适当物理吸附与化学吸附是很难截然分开的，在适当条件下，两者可以同时发生。条件下，两者可以同时发生。n1、吸附法脱水的优缺点、吸附法脱水的优缺点n与液体吸收脱水的方法相比较，吸附脱水能够提与液体吸收脱水的方法相比较，吸附脱水能够提供非常低的露点，可使水的体积分数降至供非常低的露点，可使水
47、的体积分数降至1PPM以下；吸附对气温、流速、压力等变化不敏感；以下；吸附对气温、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；适用于对相比之下没有腐蚀、形成泡沫等问题；适用于对于少量气体的脱水过程。它的主要缺点是基本建于少量气体的脱水过程。它的主要缺点是基本建设投资大；一情况下压力降较高；吸附剂易于中设投资大；一情况下压力降较高；吸附剂易于中毒或破裂；再生时需要的热量较多。毒或破裂；再生时需要的热量较多。第二章原料气的预处理n 在液化天然气预处理中大都用吸附法（分了筛）在液化天然气预处理中大都用吸附法（分了筛）脱水。脱水。n2、几种常用的吸附剂、几种常用的吸附剂n 目前在天然气净
48、化过程中，主要使用的吸附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。活性碳剂有活性氧化铝、硅胶和分子筛三大类。活性碳的脱水能力甚微，主要用于从天然气中回收液烃的脱水能力甚微，主要用于从天然气中回收液烃nA、活性氧化铝、活性氧化铝n 其主要成分是部分水化的、多孔的和无定型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。的氧化铝，并含有少量的其它金属化合物。第二章原料气的预处理n活性氧化铝是一种极性吸附剂，它对大多数气体活性氧化铝是一种极性吸附剂，它对大多数气体和蒸气都是稳定的，是没有毒性的坚实颗粒，浸和蒸气都是稳定的，是没有毒性的坚实颗粒
49、，浸入水或液体中不会软化、溶胀或蹦碎破裂，抗冲入水或液体中不会软化、溶胀或蹦碎破裂，抗冲击性和磨损的能力强。它常用于气体、油品和石击性和磨损的能力强。它常用于气体、油品和石油化工产品的脱水干燥。干燥后的气体露点油化工产品的脱水干燥。干燥后的气体露点-73。活性氧化铝循环使用后，其物化性能变化。活性氧化铝循环使用后，其物化性能变化不大。不大。n 活性氧化铝温度宜在活性氧化铝温度宜在177316下下再生再生，再生时耗热量较高，再生时耗热量较高，活性氧化铝吸附的重烃在再活性氧化铝吸附的重烃在再生时不易除去。氧化铝呈碱性，可与有机酸发生生时不易除去。氧化铝呈碱性，可与有机酸发生 第二章原料气的预处理n
50、化学反应，故不宜处理酸性天然气。化学反应，故不宜处理酸性天然气。nB、硅胶、硅胶n 这是一种坚硬无定形链状和网络结构的硅酸聚这是一种坚硬无定形链状和网络结构的硅酸聚合物颗粒，为一种亲水性的吸附剂。硅胶分子式合物颗粒，为一种亲水性的吸附剂。硅胶分子式为为SiO2.nH2O，其孔径在，其孔径在220nm之间。硅胶之间。硅胶对极性分子和不饱和烃具有明显的选择性，因此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。可用于天然气脱水。n硅胶一般可使天然气露点达硅胶一般可使天然气露点达-60。易再生，再。易再生，再生温度为生温度为180200180200。虽然硅胶的脱水能力很强。虽然硅胶的脱水
