中國化工貿易天然氣液化工藝的研究王振宇(湖北武漢長江大學石油工程學院,湖北武漢430100)摘要:本文結合中原氣田的氣質特點,擬選出天然氣預處理過程中常用二套液化處理方策,通過分祈比較,最終確定采用階式制冷循環(huán)和混合冷劑制冷循環(huán)相結合的工藝處理方案關鍵詞:液化天然氣階式制冷循環(huán)混合冷劑制冷循液化天然氣( Liquefied Natural Gas即LNG)是天然氣的一種應用形式。同低溫條件下操作的燕汽壓縮制冷循環(huán)復迭而成。在階式制冷循環(huán)系統(tǒng)中,是其一般生產工藝過程是將氣田開采岀來的天然氣,采用先進的制冷工藝,使甲用較高溫度等級制冷循環(huán)蒸發(fā)器中的冷劑來冷凝較低溫度等級制冷循環(huán)冷凝烷在常壓下冷凍至-162℃變?yōu)橐后w。由于其體積僅為原氣態(tài)時的1600,所以器中的冷劑。這種制冷系統(tǒng)可滿足-70-~-140℃制冷溫度(即蒸發(fā)溫度)的要采用LNG形式在天然氣的儲存和運輸方面都具有十分明顯的優(yōu)越性。我國有求。階式制冷系統(tǒng)常用丙烷、乙烯(或乙烷)及甲烷作為三個溫度等級的冷劑。豐富的天然氣資源,是世界天然氣大國之一。但目前我國在液化天然氣生產2.2.1,2帶預冷的混合冷劑制冷循玒儲存技術方面所作的研究工作還很少,與發(fā)達國家還存在很大的差距。我國尚為了降低能耗,六十年代末出現了許多改進型的混合冷劑制冷循環(huán)。目前無大規(guī)模LNG系統(tǒng)工程的實踐,所以深入研究天然氣液化技術,對我國今后應用最多的是采用丙烷、乙烷或氨作前級預冷的混合冷劑制冷循環(huán)。這種循環(huán)發(fā)展LNG工業(yè)具有非常重要的現實意義先將天然氣預冷至238-223K,再用棍合制冷劑冷卻。這樣混合制冷劑僅需氮1.國內外液化天然氣的發(fā)展概況甲烷、乙烷和丙烷四種組分,因而顯著地縮小了混合制冷劑的沸點范圍,大大1.1國外LNG工業(yè)的發(fā)展現狀減少了混合制冷劑的冷卻負荷。由于在預冷段保持了單組分制冷劑階式循環(huán)的LNG工廠按使用情況一般分為基地型、調峰型、終站型、衛(wèi)星型四種類優(yōu)點,提高了循環(huán)的熱力效率。型。至1908年為止,在全世界8個LNG出口國中,有22座天然氣液化工廠3制冷循環(huán)的選擇其設計能力為9420萬噸年,而且,隨著目前正在建造的5座共8系列的LNG選擇液化裝置的制冷循環(huán)和工藝流程應根據下列條件來進行選定:裝置的工廠的建成,LNG生產能力將再增加2300萬噸/。另外,還有大量的LN用途及處理能力、被液化的天然氣的組成及其壓力以及對產品的要求(組分工廠正在計劃建造,設計能力超過1億噸年。自60年代起,全世界生產LNG壓力和溫度),此外,采用某種類型設備的可能性對工藝流程的選擇也有一定裝置的數量與規(guī)模不斷增加,已投產的LNG裝置目前達160多套。其中7%的影響左右是調峰型裝置,最大的LNG工廠在馬來西亞鼓蒂,其天然氣處理能力為逐級制冷循環(huán)常由丙烷、乙烯及甲烷組成的制冷循環(huán)構成,每一制冷循環(huán)70xl06m/d。又有幾個溫度級(溫位)。逐級制冷循環(huán)所需的能耗最小,各制冷循環(huán)系統(tǒng)與12我國LNG工業(yè)的發(fā)展現狀天然氣液化系統(tǒng)是分開的,相互影響和牽制很少,操作穩(wěn)定。但它所需的壓縮我國雖于1973年在四川建成了國內第一個天然氣提氮工廠(可聯產機組及貯存制冷劑的設備較多,且各系統(tǒng)間不能有任何滲漏,管路及控制較復LNG),但總體來我國的LNG工業(yè)仍處于起步階段。在我國,液化天然氣在雜,維護不方便天然氣工業(yè)中的比重幾乎為零,這無法滿足我國經濟發(fā)展中對液化天然氣的需混合冷劑制冷循環(huán)以一多組分混合物為制冷劑,需一臺混合制冷國已計劃從國外進口一部分LNG。因此,今后我國的LNG工業(yè)也將會壓縮機?；旌现评鋭┑慕M成根據原料氣組成、壓力以及系統(tǒng)的物料平衡和熱量有較大發(fā)展衡算而定,系統(tǒng)所需換熱器的數量及設計參數主要根據天然氣的冷卻曲線來確2天然氣液化工藝技術定。一般情況下,換熱器的總冷卻曲線(指液化天然氣與混合制冷劑冷卻21天然氣液化技術的總和)與制冷劑的蒸發(fā)曲線之間儒需保持小于2-3℃的溫差。這種制冷循環(huán)所天然氣液化是一個低溫過程。迄今為止,在天然氣液化技術領域中成熟的需機器、設備較少,控制、維護容易,但其能耗較高,并且不宜用于含甲烷較液化工藝有:節(jié)流制冷循環(huán),膨脹機制冷循環(huán),階式制冷循環(huán),混合冷劑制冷高、其它組分又不易得到的天然氣的液化循環(huán)和帶預冷的混合冷劑制冷循環(huán)。當代基地型LNG工廠主要采用后2種液如果液化裝置的處理能力不大(20-50x103m3d),則各種制冷循環(huán)都可化工藝。在天然氣液化過程中廣泛應用液體蒸發(fā)和氣體膨脹來實現制冷。目前采用;而對于所生產的液化天然氣是供海運的大型液化裝置(.5-5x106m3d多釆用蒸氣壓縮式制冷,蒸氣壓縮制冷也稱作機械壓縮制冷或簡稱壓縮制冷只能采用純制冷劑或多組分制冷劑的階式蒸發(fā)制冷循環(huán),這主要是因為階式蒸是天然氣液化過程中最常采用的制冷方法之發(fā)制冷循環(huán)盡管從工藝角度上講是復雜的,但與其它所有的制冷循環(huán)相比,動2.1.1壓縮制冷循環(huán)熱力學分析力費用卻是最低的為了制冷,可以選擇一種沸點低于環(huán)境溫度的液體使其蒸發(fā)(即汽化例如,選用液態(tài)丙烷在蒸發(fā)器內于常壓下汽化,則可獲得大約-40℃的低溫。參考文獻在蒸發(fā)器中液態(tài)丙烷被待冷卻的工藝流體(如天然氣)加熱汽化,而工藝流體1朱剛,顧安忠液化天然氣工廠建設的投資分析,天然氣與石油.199:17(3)則被冷凍降溫。然后,將汽化的丙烷壓縮到一定壓力,經冷卻使其冷凝,泠凝②2鄭大振液化天然氣(NLG)在燃料工業(yè)中競爭的優(yōu)劣勢天然氣工業(yè),1995;后的丙烷再膨脹到常壓下汽化,由此構成由壓縮、冷凝、膨脹、蒸發(fā)組成的單5(1)級膨脹的壓縮制冷循環(huán)3龍澤智我國液化天然氣工業(yè)的現狀及其發(fā)展動向,天然氣工業(yè),1994;14(3)22.1制冷循環(huán)22.1.1復迭式制冷循環(huán)作者簡介中國煤化工學院石油與天然氣工程復迭式制冷循環(huán)又稱逐級制冷循環(huán)或階式制冷循環(huán)。該循環(huán)由若干個在不專業(yè)。TYHCNMHG080