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项目。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：①能量密度大、储运成本低；②燃点较高，安全性好；③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。而本文作者曾从事天然气液化综合利用项目，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。项目分三大部分：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，从而使维护成本更加降低。

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等杂质净化原料天然气，二是液化分离阶段，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分离，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，否则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4.0~4.5Mpa的压力，20℃的温度从管道进入预处理工艺界区：首先经过进料过滤分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，天然气中的CO2基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，则进料天然气中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，并于罐内分离掉其在吸收CO2过程当中所夹杂吸收的部分原料天然气杂质；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应，富胺液体中的CO2被分离出来，此时，胺液（0.086Mpa,120.5℃）已得到初步再生；

得到初步再生的胺液于胺汽提塔底部被贫胺吸收罐吸收，再被5.5KW电动离心泵增压至0.42Mpa后分别进入贫富胺换热器、胺液冷却器、贫胺过滤器及活性碳过滤器等，经过以上的降温和净化再生，胺液体（0.28Mpa，40.3℃）得到了完全再生，最后，其通过15KW电动循环泵加压至4.2Mpa进入胺接触塔，开始准备进行下一轮CO2的吸收工作，至此， 胺再生流程全部完成，当然，整个过程是不断循环的，并且由分布系统DCS进行自动控制，保证脱碳装置的可靠运行。硕士论文，天然气。

进料天然气去除杂质后已脱CO2的进料气

4.0Mpa , 20℃的进料气3.9Mpa , 30.4℃

已饱和的富胺液再生的贫胺液

3.9Mpa , 57.9℃4.2Mpa ,40.6℃

经贫富胺换热器分离CO2后的贫胺

升温至96.0℃0.086Mpa , 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干燥床系统，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分离器以祛除上面脱碳工艺中所携带的胺液杂质，然后经过两组干燥器专用奥比特开关阀（用于控制分子筛再生）从顶部进入分子筛干燥器进行脱水，并从干燥器底部出来，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。

吸收了 饱和

水分的 再生气

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

再生气用于干燥

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：完成预处理的纯净天然气（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，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体现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：⑴ 甲烷：来自于脱水阶段，主要是用于分子筛脱水的再生气，其被引入冷剂吸收罐；⑵氮气：从界区外引入，也进入冷剂吸收罐； ⑶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，并共同进入丙烷干燥床，干燥后以气态进入冷剂吸收罐；⑷异戊烷：工艺与丙烷相同，最后同样以气态进入冷剂吸收罐； ⑸乙烯：工艺同上，但省略了卸载泵和干燥床。⑹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，并经过干燥床吸附的工艺流程。

此外，还有一部分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。

从冷剂储工艺流程经第一级压缩

引出的 制冷剂气态混合的气态制冷剂

由甲烷、氮气、丙烷、制冷剂1.54Mpa126.5℃

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