LNG裝置液化工藝技術(shù)研究

張歡 周姿潼 李簡（中國石油集團(tuán)工程設(shè)計有限責(zé)任公司華北分公司， 河北 任丘 062550）

LNG裝置液化工藝技術(shù)研究

張歡 周姿潼 李簡（中國石油集團(tuán)工程設(shè)計有限責(zé)任公司華北分公司， 河北 任丘 062550）

LNG液化處理前，要進(jìn)行雜質(zhì)（H2S、CO2、重?zé)N和水）脫除，一般采用較多的是醇胺法進(jìn)行酸性氣體的脫除處理，采取分子篩進(jìn)行脫水處理，液化天然氣方面主要將使用較多的兩種方案進(jìn)行對比分析，保證液化率97.2%的條件下，對比階式制冷與復(fù)迭式制冷工藝各項性能指標(biāo)，階式制冷在設(shè)備使用功率方面低于復(fù)迭式制冷，但復(fù)迭式制冷工藝在總體資金投入、回收率、收益率、技術(shù)成熟度方面占優(yōu)，而且使用的液化設(shè)備數(shù)量較少，占地面積較小，工藝流程簡單，操作方便，因此，基于綜合評價指標(biāo)以及經(jīng)濟(jì)回報方面的考慮，推薦使用復(fù)迭式制冷工藝方案。

裝置；凈化工藝；液化工藝；投資；回收期

0 引言

LNG液化處理效果受到天然氣雜質(zhì)的影響，在進(jìn)行液化處理前，必須將含有的雜質(zhì)（H2S、CO2、重?zé)N和水）脫除，這些雜質(zhì)的存在有可能造成管道、裝置內(nèi)壁產(chǎn)生結(jié)晶體，縮小流通管徑，嚴(yán)重時，酸性氣體會造成金屬設(shè)備的腐蝕，影響工藝的正常運(yùn)行。LNG技術(shù)作為一種儲存技術(shù)，在常壓與溫度-165℃下，可將625×103m天然氣體積液化處理為1×103m體積，以液態(tài)的形式進(jìn)行儲存與運(yùn)輸，大大降低了運(yùn)行與管理成本，而且在安全性方面得到大大改善。我國開始天然氣液化技術(shù)研究較晚，在對液化工廠原料氣預(yù)處理方面顯得經(jīng)驗不足，凈化裝置設(shè)備以及液化技術(shù)還有很多需要改進(jìn)的地方，因此，對液化天然氣工廠原料氣進(jìn)行深入的凈化與液化技術(shù)研究是一項重要的課題，下面主要進(jìn)行天然氣液化方面的工藝技術(shù)進(jìn)行研究，找出最為可行、液化效果最佳的工藝方案。

1 LNG處理流程

原料氣從液化天然氣工廠出來后，要進(jìn)行凈化預(yù)處理，主要是將原料氣中含有的酸性氣體（H2S、CO2）、重?zé)N與水進(jìn)行脫除，達(dá)到行業(yè)要求的標(biāo)準(zhǔn)含量，才能進(jìn)行下一環(huán)節(jié)的處理。脫除酸性氣體的方法有很多種，主要方法包括：Benfield法、醇胺法和礬股法。通過對比這三種脫除方法的優(yōu)缺點(diǎn)以及對使用條件，設(shè)計時，結(jié)合原料氣的組分、運(yùn)行壓力以及溫度來確定脫除方法［1-3］。一般采用較多的是醇胺法進(jìn)行酸性氣體的脫除處理，采取分子篩進(jìn)行脫水處理，下圖為LNG液化天然氣處理總體流程框架。

圖1 LNG處理總體流程框架

2 天然氣液化工藝

通過對原料氣凈化預(yù)處理后，確保H2S、CO2、重?zé)N和水含量達(dá)標(biāo)后，將剩余氣體導(dǎo)入液化裝置進(jìn)行液化處理，一旦H2S、CO2、重?zé)N和水含量超標(biāo)，工藝系統(tǒng)會自動識別，隨后向操作室發(fā)送報警信號，切斷剩余氣體向液化單元導(dǎo)入管線，回輸凈化單元進(jìn)行再次預(yù)處理。

2.1 復(fù)迭式制冷液化工藝

復(fù)迭式制冷液化工藝相對液化設(shè)備較為簡單［2］，以丙烷為預(yù)冷劑，氮?dú)鉃橹评鋭?，首先將凈化后的天然氣?dǎo)入冷箱，先經(jīng)過丙烷預(yù)冷劑預(yù)冷（-30℃），然后與N2制冷劑充分接觸，經(jīng)過壓縮機(jī)第一、二級增壓后膨脹制冷到-146℃，氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，降壓至0.35MPa，獲得LNG液體產(chǎn)品，隨后將液化好的LNG產(chǎn)品進(jìn)行儲存與裝車運(yùn)輸。

圖2 復(fù)迭式制冷液化流程

2.2 階式制冷液化工藝

圖3 階式制冷液化流程

階式制冷液化工藝（CASCADE）相對復(fù)迭式制冷液化工藝裝置和技術(shù)要求比較高，由于是國外引進(jìn)，技術(shù)操作嫻熟度較差，而且設(shè)備也需要進(jìn)口［3］。該工藝要求的制冷劑比較多，以丙烷作為預(yù)冷劑，以乙烯或乙烷、甲烷+氮?dú)庾鳛橹评鋭?、?jīng)過多輪分級制冷得到液態(tài)LNG產(chǎn)品。操作較為繁瑣，該工藝也稱為級聯(lián)式液化工藝，通過分級制冷處理，根據(jù)壓沸點(diǎn)的不同，制冷劑逐級降低制冷溫度，減小壓縮機(jī)功率損耗以及提高冷凝效果。階式制冷液化工藝是20世紀(jì)60～70年代常用的液化天然氣方法，其優(yōu)點(diǎn)是能耗低，氣體液化率高（可達(dá)90%以上）；缺點(diǎn)是液化設(shè)備數(shù)量較多，占地面積較大，制冷劑要求較多，流程操作繁瑣，總體投資較大。

2.3 液化工藝對比分析

階式制冷與復(fù)迭式制冷工藝在保證液化率的條件下，雖然階式制冷液化工藝在設(shè)備使用功率方面低于復(fù)迭式制冷液化工藝，但復(fù)迭式制冷工藝在總體投資、回收率、收益率、技術(shù)成熟度方面占優(yōu)，而且使用的液化設(shè)備數(shù)量較少，占地面積較小，工藝流程簡單，操作方便，因此，基于綜合評價指標(biāo)以及經(jīng)濟(jì)回報方面的考慮，推薦使用復(fù)迭式制冷工藝方案。

3 結(jié)語

原料氣從液化天然氣工廠出來后，經(jīng)過凈化預(yù)處理，達(dá)標(biāo)后再進(jìn)行液化工藝處理，合理選擇凈化工藝技術(shù)以及液化工藝方案，這對獲得LNG液態(tài)產(chǎn)品品質(zhì)有著直接的關(guān)系。一旦H2S、CO2、重?zé)N和水含量超標(biāo)，工藝系統(tǒng)會自動識別，再次進(jìn)行凈化處理直到符合液化進(jìn)液標(biāo)準(zhǔn)要求。對來氣源的液化進(jìn)行各種方案的對比分析，綜合考慮合理采用技術(shù)成熟的復(fù)迭制冷液化方式，這種方式非常適合目前中國的國情，雖然在能耗上偏高，但綜合技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于階式制冷液化方式，尤其是在設(shè)備供應(yīng)和技術(shù)支持方面國內(nèi)已經(jīng)很成熟并具有自己的知識產(chǎn)權(quán)，因此，對于類似的小型的LNG工程是優(yōu)先的制冷液化方式。

［1］徐正康.我國城市天然氣的利用和發(fā)展［J］.煤氣與熱力，2001，（6）:526-529.

［2］郭揆常.液化天然氣（LNG）應(yīng)用與安全［M］.北京:中國石化出版社，2010.

［3］顧安忠，魯雪生，汪榮順，等.液化天然氣技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003:18-20.

張歡（1984- ），男，山東省棗莊市人，中級工程師，2008年畢業(yè)于石油大學(xué)（華東）化學(xué)工藝專業(yè)，主要從事油田地面建設(shè)、油氣藏地下儲氣庫及LNG液化工廠設(shè)計工作。