新型天然氣液化裝置工藝流程及設(shè)備特點(diǎn)分析

呂勝男，王師婧(陜西延長(zhǎng)石油天然氣股份有限公司，陜西 延安 716000)

0 引言

目前，在天然氣液化行業(yè)中也采用了很多新技術(shù)，并使用了很多新型天然氣液化裝置，通過(guò)這些新技術(shù)和新設(shè)備的應(yīng)用，使得天然氣的液化效率和液化質(zhì)量都得到了很大的提升。由于天然氣的需求量也在快速增長(zhǎng)，故選擇合理的天然氣液化設(shè)備，并對(duì)天然氣液化工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，可以為社會(huì)提供更多的優(yōu)質(zhì)天然氣?？傊滦吞烊粴庖夯b置對(duì)于提高天然氣的液化技術(shù)水平具有一定的價(jià)值和意義。

1 液化天然氣裝置的特點(diǎn)及現(xiàn)狀

1.1 液化天然氣的特點(diǎn)

和壓縮的天然氣相比，液化天然氣存在明顯的不同，主要特點(diǎn)包括以下三點(diǎn)：一是液化天然氣的密度會(huì)比壓縮天然氣更高，這樣就可以顯著降低天然氣在運(yùn)輸過(guò)程中所花費(fèi)的成本，并且還降低了天然氣的存儲(chǔ)成本，更有利于天然氣使用的經(jīng)濟(jì)性。二是液化天然氣比一般的壓縮天然氣，在燃燒過(guò)程中能夠釋放出更多的熱量。三是液化天然氣在燃燒過(guò)程中，對(duì)周圍環(huán)境的污染相對(duì)較低，是一種較為清潔的能源，故在社會(huì)中也得到了廣泛的應(yīng)用。

1.2 液化天然氣裝置的技術(shù)現(xiàn)狀

目前液化天然氣裝置已經(jīng)具備了一定的技術(shù)水平，但依然存在著較大的提升和改進(jìn)空間，需要對(duì)天然氣在液化過(guò)程中所涉及到的裝置性能進(jìn)行進(jìn)一步研究，使得天然氣液化裝置的運(yùn)行效率更高。在天然氣液化方式上，目前主流的工藝技術(shù)為混合制冷劑，在目前的液化技術(shù)體系中也占有重要地位。在液化工藝流程中，涉及到的流程也較為復(fù)雜，在液化系統(tǒng)中設(shè)置的參數(shù)信息會(huì)對(duì)液化天然氣的生產(chǎn)質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響。主要的液化系統(tǒng)參數(shù)信息包括系統(tǒng)的組成配比、循環(huán)參數(shù)和原料天然氣中的氣質(zhì)等，需要將這些參數(shù)信息合理設(shè)置好，保證天然氣的液化效率，同時(shí)這些參數(shù)的選擇和優(yōu)化也是天然氣液化技術(shù)領(lǐng)域中的關(guān)鍵[1]。在液化天然氣的運(yùn)輸方式上，目前我國(guó)主要采用了兩種方式：一是通過(guò)陸上管道系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)輸；二是通過(guò)船只來(lái)運(yùn)輸，這種方式一般是用來(lái)運(yùn)輸進(jìn)口的天然氣。為了提高天然氣的使用效率，需要對(duì)其具體的制備流程進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化，本文對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)分析和研究。

2 新型天然氣液化裝置工藝流程

2.1 天然氣液化裝置的工藝環(huán)節(jié)分析

在天然氣液化過(guò)程中，采用的液化方式可以為單循環(huán)的混合制冷劑，這種方式在對(duì)天然氣進(jìn)行液化時(shí)，所需要消耗的能源相對(duì)較低，并且液化的成本也不高，運(yùn)維也較為方便，所涉及到的工藝環(huán)節(jié)主要包括以下三點(diǎn)：一是預(yù)處理環(huán)節(jié)，在這個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中，主要是將原料天然氣中存在的一些二氧化碳等雜質(zhì)加以清除，并對(duì)天然氣進(jìn)行脫水。經(jīng)過(guò)預(yù)處理之后，就可以使得天然氣方便后續(xù)的液化操作。二是對(duì)天然氣的液化分離操作，天然氣完成了預(yù)處理操作步驟之后，需要采用制冷劑來(lái)進(jìn)行分離。經(jīng)過(guò)分離操作之后，可以得到所需要的液化天然氣。三是存儲(chǔ)及運(yùn)輸所制得的液化天然氣，并對(duì)使用過(guò)后的制冷劑進(jìn)行補(bǔ)充，方便后續(xù)繼續(xù)使用。單循環(huán)的混合制冷劑液化技術(shù)原理圖如圖1所示。

圖1 單循環(huán)的混合制冷劑液化技術(shù)

在單循環(huán)的混合制冷劑液化技術(shù)中，當(dāng)制冷劑在溫度較低的情況下，就可以進(jìn)行蒸發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣的液化。這種天然氣液化技術(shù)在中小型的工廠中較為實(shí)用，使得生產(chǎn)工廠具備較高的經(jīng)濟(jì)性。

2.2 天然氣液化的預(yù)處理脫水設(shè)備

在對(duì)原料天然氣的預(yù)處理工藝流程中，脫水處理是重要的環(huán)節(jié)，在進(jìn)行脫水處理之前，需要先對(duì)原料天然氣進(jìn)行脫除二氧化碳處理之后才能夠開(kāi)展。在脫水處理過(guò)程中，將天然氣通入到分離器中，使得氣體中的一些雜質(zhì)能夠過(guò)濾和清除。之后再對(duì)天然氣進(jìn)行干燥處理，當(dāng)該操作處理完畢之后就可以將天然氣再次通入到過(guò)濾器當(dāng)中，這樣就可以完成對(duì)天然氣的處理。

2.3 膨脹流程

在膨脹過(guò)程中，主要的技術(shù)原理是根據(jù)天然氣所具備的壓力進(jìn)行膨脹，經(jīng)過(guò)做功之后就可以得到相應(yīng)的冷量，實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣的液化。這種液化天然氣的方式較為方便，并且液化的流程也較為簡(jiǎn)單，比較適合應(yīng)用在調(diào)峰型的裝置中。裝置在運(yùn)行過(guò)程中也較為靈活，設(shè)備的啟動(dòng)時(shí)間也會(huì)相對(duì)較快，適應(yīng)性相對(duì)較強(qiáng)。但這種液化天然氣的方式也存在著一定的缺點(diǎn)，主要是在液化過(guò)程中對(duì)能源的消耗量相對(duì)較高，需要根據(jù)實(shí)際情況加以選用，以保證天然氣液化的效率和質(zhì)量。

2.4 混合制冷劑流程

在該流程當(dāng)中，將分烴類的混合物進(jìn)行制冷處理，并且經(jīng)過(guò)一系列的冷凝、膨脹等操作之后，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)混合物的冷卻處理。同時(shí)在該處理過(guò)程中，還涉及到了節(jié)流以及蒸發(fā)等操作，這些都是該處理環(huán)節(jié)中的重要內(nèi)容。當(dāng)天然氣經(jīng)過(guò)壓縮處理之后，就會(huì)形成高壓，并進(jìn)一步開(kāi)展預(yù)冷處理，之后再將天然氣輸入到分離器中，在此處理環(huán)節(jié)中，液相是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能夠起到降溫和降壓的重要作用。天然氣液化的循環(huán)流程如圖2所示[2]。

圖2 天然氣液化的循環(huán)流程

在該工藝流程當(dāng)中，涉及到的重要制冷設(shè)備主要是冷劑吸收罐，在制冷劑當(dāng)中，包括了甲烷、乙烯和氮?dú)獾取Ｋ蛛x出來(lái)的制冷劑經(jīng)過(guò)冷卻之后，再分離成液相和氣相。該工藝流程相對(duì)較為簡(jiǎn)單，并且天然氣液化系統(tǒng)的建設(shè)成本也相對(duì)較低。在整體結(jié)構(gòu)上，采用的是冷箱的結(jié)構(gòu)，各種類型的設(shè)備在布局上也較為緊湊，在一定程度上可以起到節(jié)約成本的作用。

3 新型天然氣液化裝置設(shè)備特點(diǎn)

3.1 新型天然氣液化裝置設(shè)備的特點(diǎn)

新型天然氣液化裝置設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，存在著明顯的特點(diǎn)，如天然氣液化設(shè)備的運(yùn)行可靠性、運(yùn)行安全性等都要求相對(duì)較高。除此之外，還存在著其他特點(diǎn)，如在混合制冷劑循環(huán)過(guò)程中，液化設(shè)備中此案有了多種不同類型的制冷劑，相互之間進(jìn)行混合配制才能發(fā)揮出相應(yīng)的作用。由于在混合制冷劑循環(huán)過(guò)程中涉及到的設(shè)計(jì)變量相對(duì)較多，如果對(duì)各種類型的制冷劑的配比沒(méi)有把握好，或者是設(shè)計(jì)參數(shù)不夠合理，都將會(huì)導(dǎo)致天然氣液化裝置的性能發(fā)生較大的改變，并直接影響液化天然氣的質(zhì)量和效率。

對(duì)于不同類型制冷劑配比的優(yōu)化，可以借助數(shù)值方法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，使得制冷劑能夠獲取到最佳的組合，并對(duì)液化循環(huán)的結(jié)構(gòu)也進(jìn)行整體優(yōu)化。通過(guò)對(duì)不同的配比方案進(jìn)行比較，從分子結(jié)構(gòu)的角度來(lái)對(duì)不同類型制冷劑進(jìn)行優(yōu)化組合，達(dá)到提高液化效率，并降低能源消耗的目的。在具體的優(yōu)化過(guò)程中，需要建立制冷劑優(yōu)化模型，并以液化循環(huán)系統(tǒng)的總能源消耗最小為優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)化變量可以選擇為液化系統(tǒng)的循環(huán)壓力、不同制冷劑的組成配比等[3]。通過(guò)借助魯棒優(yōu)化方法來(lái)對(duì)所建立的液化系統(tǒng)制冷劑優(yōu)化模型進(jìn)行求解，從而得出新型天然氣液化裝置中各種類型制冷劑的組成配比，更好地促進(jìn)天然氣液化效率的提升。

3.2 液化天然氣裝置的發(fā)展趨勢(shì)

隨著社會(huì)對(duì)液化天然氣質(zhì)量要求的提高，今后在實(shí)際天然氣液化過(guò)程中，將會(huì)對(duì)不同的液化工藝方案進(jìn)行比較，綜合選擇出最佳的液化技術(shù)方案。如可以對(duì)單循環(huán)、雙循環(huán)以及丙烷預(yù)冷混合等三種不同的天然氣液化技術(shù)方案進(jìn)行綜合分析比較，從液化系統(tǒng)投資、液化壓縮機(jī)的能源消耗、比功耗、所需要采用到的壓縮機(jī)數(shù)量等幾個(gè)方面進(jìn)行綜合比較。單循環(huán)的天然氣液化方式容易對(duì)天然氣液化的過(guò)程進(jìn)行控制和操作，并且所需要采用到的壓縮機(jī)等設(shè)備數(shù)量也相對(duì)較少，在很多液化天然氣調(diào)峰裝置中都有應(yīng)用，今后這種方式也是重要的應(yīng)用趨勢(shì)。單循環(huán)液化工藝流程如圖3所示。

圖3 單循環(huán)液化工藝流程

這種單循環(huán)液化工藝流程技術(shù)較為成熟，綜合評(píng)估液化系統(tǒng)能源消耗、液化系統(tǒng)總投資、設(shè)備的可操作性等指標(biāo)，這種液化天然氣的生產(chǎn)工藝流程具有較大的應(yīng)用前景。今后隨著液化天然氣技術(shù)的發(fā)展，以及液化天然氣裝置生產(chǎn)制造技術(shù)水平的提高，在實(shí)際的天然氣液化領(lǐng)域中將會(huì)積極引入更多的先進(jìn)天然氣液化技術(shù)，從而為社會(huì)提供更多的優(yōu)質(zhì)液化天然氣，滿足社會(huì)對(duì)液化天然氣這一能源的供應(yīng)需求，并進(jìn)一步促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)天然氣的特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析，并介紹了天然氣的液化流程及所采用設(shè)備的主要特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)液化天然氣生產(chǎn)過(guò)程中制冷劑配比的優(yōu)化方法進(jìn)行了闡述。通過(guò)采用本文所分析的天然氣液化技術(shù)，可以有效降低能源消耗，并且提高天然氣的生產(chǎn)效率，在實(shí)際生產(chǎn)中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。