淺析一種新型天然氣液化裝置

1、淺析一種新型天然氣液化裝置論文導(dǎo)讀：天然氣的主要成分是甲烷CH4。利用當(dāng)?shù)靥烊粴庾孕薪ㄔO(shè)LNG生產(chǎn)裝置的工廠并不多。而本文作者曾從事天然氣液化綜合利用工程。天然氣，淺析一種新型天然氣液化裝置。關(guān)鍵詞：天然氣，天然氣液化，裝置天然氣的主要成分是甲烷CH4，將普通天然氣在常壓下，通過一定方式深冷至-162就可得到液化天然氣LNG；相對于壓縮天然氣CNG，LNG具有如下優(yōu)點：能量密度大、儲運本錢低；燃點較高，平安性好；使用潔凈，幾乎無污染。目前的LNG主要依賴進口，已建和在建的LNG接收站主要分布在沿海大型港口碼頭；而由于缺乏成熟的技術(shù)，利用當(dāng)?shù)靥烊粴庾孕薪ㄔO(shè)LNG生產(chǎn)裝置的工廠并不多。而本文作者曾

2、從事天然氣液化綜合利用工程，通過分析歸納，對一種國外進口LNG制取技術(shù)進行了解析。1、概述以建設(shè)一套調(diào)峰型LNG生產(chǎn)裝置，天然氣利用為50萬立方/天，LNG產(chǎn)量為10萬噸/年為例。工程分三大局部：LNG工藝裝置、LNG運輸、LNG相關(guān)系統(tǒng)配套，其中，LNG工藝裝置引進國外先進單循環(huán)混合制冷劑液化方式。不同于老式的級聯(lián)式液化流程，丙烷/MCR和其他混合制冷劑系統(tǒng)等復(fù)雜的制冷工藝，單一制冷系統(tǒng)的使用不但減少了設(shè)備的數(shù)量包括消耗，簡化了操作，而且控制系統(tǒng)當(dāng)中的儀表數(shù)量也減少了50%以上，從而使維護本錢更加降低。該工藝裝置主要分三大階段，一是預(yù)處理階段，主要是通過脫除酸性CO2、H2O等雜質(zhì)凈化原料天

3、然氣，二是液化別離階段，通過由N2及多分子烴類物質(zhì)等組成的混合制冷劑對已得到凈化的天然氣進行液化別離，三是冷劑的補充和儲存，LNG產(chǎn)品的儲存和運輸。2、工藝流程及設(shè)備2.1 脫碳流程：在液化之前，管道天然氣CNG中所含的水分和二氧化碳必須除掉，否那么這些組分在液化單元的低溫環(huán)境中會凍結(jié)，并堵塞設(shè)備或影響熱交換器的工作。因此整個工藝中必須包含兩道預(yù)處理步驟，以保證裝置的正常工作，即進料天然氣將以4.04.5Mpa的壓力，20的溫度從管道進入預(yù)處理工藝界區(qū)：首先經(jīng)過進料過濾別離器以祛除從管線帶來的銹渣和碎片，接著進入胺液處理區(qū)，通過在胺接觸塔內(nèi)自下而上與胺液甲基二乙醇MDEA溶液吸收劑的充分接觸，

4、天然氣中的CO2根本被胺液體所吸收掉，此時天然氣溫度已上升到40.7；再經(jīng)過冷卻器，那么進料天然氣中CO2的濃度減少到50ppmv以下，此時壓力為3.9Mpa，溫度上升至30.4。另一方面，吸收了大量CO2的飽和富胺液3.9Mpa，57.9從胺接觸塔底部流出進入閃蒸罐減壓，并于罐內(nèi)別離掉其在吸收CO2過程當(dāng)中所夾雜吸收的局部原料天然氣雜質(zhì)；經(jīng)過減壓和凈化的富胺液通過貧富胺換熱器加熱升溫至96.0進入胺汽提塔，通過在胺汽提塔內(nèi)的反響，富胺液體中的CO2被別離出來，此時，胺液0.086Mpa,120.5已得到初步再生； 下接脫水流程 胺接觸塔 及冷卻器 進料過濾 別離器 進料天然氣去除雜質(zhì)后已脫C

5、O2的進料氣4.0Mpa , 20的進料氣3.9Mpa , 30.4 入貧胺吸收罐，再經(jīng)增壓、換熱、冷卻、過濾等裝置，再次增壓至4.2Mpa 胺閃蒸罐 (對胺液減壓和除雜) 已飽和的富胺液再生的貧胺液 3.9Mpa , 57.94.2Mpa ,40.6 胺汽提塔 經(jīng)貧富胺換熱器別離CO2后的貧胺升溫至96.00.086Mpa , 120.5脫CO2流程示意圖: 上部為天然氣脫CO2主流程下部為胺液循環(huán)再生流程2.2 脫水流程：脫水工藝采用的是兩套分子篩枯燥床系統(tǒng)，以將含水量減少到1ppmv以下。具體為：經(jīng)過脫碳CO2的天然氣3.9Mpa，30.4首先進入分子篩過濾別離器以祛除上面脫碳工藝中所攜

6、帶的胺液雜質(zhì)，然后經(jīng)過兩組枯燥器專用奧比特開關(guān)閥用于控制分子篩再生從頂部進入分子篩枯燥器進行脫水，并從枯燥器底部出來，再分別通過粉塵過濾器、汞脫離器、汞脫離粉塵過濾器后準備進入液化工藝，至此，脫碳脫水完成，預(yù)處理階段結(jié)束，原料天然氣3.7Mpa, 31.0得到完全凈化。碩士論文，天然氣。當(dāng)然，在實際當(dāng)中，脫水工藝還包括分子篩的定期再生，這由奧比特開關(guān)閥來控制，詳細再生流程不再贅述，簡要步驟就是：利用少量經(jīng)過脫水后的再生氣來吸收分子篩中的飽和水分，使分子篩得到再生，而這些吸收了水分的再生氣經(jīng)過再次脫水，進入再生氣儲罐，為后續(xù)利用做準備。 上接脫碳流程 吸收了 飽和 經(jīng)過濾、汞脫離、粉塵過濾等裝置

7、，進入液化流程。 下接液化流程 水分的 再生氣 兩組奧比特開關(guān)閥和分子篩枯燥器 過濾別離器 已脫CO2去除了脫水后的天然氣胺雜質(zhì)的天然氣 3.9Mpa,的天然氣旁路 30.4引出再生氣用于枯燥器內(nèi)分子篩再生脫CO2流程示意圖: 橫向為天然氣脫水主流程縱向為分子篩定期再生2.3 液化流程：完成預(yù)處理的純潔天然氣3.7Mpa, 31.0進入液化核心工藝區(qū)，首先進入冷箱，該冷箱為進口，實際為一高效鋁制板翅型換熱器，具有高效節(jié)能的特點。通過在冷箱內(nèi)與混合制冷劑由氮氣、甲烷、乙烯和異戊烷組成的充分的熱交換，天然氣由常溫31迅速深冷至-161，并送到LNG儲罐10000立方米保存，這就是天然氣的液化工藝，

8、但實際上，該工藝的核心是冷箱內(nèi)的熱交換，但工藝的復(fù)雜程度卻表達在混合制冷劑的制備和壓縮方面。具體如下：冷劑吸收罐是液化工藝中的第一個設(shè)備，其中的制冷劑組分來源為： 甲烷：主要是用于分子篩脫水的再生氣，其被引入冷劑吸收罐；氮氣：從界區(qū)外引入，也進入冷劑吸收罐； 丙烷：卸載泵將丙烷運輸卡車內(nèi)的丙烷液體打入丙烷制備罐，在制備罐內(nèi)與工藝伴生氣CH4混合，并共同進入丙烷枯燥床，枯燥后以氣態(tài)進入冷劑吸收罐；異戊烷：工藝與丙烷相同，最后同樣以氣態(tài)進入冷劑吸收罐； 乙烯：工藝同上，但省略了卸載泵和枯燥床。回收的過量冷劑：主要是將閉式制冷循環(huán)中的多余過量制冷劑進行回收由級間冷劑泵出口旁路引出，并再次引入到冷劑吸

9、收罐中循環(huán)利用，其同樣使用進入制備罐與伴生氣混合，并經(jīng)過枯燥床吸附的工藝流程。此外，還有一局部從冷劑壓縮機一級壓縮出口引出的氣態(tài)冷劑亦進入吸收罐，主要起到吹掃的作用。至此，以上各組分共同進入冷劑吸收罐進行充分混合，從而形成了混合制冷劑氣態(tài)。顯然，冷劑吸收罐中的混合制冷劑只有從常溫氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏匾簯B(tài)時，才能進入冷箱膨脹以提供冷量，而要得到低溫液態(tài)冷劑，必須使常溫氣態(tài)冷劑經(jīng)歷一套完整的閉式制冷循環(huán)過程，即：壓縮冷凝冷卻 膨脹，并在膨脹過程中與原料氣進行熱交換，釋放出的冷量足以使原料氣迅速凝結(jié)為超低溫的液體。所以混合制冷劑首先進入冷劑壓縮機，由于天然氣的液化對制冷要求很高制冷量大、制冷溫度低，故該壓

10、縮機采用兩級壓縮，采用離心式結(jié)構(gòu)，額定排量為60000立方/小時，額定工作壓力為4.48Mpa，并由10KV高壓電機驅(qū)動。 冷劑吸收罐 從冷劑儲工藝流程經(jīng)第一級壓縮 冷劑壓縮機第一段 - 冷劑壓縮機第二段 引出的 制冷劑氣態(tài)混合的氣態(tài)制冷劑異戊烷、乙烯組成 冷卻后再入二級氣液別離器進行別離 需要指出的是：整個儲罐系統(tǒng)所用儀表及閥門如：截止閥、球閥、蝶閥也包含在內(nèi)。 容器類設(shè)備：包括閃蒸罐、胺吸收罐、胺儲罐及冷劑儲罐等二十余套罐設(shè)備。 反響器類設(shè)備：包括再生氣別離器、汞脫除器等。 冷換、熱換類設(shè)備：主要是一些冷卻器和換熱器，共三十余套，如：貧富胺換熱器、胺冷卻器、再生氣冷卻器、級間一級冷卻器、二

11、級冷凝器等。 過濾器及別離類設(shè)備：共十余套，主要包括：進氣過濾別離器，分子篩過濾別離器，貧胺過濾器、貧胺活性炭過濾器及粉塵過濾器等。工藝動設(shè)備： 制冷劑壓縮機：10KV高壓電機驅(qū)動，熱變電阻方式軟啟動，壓縮機為離心式，額定排量60000立方/小時。工作介質(zhì)：氮氣、甲烷、乙烯及異戊烷組成的混合制冷劑；操作條件：溫度165，壓力4.48Mpa 。 低壓蒸發(fā)氣壓縮機：0.4KV電機驅(qū)動，螺桿式，2000立方/小時，工作介質(zhì)：低壓蒸發(fā)氣；操作條件：溫度182，壓力2.41Mpa。 高壓蒸發(fā)氣壓縮機：0.4KV電機驅(qū)動，螺桿式，2000立方/小時，工作介質(zhì)：高壓蒸發(fā)氣；操作條件：溫度182，壓力5.17

12、Mpa。 泵：共有十余臺套，主要應(yīng)包括胺循環(huán)泵、胺增壓泵、汽提塔回流泵、胺收集泵、冷劑泵立式筒泵及一些壓縮機潤滑油泵等。碩士論文，天然氣。其它： 工藝管道：即連接各工藝裝置的大量鋼管也包括法蘭、三通、大小頭、異徑管及各式管接頭等，并且要求耐低溫、防腐、防銹，一般為無縫鋼管。 自動控制系統(tǒng)：主要包括一套DCS集散控制系統(tǒng)、冷劑壓縮機控制盤及蒸發(fā)氣壓縮機控制盤。 儀表、閥門及分析儀：包括常規(guī)一次儀表和DCS二次儀表，如溫度計、壓力表、液位計、溫度變送器、壓力變送器、流量變送器及各種控制方式的自動閥等，還包括一些特殊閥門：奧比特開關(guān)閥、深冷控制閥、焦湯控制閥、在線氣相色譜儀、在線CO2分析儀，在線水

13、分析儀、便攜式氣體分析泵、特殊不銹鋼閥門，以及大量的平安閥，共計1200多臺。 儀表散材：主要是大量的儀表控制和信號電纜，還包括電纜槽架、支架、儀表安裝材料、儀表取樣管、儀表分配盤、儀表空氣分布器、分配變壓器、總線輸送管、電源及電機控制總新、轉(zhuǎn)換器柜、交流分配盤、功率因數(shù)改良系統(tǒng)、就地控制站等。輔助設(shè)備：大致分為照明系統(tǒng)設(shè)備、通訊系統(tǒng)設(shè)備、火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)備、采暖通風(fēng)及空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備。3、原料、輔料及燃料供給該工程原料氣采用陜西省榆林市靖邊縣長慶第一天然氣凈化廠供給，輸送方式為管道輸送，接氣點壓力為4.04.5Mpa，成分中甲烷純度為95.97%，同時含由CO2雜質(zhì)2.805% ，N2為0.138

14、% ，水H2O 70ppm等。輔料為工藝中所用到的各種原料組分，其中胺液MDEA和分子篩枯燥劑為進口，消泡劑為國產(chǎn)，混合制冷劑為國產(chǎn)。公用裝置中的燃料那么由本裝置中的CH4提供。4、公用工程及輔助生產(chǎn)設(shè)施概述：該工程電源采用兩個獨立的10KV電源供電。廠區(qū)變電所采用單母線分段連接，0.4KV系統(tǒng)亦采用單母線分段接線，兩段間設(shè)母聯(lián)，當(dāng)某一段失電時母聯(lián)合上，由另一段帶負荷運行，以保證供電連續(xù)性。主要設(shè)備包括：電力變壓器一臺：SCB10-1250/10,10/0.4KV，800KVA；10KV開關(guān)柜假設(shè)干臺：KYN28A-12Z，配單元式微機保護；低壓抽出式開關(guān)柜假設(shè)干臺：MNS型。特殊裝置：10K

15、V配電設(shè)備均采用單元式微機保護裝置；各工藝段電機的聯(lián)鎖通過DCS或電氣方式實現(xiàn)；高壓電動機、45KW及以上的低壓電動機，同時包括工藝有特殊要求的電動機均裝設(shè)電流表；對于不能直接啟動的10KV大功率高壓制冷壓縮機電機采用熱變電阻軟啟動方式。另外，電力變壓器、各高壓電動機均設(shè)有功劑量，以便于考核，降低能耗。碩士論文，天然氣。碩士論文，天然氣。照明：工藝裝置的照明分為正常照明和事故照明，對于在具有爆炸危險的環(huán)境，必須采用防爆燈；對于具有腐蝕危險的環(huán)境，必須采用防腐燈；其他情況那么使用一般普通熒光燈，另外，照明電纜采用穿保護鋼管敷設(shè)。室外道路照明采用光電控制，另外，工藝主裝置、控制室、變配電室等場所均

16、設(shè)有應(yīng)急照明。防雷、防靜電及接地：所有房頂易受雷擊位均設(shè)避雷帶或避雷針，突出屋面的金屬外殼均應(yīng)與避雷帶相連；在設(shè)備、管道、構(gòu)架等設(shè)置防靜電接地裝置，以防止靜電感應(yīng)。平安接地：變壓器中性點設(shè)接地體，各場所均設(shè)平安接地裝置，并與變壓器中性點接地體相連，采用TN-S系統(tǒng)。全廠防雷接地、防靜電接地和平安接地均相連，構(gòu)成全廠接地網(wǎng)，接地電阻不大于4歐姆。對于DCS系統(tǒng)，那么要單獨接地。5、空壓站及氮氣站 全廠壓縮空氣、氮氣的質(zhì)量及用量。在整個LNG工廠內(nèi)，工藝用壓縮空氣要求無油、無水，間斷供氣；儀表空氣要求無油、無水、無塵，常壓下露點溫度為-40，并實現(xiàn)連續(xù)供氣。以上兩者總使用量為：400Nm/小時，用

17、氣壓力為0.6Mpa。全廠補充的氮氣要求純度為99.9%，露點溫度為-70，用量共50Nm/小時，用氣壓力為0.6Mpa.，為間斷供氣。 空壓站及氮氣站規(guī)模。本工程設(shè)置供氣量為800Nm/小時，供氣壓力為0.8Mpa表壓的螺桿式空壓機兩臺。 同時增加處理氣量為400Nm/小時的集裝式無熱再生吸附式枯燥裝置一套。另外，增加一套撬裝式小型制氮裝置，供氣量為60Nm/小時。6、能耗分析及節(jié)能措施本套LNG裝置采用單循環(huán)混合制冷劑液化方式。不同于老式的級聯(lián)式液化流程等復(fù)雜的制冷工藝，單一制冷系統(tǒng)的使用減少了設(shè)備的數(shù)量包括消耗，到達了節(jié)能環(huán)保的目標。第一，合理調(diào)整制冷機組的進口溫度和級間換熱器出口溫度，降低制冷機組耗電量；第二，工程采用DCS控制系統(tǒng)，換熱器、加熱爐及冷卻器等主要設(shè)備前后均設(shè)置調(diào)壓閥，使主要設(shè)備能夠根據(jù)實際情況精確控制，保證了優(yōu)化運行，從而減少了能量消耗；第三，采用先進高效板翅式換熱器作為主工藝的熱交換設(shè)備，提高工藝過程的能量交換效率；第四，再生氣加熱爐采用節(jié)能型加熱爐；第五，設(shè)備及管道布置緊湊合理，從而減少散熱損失和壓力損失；第六，設(shè)備及管道保冷，從而減少能量損失。7、結(jié)論天然氣是一種潔凈環(huán)保的優(yōu)質(zhì)能源，幾乎不含硫、粉塵和其他有害物質(zhì)，燃燒時產(chǎn)生二氧化碳少于其他石化燃料，造成溫室