液化天然氣工廠

液化天然氣工廠液化天然氣工廠是將氣態(tài)天然氣經(jīng)過壓縮、凈化處理、低溫液化等工藝過程加工成液態(tài)天然氣的加工工廠。生產(chǎn)原料為氣態(tài)天然氣，由天然氣管道引入，成品為液化天然氣（LNG）。液化天然氣工廠主要分為基本負(fù)荷型、調(diào)峰型兩大類。基本負(fù)荷型液化天然氣工廠是指生產(chǎn)供當(dāng)?shù)厥褂没蛳Σ愤\(yùn)的液化天然氣的加工工廠；調(diào)峰型液化天然氣工廠是指為調(diào)峰負(fù)荷將低峰負(fù)荷時(shí)過剩的天然氣液化儲存，在高峰時(shí)或緊急情況下再氣化使用的加工工廠。液化天然氣工廠是LNG產(chǎn)業(yè)鏈的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。LNG產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)恰獥l貫穿天然氣產(chǎn)業(yè)全過程的資金龐大、技術(shù)密集的完整鏈系。LNG從生產(chǎn)到供給終端用戶是一個(gè)完整的系統(tǒng)，形成LNG產(chǎn)業(yè)鏈（如下圖所示），包括天然氣預(yù)處理、液化、儲存、運(yùn)輸、接收站、再汽化裝置等。液化天然氣工廠的生產(chǎn)規(guī)模通常為每天 5、15、30、50、100、200萬方。一般建設(shè)在氣田附近或長輸管道旁。其中，氣田附近的 LNG工廠建LNG設(shè)規(guī)模較大，產(chǎn)品通過專用車輛、船舶等進(jìn)行長途運(yùn)輸；規(guī)模較小的工廠也可建于長輸高壓輸配管線的分輸站附近，就近銷售。LNG液化天然氣工廠上游氣源來自天然氣氣田或長輸管道，下游客戶主要為LNG/L-CNG加氣站、城市燃?xì)狻⒐ど虡I(yè)用戶等，作為清潔能源被廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、居民生活、工商業(yè)等領(lǐng)域。二國內(nèi)外液化天然氣工廠狀況世界天然氣液化工作始于20世紀(jì)初，但直到20世紀(jì)40年代才建成世界上第一座工業(yè)規(guī)模的天然氣液化裝置。1964年，世界上第一座基本負(fù)荷型LNG工廠在阿爾及利亞建成投產(chǎn)。目前，世界天然氣液化技術(shù)和工藝已非常成熟。20世紀(jì)90年代初，中國科學(xué)院等單位先后為四川和吉林石化企業(yè)建成了2座LNG中試裝置，生產(chǎn)LNG的能力分別為0.3m3/h和0.5m3/h。20世紀(jì)90年代中期，長慶石油勘探局在陜北建立1座示范性LNG工廠,日處理量為3X104m3/d。20世紀(jì)90年代末，在上海浦東建造了1座日處理量為10X104m3/d的LNG工廠,主要作調(diào)峰備用氣源。該裝置是由德國燃?xì)夤咎峁┑墓に囋O(shè)計(jì)、設(shè)備供給及技術(shù)服務(wù)。截至2011年底，我國已投產(chǎn)的LNG工廠約38座，主要有新疆廣匯150萬方/天LNG工廠、鄂爾多斯星星能源100萬方/天LNG工廠以及四川達(dá)州匯鑫能源100萬方/天LNGT廠等，總產(chǎn)能達(dá)1167萬方/天；在建LNG工廠有30多座，預(yù)計(jì)未來新建產(chǎn)能約2845萬方/天；未來計(jì)劃擴(kuò)能LNG工廠14座；設(shè)計(jì)或待批準(zhǔn)LNG工廠項(xiàng)目約13座，未來規(guī)劃產(chǎn)能約1720萬方/天。液化天然氣工廠大致分為廠前區(qū)、輔助區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、儲罐區(qū)、裝車區(qū)等基本功能區(qū)。廠前區(qū)主要包括綜合辦公樓等基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)遠(yuǎn)離生產(chǎn)區(qū)及儲罐區(qū)，出入口緊挨道路，安全并對外聯(lián)系方便。輔助區(qū)有與工藝生產(chǎn)聯(lián)系緊密的控制室、循環(huán)水站、維修及倉庫、消

防泵房、消防水池及公用工程廠房、導(dǎo)熱油爐站等設(shè)施。生產(chǎn)區(qū)包括冷劑儲存區(qū)、壓縮機(jī)廠房、液化裝置區(qū)和凈化裝置區(qū)等。儲罐區(qū)主要是LNG儲罐。裝車區(qū)主要包括灌裝站、事故存液池以及計(jì)量間等等。附圖：濟(jì)寧50萬方/天液化天然氣項(xiàng)目效果圖。四、生產(chǎn)工藝液化天然氣的生產(chǎn)工藝主要包括原料天然氣的凈化處理、天然氣液化和天然氣儲存三個(gè)單元。工藝流程如下圖：1、天然氣的凈化單元天然氣的凈化處理，目的是除去低溫過程中會（因雜質(zhì)）固化而產(chǎn)生堵塞或腐蝕設(shè)備和管道的成分。這些成分包括二氧化碳、硫化氫、水、汞、重?zé)N等。（1）天然氣脫酸酸性氣體不但對人體有害，對設(shè)備管道有腐蝕作用，而且因其沸點(diǎn)較高，在降溫過程中易呈固體析出，堵塞管道。此外， CO2含量過高，會降低天然氣的熱值，故必須脫除。天然氣脫酸氣的常用方法有三種：化學(xué)吸收法、固體干燥劑吸附法、膜分離法。其中，化學(xué)吸收法分為醇胺法、熱鉀堿法、砜胺法三種方法。醇胺法利用胺為溶劑與原料氣中的酸性氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可同時(shí)脫除CO2和H2S。目前主要采用一乙醇胺（MEA）和甲基二乙醇胺（MDEA）為溶劑。當(dāng)原料氣中只含有CO2,且CO2含量較低時(shí)（CO2含量一般在1%左右），一般選擇一乙醇胺（MEA）；若原料氣中CO2含量較高（CO2含量一般1-8%），或同時(shí)含有CO2、H2S時(shí)，則選用甲基二乙醇胺（MDEA）。一乙醇胺（MEA）水溶液濃度為15-18%，甲基二乙醇胺（MDEA）水溶液濃度為50%左右。熱鉀堿法采用碳酸鉀與甲基二乙醇胺為溶劑，并加少量催化劑配成吸收溶液，可同時(shí)除去CO2和h2s。熱鉀堿法的吸收溫度較高，凈化程度好，原料氣中CO2含量高時(shí)用此法較為經(jīng)濟(jì)。砜胺法的吸收溶液是物理溶劑環(huán)丁砜、化學(xué)吸收劑二異丙醇胺加少量的水組成，通過物理與化學(xué)作用選擇性地同時(shí)吸收原料氣中的CO2和h2s，然后在常壓或稍高于常壓下將溶液加熱再生以供循環(huán)使用。對于低溫裝置，經(jīng)環(huán)丁砜洗滌后的天然氣還要經(jīng)過吸附處理，以達(dá)到低溫裝置對CO2和H2S的要求，該法工藝復(fù)雜，投資大。當(dāng)天然氣中酸性氣分壓較高，且 CO2比H2S濃度低時(shí)，此法較經(jīng)濟(jì)。固體干燥劑吸附法是用分子篩吸附原料氣中的CO2，該法需要兩個(gè)吸附塔切換使用，適用于CO2含量很低的原料氣，對于CO2含量很高的原料氣，其設(shè)備投資和操作費(fèi)用高、熱量消耗大。膜分離法適用于酸性氣含量很高的原料氣（＞20%），其特點(diǎn)是原料氣中酸性氣含量越高，經(jīng)濟(jì)上越有利。（2）天然氣脫水若天然氣中含有水分，則在液化裝置中，水在低于零度時(shí)將以冰或霜的形式凍結(jié)在換熱器的表面和節(jié)流閥的工作部分。另外，天然氣和水會形成天然氣水合物，它是半穩(wěn)定的固態(tài)混合物，可以在零度以上形成，它不僅可能導(dǎo)致管線堵塞，也可造成噴嘴和分離設(shè)備的堵塞。為了避免天然氣中由于水的存在造成堵塞現(xiàn)象，通常須在高于水合物形成溫度時(shí)就將原料氣中的游離水脫除，使其露點(diǎn)達(dá)到-100°C以下。常用的天然氣脫水方法有冷卻法、吸收法和吸附法等。冷卻脫水是利用當(dāng)壓力不變時(shí)，天然氣的飽和含水量隨溫度降低而減少的原理實(shí)現(xiàn)天然氣脫水。此法只適用于大量水分的粗分離。通常用冷卻法脫除水分的過程中，還會脫除部分重?zé)N。吸收脫水是用吸濕性液體(或活性固體)吸收的方法脫除氣流中的水蒸氣。三甘醇脫水由于露點(diǎn)降大和運(yùn)行可靠，在各類甘醇類化合物中其經(jīng)濟(jì)效益最好，因而國外廣為采用。我國主要使用二甘醇或三甘醇作脫水吸收劑，在三甘醇脫水吸收劑和固體脫水吸附劑兩者脫水都能滿足露點(diǎn)降的要求時(shí)，采用三甘醇脫水經(jīng)濟(jì)效益更好。冷卻法和吸收法脫水深度較低，不能用于深冷裝置，因此天然氣液化脫水大多采取吸附法。吸附法常用的吸附劑是活性氧化鋁、硅膠及分子篩三大類。分子篩是一種天然或人工合成的沸石型硅鋁酸鹽，天然分子篩也稱沸石，人工合成的則多稱分子篩。要用分子篩脫水，選擇4A分子篩是比較合適的，可以吸附CO2和H2S等雜質(zhì)，但不吸附重?zé)N，是優(yōu)良的水吸附劑。分子篩的主要缺點(diǎn)是當(dāng)有油滴或醇類等化學(xué)品帶入時(shí)，會使分子篩變質(zhì)惡化；再生時(shí)耗熱高。天然氣脫汞汞蒸氣會導(dǎo)致鋁熱交換器和管道產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕。當(dāng)汞存在時(shí)，鋁會與水反應(yīng)生成白色粉末狀的腐蝕產(chǎn)物，嚴(yán)重破壞鋁的性質(zhì)。極微量的汞含量足以給鋁制設(shè)備帶來嚴(yán)重的破壞，而且汞還會造成環(huán)境污染，以及在檢修過程中對人員的危害，所以汞含量如超標(biāo)就必須脫除。目前，脫汞工藝主要采用專用脫汞劑吸收汞，即用分子篩吸附法或采用浸硫活性炭使汞與硫產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成硫化汞并吸附在活性炭上。汞的脫除可以在脫酸前，也可以在脫水后。（4）天然氣脫重?zé)N重?zé)N的脫除目前有兩種十分成熟的工藝，一種是低溫分離脫重?zé)N工藝，另一種是采用活性炭吸附脫重?zé)N工藝。雜質(zhì)凈化標(biāo)準(zhǔn)如圖所示:雜質(zhì)控制指標(biāo)h2o<1ppmVCO2<50ppmVHg<0.01仇g/Nm3h2s<3.5mg/Nm3（4ppmV）總S含量10~50mg/Nm3芳香烴類<10ppmV2、天然氣的液化單元天然氣的液化流程有不同的形式，按制冷方式分，可分為以下三種方式：級聯(lián)式液化流程、混合制冷劑液化流程以及帶膨脹機(jī)的液化流程。需要指出的是，這樣的劃分并不是嚴(yán)格的，通常采用的是包括了上述各種液化流程中某些部分的不同組合的復(fù)合流程。天然氣液化裝置可分為基本負(fù)荷型液化裝置、調(diào)峰型液化裝置及浮式液化天然氣生產(chǎn)儲卸裝置?；矩?fù)荷型液化裝置是指生產(chǎn)供當(dāng)?shù)厥褂没蛲膺\(yùn)的大型液化裝置。對于這種天然氣液化裝置，其液化單元常采用級聯(lián)式液化流程和混合制冷劑液化流程。調(diào)峰型液化裝置指為調(diào)峰負(fù)荷將低峰負(fù)荷時(shí)過剩的天然氣液化儲存，在高峰時(shí)或緊急情況下再氣化使用。與基本負(fù)荷型LNG裝置相比，調(diào)峰型LNG裝置是小流量的天然氣液化裝置，非常年連續(xù)運(yùn)行，生產(chǎn)規(guī)模較小，其液化能力一般為高峰負(fù)荷量的1/10左右。對于調(diào)峰型LNG裝置，其液化部分常采用帶膨脹機(jī)的液化流程和混合制冷劑液化流程。浮式液化天然氣生產(chǎn)儲卸裝置是一種新型的邊際氣田、海上氣田天然氣的液化裝置，以其投資較低、建設(shè)周期短、便于遷移等優(yōu)點(diǎn)備受青睞。級聯(lián)式液化流程也被稱為階式液化流程、復(fù)疊式液化流程或串聯(lián)蒸發(fā)冷凝液化流程，主要用于基本負(fù)荷型天然氣液化裝置?；旌现评鋭┮夯鞒蹋∕RC）是以。1至。5的碳?xì)浠衔锛癗2等五種以上的多組分混合制冷劑為工質(zhì)，進(jìn)行逐級的冷凝、蒸發(fā)、節(jié)流膨脹得到不同溫度水平的制冷量，以達(dá)到逐步冷卻和液化天然氣的目的。 MRC即達(dá)到類似級聯(lián)式液化流程的目的，又克服了其系統(tǒng)復(fù)雜的缺點(diǎn)。帶膨脹機(jī)液化流程是指利用高壓制冷劑通過透平膨脹機(jī)絕熱膨脹的克勞德循環(huán)制冷實(shí)現(xiàn)天然氣液化的流程。氣體在膨脹機(jī)中膨脹降溫的同時(shí)，能輸出功，可用于驅(qū)動(dòng)流程中的壓縮機(jī)。當(dāng)管路輸來的進(jìn)入裝置的原料氣與離開液化裝置的商品氣有“自由”壓差時(shí)，液化過程就可能不要〃從外界”加入能量，而是靠〃自由”壓差通過膨脹機(jī)制冷，使進(jìn)入裝置的天然氣液化。流程的關(guān)鍵設(shè)備是透平膨脹機(jī)。由于帶膨脹機(jī)的液化流程操作比較簡單，投資適中，特別適用于液化能力較小的調(diào)峰型天然氣液化裝置。目前，天然氣液化工藝逐步從階式制冷、氮（甲烷）膨脹制冷向混合制冷工藝