中國(guó)化工貿(mào)易天然氣液化工藝的研究王振宇(湖北武漢長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院,湖北武漢430100)摘要:本文結(jié)合中原氣田的氣質(zhì)特點(diǎn),擬選出天然氣預(yù)處理過(guò)程中常用二套液化處理方策,通過(guò)分祈比較,最終確定采用階式制冷循環(huán)和混合冷劑制冷循環(huán)相結(jié)合的工藝處理方案關(guān)鍵詞:液化天然氣階式制冷循環(huán)混合冷劑制冷循液化天然氣( Liquefied Natural Gas即LNG)是天然氣的一種應(yīng)用形式。同低溫條件下操作的燕汽壓縮制冷循環(huán)復(fù)迭而成。在階式制冷循環(huán)系統(tǒng)中,是其一般生產(chǎn)工藝過(guò)程是將氣田開(kāi)采岀來(lái)的天然氣,采用先進(jìn)的制冷工藝,使甲用較高溫度等級(jí)制冷循環(huán)蒸發(fā)器中的冷劑來(lái)冷凝較低溫度等級(jí)制冷循環(huán)冷凝烷在常壓下冷凍至-162℃變?yōu)橐后w。由于其體積僅為原氣態(tài)時(shí)的1600,所以器中的冷劑。這種制冷系統(tǒng)可滿足-70-~-140℃制冷溫度(即蒸發(fā)溫度)的要采用LNG形式在天然氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸方面都具有十分明顯的優(yōu)越性。我國(guó)有求。階式制冷系統(tǒng)常用丙烷、乙烯(或乙烷)及甲烷作為三個(gè)溫度等級(jí)的冷劑。豐富的天然氣資源,是世界天然氣大國(guó)之一。但目前我國(guó)在液化天然氣生產(chǎn)2.2.1,2帶預(yù)冷的混合冷劑制冷循玒儲(chǔ)存技術(shù)方面所作的研究工作還很少,與發(fā)達(dá)國(guó)家還存在很大的差距。我國(guó)尚為了降低能耗,六十年代末出現(xiàn)了許多改進(jìn)型的混合冷劑制冷循環(huán)。目前無(wú)大規(guī)模LNG系統(tǒng)工程的實(shí)踐,所以深入研究天然氣液化技術(shù),對(duì)我國(guó)今后應(yīng)用最多的是采用丙烷、乙烷或氨作前級(jí)預(yù)冷的混合冷劑制冷循環(huán)。這種循環(huán)發(fā)展LNG工業(yè)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義先將天然氣預(yù)冷至238-223K,再用棍合制冷劑冷卻。這樣混合制冷劑僅需氮1.國(guó)內(nèi)外液化天然氣的發(fā)展概況甲烷、乙烷和丙烷四種組分,因而顯著地縮小了混合制冷劑的沸點(diǎn)范圍,大大1.1國(guó)外LNG工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀減少了混合制冷劑的冷卻負(fù)荷。由于在預(yù)冷段保持了單組分制冷劑階式循環(huán)的LNG工廠按使用情況一般分為基地型、調(diào)峰型、終站型、衛(wèi)星型四種類(lèi)優(yōu)點(diǎn),提高了循環(huán)的熱力效率。型。至1908年為止,在全世界8個(gè)LNG出口國(guó)中,有22座天然氣液化工廠3制冷循環(huán)的選擇其設(shè)計(jì)能力為9420萬(wàn)噸年,而且,隨著目前正在建造的5座共8系列的LNG選擇液化裝置的制冷循環(huán)和工藝流程應(yīng)根據(jù)下列條件來(lái)進(jìn)行選定:裝置的工廠的建成,LNG生產(chǎn)能力將再增加2300萬(wàn)噸/。另外,還有大量的LN用途及處理能力、被液化的天然氣的組成及其壓力以及對(duì)產(chǎn)品的要求(組分工廠正在計(jì)劃建造,設(shè)計(jì)能力超過(guò)1億噸年。自60年代起,全世界生產(chǎn)LNG壓力和溫度),此外,采用某種類(lèi)型設(shè)備的可能性對(duì)工藝流程的選擇也有一定裝置的數(shù)量與規(guī)模不斷增加,已投產(chǎn)的LNG裝置目前達(dá)160多套。其中7%的影響左右是調(diào)峰型裝置,最大的LNG工廠在馬來(lái)西亞鼓蒂,其天然氣處理能力為逐級(jí)制冷循環(huán)常由丙烷、乙烯及甲烷組成的制冷循環(huán)構(gòu)成,每一制冷循環(huán)70xl06m/d。又有幾個(gè)溫度級(jí)(溫位)。逐級(jí)制冷循環(huán)所需的能耗最小,各制冷循環(huán)系統(tǒng)與12我國(guó)LNG工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀天然氣液化系統(tǒng)是分開(kāi)的,相互影響和牽制很少,操作穩(wěn)定。但它所需的壓縮我國(guó)雖于1973年在四川建成了國(guó)內(nèi)第一個(gè)天然氣提氮工廠(可聯(lián)產(chǎn)機(jī)組及貯存制冷劑的設(shè)備較多,且各系統(tǒng)間不能有任何滲漏,管路及控制較復(fù)LNG),但總體來(lái)我國(guó)的LNG工業(yè)仍處于起步階段。在我國(guó),液化天然氣在雜,維護(hù)不方便天然氣工業(yè)中的比重幾乎為零,這無(wú)法滿足我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中對(duì)液化天然氣的需混合冷劑制冷循環(huán)以一多組分混合物為制冷劑,需一臺(tái)混合制冷國(guó)已計(jì)劃從國(guó)外進(jìn)口一部分LNG。因此,今后我國(guó)的LNG工業(yè)也將會(huì)壓縮機(jī)?；旌现评鋭┑慕M成根據(jù)原料氣組成、壓力以及系統(tǒng)的物料平衡和熱量有較大發(fā)展衡算而定,系統(tǒng)所需換熱器的數(shù)量及設(shè)計(jì)參數(shù)主要根據(jù)天然氣的冷卻曲線來(lái)確2天然氣液化工藝技術(shù)定。一般情況下,換熱器的總冷卻曲線(指液化天然氣與混合制冷劑冷卻21天然氣液化技術(shù)的總和)與制冷劑的蒸發(fā)曲線之間儒需保持小于2-3℃的溫差。這種制冷循環(huán)所天然氣液化是一個(gè)低溫過(guò)程。迄今為止,在天然氣液化技術(shù)領(lǐng)域中成熟的需機(jī)器、設(shè)備較少,控制、維護(hù)容易,但其能耗較高,并且不宜用于含甲烷較液化工藝有:節(jié)流制冷循環(huán),膨脹機(jī)制冷循環(huán),階式制冷循環(huán),混合冷劑制冷高、其它組分又不易得到的天然氣的液化循環(huán)和帶預(yù)冷的混合冷劑制冷循環(huán)。當(dāng)代基地型LNG工廠主要采用后2種液如果液化裝置的處理能力不大(20-50x103m3d),則各種制冷循環(huán)都可化工藝。在天然氣液化過(guò)程中廣泛應(yīng)用液體蒸發(fā)和氣體膨脹來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷。目前采用;而對(duì)于所生產(chǎn)的液化天然氣是供海運(yùn)的大型液化裝置(.5-5x106m3d多釆用蒸氣壓縮式制冷,蒸氣壓縮制冷也稱(chēng)作機(jī)械壓縮制冷或簡(jiǎn)稱(chēng)壓縮制冷只能采用純制冷劑或多組分制冷劑的階式蒸發(fā)制冷循環(huán),這主要是因?yàn)殡A式蒸是天然氣液化過(guò)程中最常采用的制冷方法之發(fā)制冷循環(huán)盡管從工藝角度上講是復(fù)雜的,但與其它所有的制冷循環(huán)相比,動(dòng)2.1.1壓縮制冷循環(huán)熱力學(xué)分析力費(fèi)用卻是最低的為了制冷,可以選擇一種沸點(diǎn)低于環(huán)境溫度的液體使其蒸發(fā)(即汽化例如,選用液態(tài)丙烷在蒸發(fā)器內(nèi)于常壓下汽化,則可獲得大約-40℃的低溫。參考文獻(xiàn)在蒸發(fā)器中液態(tài)丙烷被待冷卻的工藝流體(如天然氣)加熱汽化,而工藝流體1朱剛,顧安忠液化天然氣工廠建設(shè)的投資分析,天然氣與石油.199:17(3)則被冷凍降溫。然后,將汽化的丙烷壓縮到一定壓力,經(jīng)冷卻使其冷凝,泠凝②2鄭大振液化天然氣(NLG)在燃料工業(yè)中競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)劣勢(shì)天然氣工業(yè),1995;后的丙烷再膨脹到常壓下汽化,由此構(gòu)成由壓縮、冷凝、膨脹、蒸發(fā)組成的單5(1)級(jí)膨脹的壓縮制冷循環(huán)3龍澤智我國(guó)液化天然氣工業(yè)的現(xiàn)狀及其發(fā)展動(dòng)向,天然氣工業(yè),1994;14(3)22.1制冷循環(huán)22.1.1復(fù)迭式制冷循環(huán)作者簡(jiǎn)介中國(guó)煤化工學(xué)院石油與天然氣工程復(fù)迭式制冷循環(huán)又稱(chēng)逐級(jí)制冷循環(huán)或階式制冷循環(huán)。該循環(huán)由若干個(gè)在不專(zhuān)業(yè)。TYHCNMHG080