常用的天然氣液化流程.doc

常用的天然氣液化流程 常用的天然氣液化流程 不同液化工藝流程，其制冷方式各不相同。在天然氣液化過程中，常用天然氣液化流程主要包括級聯(lián)式:液化流程、混合制冷劑液化流程與帶膨脹機的液化流程，它們的制冷方式如下。 一、級聯(lián)式液化流程 由若干個在不同溫度下操作的制冷循環(huán)重疊組成，其中的高、中、低溫部分分別使用高、中、低溫制冷劑。高溫部分中制冷劑的蒸發(fā)用來使低溫部分中的制冷劑冷凝，低溫部分制冷劑再蒸發(fā)輸出冷量，用幾個蒸發(fā)冷凝器將這幾部分聯(lián)系起來。蒸發(fā)冷凝器既是高溫部分的蒸發(fā)器又是低溫部分的冷凝器。對于天然氣液化，多采用由丙烷、乙烯和甲烷為制冷劑的三級復疊式制冷循環(huán)。 級聯(lián)式液化流程的優(yōu)點主要包括： 1、逐級制冷循環(huán)所需的能耗最小，也是目前天然氣液化循環(huán)中效率最高的流程。 2、與混合制冷劑循環(huán)相比，換熱面積較?。?3、制冷劑為純物質，無配比問題； 4、各制冷循環(huán)系統(tǒng)與天然氣液化系統(tǒng)彼此獨立，相互影響少、操作穩(wěn)定、適應性強、技術成熟。 級聯(lián)式液化流程的缺點： 1、流程復雜、所需壓縮機組或設備多，至少要有3臺壓縮機，初期投資大； 2、附屬設備多，必須有生產和儲存各種制冷劑的設備，各制冷循環(huán)系統(tǒng)不允許相互滲漏，管線及控制系統(tǒng)復雜，管理維修不方便； 3、對制冷劑的純度要求嚴格。 根據(jù)級聯(lián)式液化流程的以上特點，該流程無法滿足小型撬裝式LNG裝置對設備布局要求簡單緊湊的要求，因此只適用于大型裝置，常用于2X1045X104m3/d的裝置。通過優(yōu)化設備的配置，級聯(lián)式液化流程可以與在基本負荷混合制冷劑廠中占主導地位的帶預冷的混合制冷劑循環(huán)相媲美。 二、混合制冷劑液化流程 該工藝是20世紀60年代末期，由級聯(lián)式制冷工藝演變而來的，多采用烴類混合物(N2、C1、C2、C3、C4、C5)作為制冷劑，代替級聯(lián)式制冷工藝中的多個純組分，其組成根據(jù)原抖氣的組成和壓力確是，利用多組分混合物中重組分先冷凝、輕組分后冷凝的特性，將其依次冷凝、分離、節(jié)流、蒸發(fā)得到不同溫度級的冷量，又據(jù)混合制冷劑是否與原料天然氣相混合，分為閉式和開式兩種混合制冷工藝。 混合制冷劑液化流程的特點是什么? 以C1C5的碳氫化合物及N2等五種以上的多組分混合制冷劑為工質，進行逐級的冷凝、蒸發(fā)、節(jié)流、膨脹得到不同溫度水平的制冷量，以實現(xiàn)逐步冷卻和LNG的工藝流程稱之為混合制冷劑液化流程（Mixed-RefrigerantCycle，MRC），這種流程一般用于液化能力為7443X1030XI0m/d的裝置。 與級聯(lián)式液化流程相比，MRC的優(yōu)點是： 1、機組設備少、流程簡單、投資省，比經典級聯(lián)式液化流程的投資費用低15%20%左右；2、管理方便； 3、對制冷劑的純度要求不高；; 4、混合制冷劑組分可以部分或全部從天然氣本身提取與補充。 其缺點是： 1、單級制冷劑的循環(huán)能耗比級聯(lián)式液化流程高，一般高10%-20%左右； 2、混合制冷劑的合理配比難確走; 3、流程計算需提供各組分可靠的平衡數(shù)據(jù)與物性參數(shù)，計算固難。 MRC是目前最具活力和生命力的制冷工藝，其最大特點是混合工質在換熱器內的熱交換過程是一個變溫過程，能與同樣是混合組分的天然氣相匹配，因此可使冷熱流體間的換熱溫差保持較低的水平，這實質上等價于級聯(lián)式液化流程在無窮級數(shù)時的極限，而且又避免了級聯(lián)式系統(tǒng)復雜的缺點。MRC代表了天然氣液化技術的發(fā)展趨勢。 從以上分析可以看出，混合制冷劑液化流程由于具有設備少、流程簡單等優(yōu)點，因此可以作為小型LNG裝置的候選流程。雖然能耗比級聯(lián)式高，但是通過合理的流程設計，可以顯著降低其能耗指標。 三、帶膨脹機的液化流程 膨脹制冷循環(huán)多采用逆布雷頓循環(huán)(Reverse-Brayton)，在該循環(huán)中工質通過壓縮機等熵壓縮，經冷卻器冷卻，然后在透平膨脹機內等摘絕熱膨脹并對外做功，從而獲得低溫氣流來制取冷量。在天然氣液化過程中，膨脹制冷主要采用以下四種形式：天然氣直接膨脹制冷、氮氣膨脹制冷、氮氣-甲烷混合膨脹制冷、氣波制冷機-透平膨脹機聯(lián)合制冷。 帶膨脹機液化流程的制冷原理及特點是什么? 帶膨脹機液化流程(ExpandlerCyde)是指利用高壓制冷劑，通過透平膨脹機絕熟膨脹的克勞德循環(huán)制冷，實現(xiàn)天然氣液化的流程。其關鍵設備是透平膨脹機，它具有較高的等熵效率及膨脹功可回收的優(yōu)點。因此，這種流程越來越受到液化能力較小的調峰型LNG裝置的青睞，一般用于液化能力為7X10470X104m3/d的裝置。帶膨脹機液化流程制冷的基本原理是：氣體在膨脹機中膨脹降溫的同時輸出功，可用于壓縮機驅動；當進入裝置的原料氣與離開裝置的商品氣存在自然壓差時，液化過程將無需“從 根據(jù)制冷劑的不同，可分為氮氣膨脹液化流程、氮氣甲烷混合膨脹液化流程和天然氣直接膨脹液化流程. 1、天然氣直接膨脹液化流程 該流程是指直接利用氣田來的高壓天然氣，在膨脹肌中絕熱膨脹到輸送管道的壓力，從而實現(xiàn)天然氣液化的流程，特別適用于管線壓力高、實際使用壓力較低、中間需要降壓的場合。由于進人膨脹機的天然氣不需要脫除C02，而只需對液化部分的原料氣進行C02的脫除，預處理氣量大為減少。裝置正常運轉時，儲罐蒸發(fā)的天然氣經返回氣壓縮機壓縮后，回到系統(tǒng)進行液化。該流程可省去專門生產、運輸、儲存制冷劑的費用；具有流程簡單、設備緊湊、投資小、調節(jié)靈活、工作可靠等優(yōu)點。但是，該液化流程不能獲得像氮氣膨脹液化流程那樣低的溫度、循環(huán)氣量大、液化率低，且膨脹機的工作性能受原料氣壓力和組成變化的影響較大，對系統(tǒng)的安全性要求較高。 2、氮氣膨脹液化流程 它是直接膨脹液化流程的一種變型，氮氣制冷循環(huán)回路與天然氣液化回路分開，氧氣制冷循環(huán)為天然氣提供冷量。其優(yōu)點是對原料氣組分變化有較大的適應性，液化能力強，整個系統(tǒng)簡單、操作方便；但冷熱流體間的換熱溫差和換熱面積較大，能耗較高，比混合制冷劑循環(huán)高40%左右。 3、氮氣甲烷混合膨脹液化流程 它是氮膨脹液化流程的一種改進，可縮小冷端的換熱溫差。與混合制冷劑循環(huán)相比較，具有流程簡單、控制容易、啟動時間短，比純氮氣膨脹制冷節(jié)省10%-20%的動力能耗等優(yōu)點。 四、如何選擇液化裝置的液化流程 如果液化裝置的處理能力不大(2X104-5X104m3/d)，則前述液化流程都可采用；而對于所生產的LNG是供海運的大型液化裝置（1.5X106-5X106m3/d），則只能采用純制冷劑或多組分制冷劑的級聯(lián)式液化流程，這主要是因為級聯(lián)式液化流程盡管從工藝上看較復雜，但與其他液化流程相比，其動力費用卻較低。 對于液化裝置的液化流程的選擇，必須綜合考慮以下因素： 1、裝置的用途及處理能力； 2、被液化的天然氣組成、壓力以及產品組分、壓力和溫度等要求； 3、主要設備類型及性能。 不同液化流程的運行可靠性不僅依賴于液化流程與機械設備的穩(wěn)定性，而且與控制回路的復雜程度有關，無論采用何種液化流程，當啟動液化設備時，必須保證設備的冷卻速率在20-30C/h之間，以防止產生較大的熱應力。然而，各種液化流程的復雜程度與流程設備數(shù)量的不同，都將引起啟動時間的差異。因此，只有在對比分析不同液化流程的投資成本、比功耗、運行要求以及操作靈活性的基礎上，才能確定最佳的液化流程。 首先，可以根據(jù)原料氣的組成性質及液化產品要求，提出多種液化流程的候選方案；其次，采用適當?shù)膶I(yè)軟件對這些候選液化就程進行模擬計算，目前，可供選擇的國外專業(yè)軟件主要包括HYSYS、HTFS、ASPENPLUS、PRO/B和CHEMCAD等；最后，分析和比較關鍵的流程參數(shù)，從而確定最佳的液化流程方案. 基本負荷型液化裝置常用什么液化流程 基本負荷型天然氣液化裝置的液化單元常用級聯(lián)式液化流程和混合制冷劑液化流程。20世紀60年代，最早建設的天然氣液化裝置多來用級聯(lián)式液化流程；20世紀70年代，多采用混合制冷劑液化流程；20世紀80年代后，新建與擴建