LNG天然氣液化項(xiàng)目技術(shù)方案

1、LNG天然氣液化項(xiàng)目技術(shù)方案1.1技術(shù)比較天然氣液化工廠的工藝過程基本包括預(yù)處理（凈化）、液化、儲(chǔ)存、裝車及輔助系統(tǒng)等，主要工藝流程包括天然氣 凈化、液化和分離工藝。天然氣凈化工藝選擇作為原料氣的天然氣，在進(jìn)行液化前必須對(duì)其進(jìn)行徹底凈化。即除去原料氣中的酸性氣體、水分和雜質(zhì)，如H2S、CO2、H2O、Hg和芳香烴等，以免它們?cè)诘蜏叵聝鼋Y(jié)而堵塞、 腐蝕設(shè)備和管道。表1.1 -1列出了 LNG工廠原料氣預(yù)處理標(biāo) 準(zhǔn)和雜質(zhì)的最大含量。表1.1-1LNG原料氣最大允許雜質(zhì)含量雜質(zhì)含量極限依據(jù)H2Ov 1ppmVA （在不限制產(chǎn)量條件下，允 許超過溶解極限）CO250 100ppmVB （極限溶解度）H

2、2SV3.5mg/Nm3(4ppmV)C （產(chǎn)品技術(shù)要求）總含硫量1050mg/Nm3CHgV 0.01(1 g/Nm3A芳香烴類< 10ppmVA或B環(huán)烷烴總量< 10ppmVA或B從原料氣數(shù)據(jù)來看，原料氣中水、CO2、Hg和芳香烴的含量均超標(biāo)，必須進(jìn)行凈化。A ）脫CO2工藝選擇天然氣中含有的H2S和CO2統(tǒng)稱為酸性氣體，它們的存在會(huì)造成金屬腐蝕并污染環(huán)境。此外，CO2含量過咼，會(huì)降 低天然氣的熱值。因此，必須嚴(yán)格控制天然氣中酸性組分的 含量，以達(dá)到工藝和產(chǎn)品質(zhì)量的要求。用于天然氣脫除酸氣的方法有溶劑吸收法、物理吸收 法、氧化還原法和分子篩吸附法。目前普遍公認(rèn)和廣泛應(yīng)用 的溶劑

3、吸收法。它是以可逆的化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)，以堿性溶劑 為吸收劑的脫硫方法，溶劑與原料氣中的酸組分（主要是 CO2）反應(yīng)而生成化合物；吸收了酸氣的富液在升高溫度、 降低壓力的條件下又能分解而放出酸氣，從而實(shí)現(xiàn)溶劑的再 生利用。溶劑吸收法所用溶劑一般為烷醇胺類，主要有一乙醇胺（MEA ）、二乙醇胺（DEA ）、二異丙醇胺（DIPA ）、甲基二 乙醇胺（MDEA）等。本方案從適用性和經(jīng)濟(jì)性的角度考慮， 選擇甲基二乙醇胺（ MDEA ）作為脫除酸性氣體的溶劑。MDEA （ N-Methyldiethanolamine ）即 N-甲基二乙醇胺，分 子 式 為 CH3-N（CH 2CH2OH）2 ， 分 子 量

4、 119.2 ， 沸 點(diǎn)246248 C,閃點(diǎn)260 C,凝固點(diǎn)-21 C,汽化潛熱519.16kJ/kg , 能與水和醇混溶，微溶于醚。在一定條件下，對(duì)二氧化碳等 酸性氣體有很強(qiáng)的吸收能力，而且反應(yīng)熱小，解吸溫度低， 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無毒而不降解。純 MDEA 溶液與 CO2 不發(fā)生反應(yīng)，但其水溶液與 CO2 可按下式反應(yīng)：CO2 + H2O = H+ + HCO3-(1)H+ + R2NCH3 = R2NCH3H+(2)式( 1)受液膜控制，反應(yīng)速率極慢，式( 2)則為瞬間 可逆反應(yīng)，因此式( 1)為 MDEA 吸收 CO2 的控制步驟，為 加快吸收速率，在 MDEA 溶液中加入活化劑 (R

5、2/NH) 后，反 應(yīng)按下式進(jìn)行：R2/NH + CO 2 = R2/NCOOH(3)R2/NCOOH + R2NCH 3 + H2O =R2/NH + R2CH3NH+HCO 3-(4)(3)+(4) ：R2NCH3+ CO2 + H2O = R 2CH 3NH +HCO 3-(5)由式(3)(5)可知，活化劑吸收了 CO?，向液相傳 遞CO?,大大加快了反應(yīng)速度。 MDEA分子含有一個(gè)叔胺基 團(tuán)，吸收 CO2 后生成碳酸氫鹽，加熱再生時(shí)遠(yuǎn)比伯仲胺生成 的氨基甲酸鹽所需的熱量低得多。從能耗、處理規(guī)模和投資運(yùn)行成本等角度， MDEA 胺液 法是最合適的工藝，因此本方案選擇 MDEA 胺液法脫酸

6、氣。B）脫水工藝選擇天然氣中水分的存在往往會(huì)造成嚴(yán)重的后果：水分與天 然氣在一定條件下形成水合物阻塞管路，影響冷卻液化過 程；另外由于水分的存在也會(huì)造成不必要的動(dòng)力消耗；由于 天然氣液化溫度低，水的存在還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備凍堵，故必須脫 水。天然氣脫水工藝方法一般包括：低溫脫水、固體干燥劑 吸附和溶劑吸收三大類。冷凍分離主要用于避免天然氣在溫 度低時(shí)出現(xiàn)水化物，然而它所允許達(dá)到的低溫是有限的，不 能滿足天然氣液化的要求；溶劑吸收通常包括濃酸（一般是 濃磷酸等有機(jī)酸） 、甘醇（常用的是三甘醇）等，但這些方 法脫水深度較低，不能用于深冷裝置；固體干燥劑脫水法常 見的是硅膠法、分子篩法或這兩種方法的混合使用

7、 天然氣液化脫水必須采取固體吸附法，由于分子篩具有 吸附選擇能力強(qiáng)、低水汽分壓下的高吸附特性，以及同時(shí)可 以進(jìn)一步脫除殘余酸性氣體等優(yōu)點(diǎn)，因此本方案采用 4A 分 子篩作為脫水吸附劑。C）脫汞工藝選擇目前，脫汞工藝主要有兩種： 即美國(guó) UOP 公司的 HgSIV 分子篩吸附法和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。前者成本高，適用于汞含量高 的場(chǎng)合；后者運(yùn)行成本低，適用于汞含量低的場(chǎng)合。一方面， HgSIV 分子篩運(yùn)行成本很高；另一方面，本裝 置的原料氣中汞含量比較低。因此， 采用浸硫活性炭脫汞， 此種工藝本公司已有有成功的使用經(jīng)驗(yàn)。1.1.2 天然氣液化工藝選擇迄今

8、為止，在天然氣液化領(lǐng)域中成熟的液化工藝主要有 以下三種：階式制冷循環(huán)工藝、混合制冷循環(huán)工藝和膨脹機(jī) 制冷循環(huán)工藝。A ）階式制冷循環(huán)工藝階式制冷循環(huán)是用丙烷（或丙烯） 、乙烷（或乙烯） 、甲 烷（或氮?dú)猓┑戎评鋭ㄕ舭l(fā)溫度分別為-38C、-85C、-160C） 進(jìn)行的三級(jí)冷凍，使天然氣在多個(gè)溫度等級(jí)的制冷劑中與相 應(yīng)的制冷劑換熱，從而使其冷卻和液化。經(jīng)典的階式制冷循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是采用了 3 種制冷劑、 9 個(gè) 制冷溫度梯度（丙烷、乙烷、甲烷各 3 個(gè)溫度等級(jí)） ，使各 級(jí)制冷溫度與原料氣的冷卻曲線接近，減少了熵值，比能量 消耗接近于理論的熱力學(xué)效率的上限。而且該工藝操作靈 活，開停車快捷，易于初期

9、開車投產(chǎn)。但是階式制冷也存在一些缺點(diǎn)，需要三個(gè)大型循環(huán)壓縮 機(jī)，以及相當(dāng)數(shù)量的冷換設(shè)備；流程長(zhǎng)、設(shè)備多、控制復(fù)雜 等。B）混合制冷循環(huán)工藝混合制冷劑制冷循環(huán)是采用N2和C5烴類混合物作為循環(huán)制冷劑的工藝。該工藝的特點(diǎn)是在制冷循環(huán)中采用混 合制冷劑，只需要一臺(tái)壓縮機(jī)，簡(jiǎn)化了流程，降低了造價(jià)。但是從理論上講，混合冷劑的組成比例應(yīng)按照天然氣原料的組成、壓力、工藝流程而異，因此對(duì)冷劑的配比和原料氣的 氣質(zhì)要求更為嚴(yán)格，一旦確定是不容易改變的。即使能做到 這一點(diǎn)，要使整個(gè)液化過程（從常溫到 -162 C）所需的冷量 與冷劑所提供的冷量完全匹配是比較困難的，充其量只能局 部或一部分做到貼近冷卻曲線。因此混合制冷劑循環(huán)流程的 效率要比九個(gè)溫度梯度水平的階式循環(huán)流程低。既然調(diào)節(jié)混合冷劑的組成比例使整個(gè)液化過程按冷卻 曲線提供所需的冷量是困難的，那么合乎邏輯的推論是采用 折中的辦法，分段來實(shí)現(xiàn)供給所需的冷量，以期液化過程的 熵增降至最小。因而，在混合冷劑循環(huán)的基