天然氣液化技術(shù)介紹

1、天然氣液化技術(shù)介紹1.概述天然氣液化，一般包括天然氣凈化和天然氣液化兩個(gè)過(guò)程。常壓下，甲烷液化需要降低溫度到-162X,為此必須脫除天然氣中的硫化氫、 二氧化碳、重?zé)N、水和汞等腐蝕介質(zhì)和在低溫過(guò)程中會(huì)使設(shè)備和管道凍堵的雜質(zhì)， 然后進(jìn)入循環(huán)制冷系統(tǒng)，逐級(jí)冷凝分高丁烷、丙烷和乙烷，得到液化天然氣產(chǎn)品。2沃然氣的凈化液化天然氣工程的原料氣來(lái)自油氣田生產(chǎn)的天然氣，凝析氣或油田伴生氣，其不 同程度的含有硫化氫、二氧化碳、重?zé)N、水和汞等雜質(zhì)，在液化前必須進(jìn)行預(yù)處理， 以避免在液化過(guò)程中由于二氧化碳重?zé)N、水等的存在而產(chǎn)生凍結(jié)堵塞設(shè)備及管道。表3-1列出了 LNG生產(chǎn)要求原料氣中最大允許雜質(zhì)的含量。表3-1雜

2、質(zhì)組分允許含量雜質(zhì)組分允許含量h2o co2 h2s COS0. 1x10-6 (50 100) X10-6 3.5mg/m3 0. 1X10-6總硫汞芳烴類C+10 50mg/m3 0. 01mg/m3 (1 10)x10-6 70mmg/m31）酸性氣體脫除天然氣中常見的酸性氣體：H2S（硫化氫）、CO2（二氧化碳）、COS （羰基）危害： H2S微量會(huì)對(duì)人的眼睛鼻喉有刺激性，若體積百分?jǐn)?shù)達(dá)到0.6%的空氣中停留2分 鐘，危及生命；酸性氣體對(duì)管道設(shè)備腐蝕； 酸性氣體的臨界溫度較高，在降溫下容易析出固體，堵塞設(shè)備管道； CO2不會(huì)燃燒，無(wú)熱值，若參與氣體處理和運(yùn)輸不經(jīng)濟(jì).方法:化學(xué)吸收法，物

3、理吸收法，化學(xué)-物理吸收法，直接轉(zhuǎn)化法，膜分離法。其中以醇 胺法為主的化學(xué)吸收法和以砜胺法為代表的化學(xué)-物理吸收法是采用最多的方法。2）化學(xué)吸收法化學(xué)吸收法是以堿性溶液為吸收溶劑，與天然氣中的酸性氣體（主要H2S、CO2）反 應(yīng)生成化合物。當(dāng)吸收了酸性氣體的溶液溫度升高壓力降低時(shí)，該化合物又分解 釋放出酸性氣體?；瘜W(xué)吸收法具有代表性的是醇胺(烷醇胺)法和堿性鹽溶液法。醇胺法胺類溶劑:一乙醇胺(MEA)，二乙醇胺(DEA)，二異丙醇胺(DIPA)，二甘醇 胺(DGA)，甲基二乙醇胺(MDEA)醇胺類化合物分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是其中至少有一個(gè)羥基和一個(gè)胺基。羥基 可降低化合物的蒸氣壓，并能增加化合物在水中

4、的溶解度，可以配成水溶 液;而胺基則使化合物水溶液呈堿性，以促進(jìn)其對(duì)酸性組分的吸收。醇胺與H2S、CO2的反應(yīng)均為可逆反應(yīng)。醇胺法特別適用于酸性組分分壓低、重?zé)N含量高的天然氣脫硫。醇胺的腐蝕性較高，對(duì)設(shè)備會(huì)造成腐蝕；需要能耗高，溶劑損耗大。MEA常用于酸性組分分壓低的場(chǎng)合，屬于伯醇胺，其反應(yīng)能力，揮發(fā)度 和腐蝕性最強(qiáng)，可很容易將H2S含量降低到5mg/m3以下，但MEA既可 脫除H2S,也可脫除CO2，一般無(wú)選擇性。DEA與MEA相比，與H2S和C02的反應(yīng)熱較小，堿性和腐蝕性較弱，蒸 發(fā)損失較小，投資和操作費(fèi)用相對(duì)較低，但DEA對(duì)H2S也沒有選擇性。MDEA是叔醇胺，再生能耗低，腐蝕性小，可

5、選擇性吸收H2S。活性熱鉀法無(wú)機(jī)溶劑:加有活化劑的碳酸鉀溶液 具有代表性的是BENFIELD法和CATACARD法適合脫除C02的場(chǎng)合物理吸收法利用H2S和CO2等酸性組分與甲烷等烴類在溶劑中的溶解度不同而完成脫硫任務(wù)。工業(yè)應(yīng)用的物理溶劑有:甲醇，多乙二醇二甲醚，碳酸丙烯醋等。物理吸收法一般在高 壓，低溫下進(jìn)行，溶劑不易變質(zhì)，腐蝕性小，能脫除有機(jī)疏適合酸性氣體分壓高的天 然氣。常用的方法有:SELEX0L法(聚乙二醇二甲醚)和RECTIS0法G令甲醇)?；瘜W(xué)-物理吸收法(聯(lián)合吸收法)使用的溶劑是醇胺、物理溶劑和水的混合液； 砜胺法:烷醇胺和環(huán)丁砜；凈化程度高，能耗低，腐蝕小，可脫除有機(jī)硫化合物

6、。5）凈化方法的選擇常用的方法:醇胺法，砜胺法，熱鉀法對(duì)于酸性氣體含量低，酸氣分壓小于350KPa的原料氣，適宜采用醇胺法；砜胺法對(duì)中高酸性氣體分壓的天然氣有廣泛的應(yīng)用，而且有良好的脫除有機(jī)硫的 能力；熱鉀堿法的BENFIELD溶劑，可同時(shí)脫除H2S和CO2，該法吸收溫度高，凈化程 度好，特別適合含有大量CO2的原料氣的處理。脫水按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)入液化天然氣工廠的管輸天然氣的水露點(diǎn)，在交接點(diǎn)的壓力和 溫度條件下，應(yīng)比最低環(huán)境溫度低5。此時(shí)不滿足深冷液化的要求，為防止低溫液 化過(guò)程中產(chǎn)生水合物，堵塞設(shè)備和管道，在液化前，必須將原料氣中的水份含量降低 到小于0.1X10-6 （體積分?jǐn)?shù)）。常用的天

7、然氣脫水方法有:冷卻法、吸附法、和吸收法等。1）冷卻法天然氣中的飽和含水量取決于天然氣的溫度，壓力和組成。一般來(lái)說(shuō)，天然氣中 的飽和含水量隨壓力升高，溫度降低而減少。冷卻脫水就是利用一定的壓力下，天然 氣含水量隨溫度降低而減少的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)天然氣脫水。2）吸收法吸收法脫水是采用一種親水液體（脫水吸收劑）與天然氣逆流接觸，吸收天然氣中的 水蒸氣，從而脫除水分。常用的脫水吸收劑有甘醇和CaCL,水溶液。由于三甘醇的露點(diǎn)降可達(dá)-40C以上， 熱穩(wěn)定性好，成本低，運(yùn)行可靠，在甘醇類脫水吸收劑中應(yīng)用效果最好。3）吸附法吸附法脫水是利用吸附原理，選擇某些多孔性固體吸附劑吸附天然氣中的水蒸氣。 由于吸附脫水可

8、以達(dá)到很低的水露點(diǎn)，因此適用于深冷分離工藝要求氣體含水量很低 的場(chǎng)合。天然氣脫水常用的固體吸附劑有活性氧化鋁、硅膠和分子篩等。4）脫水方法的選擇冷卻脫水受溫度壓力限制，脫水深度受限，常作為初級(jí)脫水，由于天然氣液化原 料氣處理要求露點(diǎn)在-100。以下，很少使用。甘醇法適用于大型天然氣液化裝置中脫除原料氣所含的大部分水分。甘醇法投資 較低，連續(xù)操作，壓降較小。再生能耗小。采用汽提再生時(shí)，干千氣露點(diǎn)可降到約 60OC。但氣體含有重?zé)N時(shí)，易起泡，影響操作，增加能耗。分子篩法適用于要求千氣露點(diǎn)低的場(chǎng)合，可以使氣體中的體積分?jǐn)?shù)降低到1x10-6 以下。該法對(duì)溫度流速壓力等變化不敏感，腐蝕起泡問(wèn)題不存在，對(duì)

9、于處理量小，脫 水深度大的裝置特別適合。實(shí)際使用中，對(duì)于露點(diǎn)要求大的裝置，可以采用分段脫水，先用甘醇法除去大部 分水，再用分子篩法深度脫水到所要求的低露點(diǎn)。天然氣的液化工藝工業(yè)中，常使用機(jī)械制冷使天然氣獲得液化所必須的低溫。典型的液化制冷工藝 可以分為三種:階式(CASCADE)制；令、混合冷劑制冷、膨脹機(jī)液化。1)階式(CASCADE)制冷工藝也稱級(jí)聯(lián)式液化工藝。利用常壓沸點(diǎn)不同的冷劑逐級(jí)降低制令溫度實(shí)現(xiàn)天然氣的 液化。是20世紀(jì)六七十年代用于生產(chǎn)液化天然氣的主要工藝方法。常用的冷劑是丙烷、 乙烯、甲烷。圖3-1是階式制令原理圖。第一級(jí)丙烷制令循環(huán)為天然氣/乙烯/甲烷提供令量;第二級(jí)乙烯制令

10、循環(huán)為天然 氣/甲烷提供令量;第三級(jí)甲烷制令循環(huán)為天然氣提供令量；階式(CASCADE)制令的特點(diǎn)是蒸發(fā)溫度較高的冷劑除將令量傳給工藝氣外，還 使令量傳給蒸發(fā)溫度較低的冷劑，使其液化并過(guò)冷；分級(jí)制令可減小壓縮功耗和冷凝負(fù) 荷，在不同的溫度下為天然氣提供令量，能耗低，氣體液化率高(可達(dá)90%以上)，但 所需設(shè)備多，投資大，制令劑用量多，流程復(fù)雜。殘余氣圖3-1吩式制冷原理圖1、2. 3丙烷、乙烯甲烷壓縮機(jī)；4、5, 6丙烷、乙烯、甲烷蒸發(fā)器* 7、&, 9丙烷、乙烯、甲烷冷凝器2）混合冷劑制冷工藝混合冷劑制冷循環(huán)（MRC）M 國(guó)空氣產(chǎn)品和化學(xué)品公司于20世紀(jì)60年代末開發(fā)的一項(xiàng)專利技術(shù)?；旌侠鋭?/p>

11、由氮、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和戊烷組成利用混 合物不同沸點(diǎn)，部分冷凝的特點(diǎn)，進(jìn)行逐級(jí)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)到逐級(jí)冷卻天然氣的目的。主要由兩部分構(gòu)成:密閉的制冷系統(tǒng)和主冷箱。優(yōu)點(diǎn)：1）機(jī)組設(shè)備少，流程簡(jiǎn)單，投資省，投資費(fèi)用比經(jīng)典式（CASCADE）液化流程 約低 15%20%;2）管理方便；3）混合制冷劑可以部分或全部從天然氣本身提取與補(bǔ)充缺點(diǎn)：1）混合冷劑的合理配備困難；2）流程計(jì)算必須提供各組分可靠的平衡數(shù)據(jù)與物性參數(shù)，計(jì)算困難圖3-2混合冷劑制冷液化流程能耗高，液化率低。圖3-3天然汽膨脹液化流程圖1-冷劑壓縮機(jī)，2-冷卻器或冷凝器】3-分離器；4-冷劑泵；

12、5-冷箱；6-JT閥；7-向蒸分離器；8-LNG泵3）膨脹機(jī)液化工藝?yán)酶邏褐?令劑通過(guò)透平膨脹機(jī)絕熱膨脹的克勞德循環(huán)制;令。脫水器；脫C02塔；水冷卻器;返回器壓縮 機(jī)t5、6、7凝熱蘿袖冷器；儲(chǔ)槽；膨脹機(jī)；壓縮機(jī)三大主流液化工藝流程流程復(fù)雜、設(shè)備多、能耗低、不再單獨(dú)采用液化率低、能耗高、適用中小型LNG裝置單一混合冷制丙烷預(yù)冷混合冷劑I雙混合冷劑混合流逐級(jí)制冷系統(tǒng)簡(jiǎn)單、投溜低、適用大型LNB裝置天然氣的液化裝天然氣液化裝置可以分為基本負(fù)荷型和調(diào)峰型兩種，隨著海上油氣田的開發(fā)， 近年又出現(xiàn)了浮式液化天然氣生產(chǎn)儲(chǔ)卸裝置。天然氣液化裝置一般由預(yù)處理、液化、 儲(chǔ)存、控制及消防等系統(tǒng)組成。1)基本負(fù)

13、荷型天然氣液化裝置基本負(fù)荷型天然氣液化裝置主要用于天然氣生產(chǎn)地液化后遠(yuǎn)洋運(yùn)輸，進(jìn)行國(guó)際間的LNG貿(mào)易。其液化和儲(chǔ)存 連續(xù)運(yùn)行，裝置的能力一般在106m3/d以上。全部設(shè)施由天然氣預(yù)處理流程、液化流 程、儲(chǔ)存系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、裝卸系統(tǒng)和消防系統(tǒng)等組成，是一個(gè)龐大復(fù)雜的系統(tǒng)工程。階式制冷的基本負(fù)荷天然氣液化裝置優(yōu)點(diǎn)是能耗低，各制冷循環(huán)及天然氣液化系統(tǒng)獨(dú)立分開，相互牽制少，操作穩(wěn) 定。缺點(diǎn)是流程復(fù)雜，機(jī)組多，要有生產(chǎn)和儲(chǔ)存各種制;令劑的設(shè)備，維修不方便?；旌侠鋭┲评涞幕矩?fù)荷天然氣液化裝置與級(jí)聯(lián)式液化流程相比，該流程具有機(jī)組設(shè)備少，流程簡(jiǎn)單，投資少，操作管 理方便等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是混合冷劑各組分配比要求嚴(yán)

14、格，流程計(jì)算困難。丙烷預(yù)冷混合冷劑制冷的基本負(fù)荷天然氣液化裝置丙烷預(yù)令混合制冷液化流程(C3/MRC)，結(jié)合了階式液化流程和混合制令液化流程的 優(yōu)點(diǎn)，流程高效簡(jiǎn)單。自20世紀(jì)70年代來(lái)，這類流程在基本負(fù)荷型天然氣液化裝置 中得到了廣泛的應(yīng)用。目前世紀(jì)上80%以上的基本負(fù)荷型天然氣液化裝置采用了丙烷 預(yù)令混合制冷液化流程。液化流程主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)比較（僅供參考）比較項(xiàng)目階式液化流程閉式混合冷劑制冷液 化流程丙烷預(yù)冷混合冷劑制 冷液化流程處理氣量/ I04m3108710871087燃料氣量/ 104m3168191176進(jìn)廠總氣量/104m3 制冷壓縮機(jī)功率/KW125512871263丙烷壓縮

15、機(jī) 乙烯壓縮機(jī)58971726074281045921甲烷壓縮機(jī)200342149886混合制冷壓縮機(jī) 總功率175288200342195870換熱器總面積/m2175063302332144257翅片式換熱器641413234052153繞管式換熱器150221450214856鋼材及合金量/t 總投資/104美元998010070100502）調(diào)峰型天然氣液化裝置調(diào)峰型天然氣液化裝置中主要采用以下三種類型的液化流程:1）階式液化流程；2） 混合制;令劑液化流程;3）膨脹機(jī)液化流程天然氣的液化設(shè)備壓縮機(jī)往復(fù)式壓縮機(jī):處理量比較小（100m】min以下）軸流式壓縮機(jī):主要用于混合冷劑制令循環(huán)V離心式壓縮機(jī):大型液化裝置換熱器:繞管式換熱器、板