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(guò)程中，常用天然氣液化流程主要包括級(jí)聯(lián)式:液化流程、混合制冷劑液化流程與帶膨脹機(jī)的液化流程，它們的制冷方式如下。 一、級(jí)聯(lián)式液化流程 由若干個(gè)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(lái)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(gè)蒸發(fā)冷凝器將這幾部分聯(lián)系起來(lái)。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(duì)于天然氣液化，多采用由丙烷、乙烯和甲烷為制冷劑的三級(jí)復(fù)疊式制冷循環(huán)。 級(jí)聯(lián)式液化流程的優(yōu)點(diǎn)主要包括： 1、逐級(jí)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，換熱面積較小； 3、制冷劑為純物質(zhì)，無(wú)配比問(wèn)題； 4、各制冷循環(huán)系統(tǒng)與天然氣液化系統(tǒng)彼此獨(dú)立，相互影響少、操作穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)、技術(shù)成熟。 級(jí)聯(lián)式液化流程的缺點(diǎn)： 1、流程復(fù)雜、所需壓縮機(jī)組或設(shè)備多，至少要有3臺(tái)壓縮機(jī)，初期投資大； 2、附屬設(shè)備多，必須有生產(chǎn)和儲(chǔ)存各種制冷劑的設(shè)備，各制冷循環(huán)系統(tǒng)不允許相互滲漏，管線(xiàn)及控制系統(tǒng)復(fù)雜，管理維修不方便； 3、對(duì)制冷劑的純度要求嚴(yán)格。 根據(jù)級(jí)聯(lián)式液化流程的以上特點(diǎn)，該流程無(wú)法滿(mǎn)足小型撬裝式LNG裝置對(duì)設(shè)備布局要求簡(jiǎn)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(guò)優(yōu)化設(shè)備的配置，級(jí)聯(lián)式液化流程可以與在基本負(fù)荷混合制冷劑廠(chǎng)中占主導(dǎo)地位的帶預(yù)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(jì)60年代末期，由級(jí)聯(lián)式制冷工藝演變而來(lái)的，多采用烴類(lèi)混合物(N2、C1、C2、C3、C4、C5)作為制冷劑，代替級(jí)聯(lián)式制冷工藝中的多個(gè)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(jí)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(kāi)式兩種混合制冷工藝。 混合制冷劑液化流程的特點(diǎn)是什么? 以C1C5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(jí)的冷凝、蒸發(fā)、節(jié)流、膨脹得到不同溫度水平的制冷量，以實(shí)現(xiàn)逐步冷卻和LNG的工藝流程稱(chēng)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(jí)聯(lián)式液化流程相比，MRC的優(yōu)點(diǎn)是： 1、機(jī)組設(shè)備少、流程簡(jiǎn)單、投資省，比經(jīng)典級(jí)聯(lián)式液化流程的投資費(fèi)用低15%20%左右；2、管理方便； 3、對(duì)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(bǔ)充。 其缺點(diǎn)是： 1、單級(jí)制冷劑的循環(huán)能耗比級(jí)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(jì)算需提供各組分可靠的平衡數(shù)據(jù)與物性參數(shù)，計(jì)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(diǎn)是混合工質(zhì)在換熱器內(nèi)的熱交換過(guò)程是一個(gè)變溫過(guò)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(shí)質(zhì)上等價(jià)于級(jí)聯(lián)式液化流程在無(wú)窮級(jí)數(shù)時(shí)的極限，而且又避免了級(jí)聯(lián)式系統(tǒng)復(fù)雜的缺點(diǎn)。MRC代表了天然氣液化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。 從以上分析可以看出，混合制冷劑液化流程由于具有設(shè)備少、流程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因此可以作為小型LNG裝置的候選流程。雖然能耗比級(jí)聯(lián)式高，但是通過(guò)合理的流程設(shè)計(jì)，可以顯著降低其能耗指標(biāo)。 三、帶膨脹機(jī)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(zhì)通過(guò)壓縮機(jī)等熵壓縮，經(jīng)冷卻器冷卻，然后在透平膨脹機(jī)內(nèi)等摘絕熱膨脹并對(duì)外做功，從而獲得低溫氣流來(lái)制取冷量。在天然氣液化過(guò)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?dú)馀蛎浿评?、氮?dú)?甲烷混合膨脹制冷、氣波制冷機(jī)-透平膨脹機(jī)聯(lián)合制冷。 帶膨脹機(jī)液化流程的制冷原理及特點(diǎn)是什么? 帶膨脹機(jī)液化流程(ExpandlerCyde)是指利用高壓制冷劑，通過(guò)透平膨脹機(jī)絕熟膨脹的克勞德循環(huán)制冷，實(shí)現(xiàn)天然氣液化的流程。其關(guān)鍵設(shè)備是透平膨脹機(jī)，它具有較高的等熵效率及膨脹功可回收的優(yōu)點(diǎn)。因此，這種流程越來(lái)越受到液化能力較小的調(diào)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(jī)液化流程制冷的基本原理是：氣體在膨脹機(jī)中膨脹降溫的同時(shí)輸出功，可用于壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)；當(dāng)進(jìn)入裝置的原料氣與離開(kāi)裝置的商品氣存在自然壓差時(shí)，液化過(guò)程將無(wú)需“從 根據(jù)制冷劑的不同，可分為氮?dú)馀蛎浺夯鞒獭⒌獨(dú)饧淄榛旌吓蛎浺夯鞒毯吞烊粴庵苯优蛎浺夯鞒? 1、天然氣直接膨脹液化流程 該流程是指直接利用氣田來(lái)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(shí)現(xiàn)天然氣液化的流程，特別適用于管線(xiàn)壓力高、實(shí)際使用壓力較低、中間需要降壓的場(chǎng)合。由于進(jìn)人膨脹機(jī)的天然氣不需要脫除C02，而只需對(duì)液化部分的原料氣進(jìn)行C02的脫除，預(yù)處理氣量大為減少。裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，儲(chǔ)罐蒸發(fā)的天然氣經(jīng)返回氣壓縮機(jī)壓縮后，回到系統(tǒng)進(jìn)行液化。該流程可省去專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存制冷劑的費(fèi)用；具有流程簡(jiǎn)單、設(shè)備緊湊、投資小、調(diào)節(jié)靈活、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。但是，該液化流程不能獲得像氮?dú)馀蛎浺夯鞒棠菢拥偷臏囟取⒀h(huán)氣量大、液化率低，且膨脹機(jī)的工作性能受原料氣壓力和組成變化的影響較大，對(duì)系統(tǒng)的安全性要求較高。 2、氮?dú)馀蛎浺夯鞒?它是直接膨脹液化流程的一種變型，氮?dú)庵评溲h(huán)回路與天然氣液化回路分開(kāi)，氧氣制冷循環(huán)為天然氣提供冷量。其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)原料氣組分變化有較大的適應(yīng)性，液化能力強(qiáng)，整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)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?dú)饧淄榛旌吓蛎浺夯鞒?它是氮膨脹液化流程的一種改進(jìn)，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(jiǎn)單、控制容易、啟動(dòng)時(shí)間短，比純氮?dú)馀蛎浿评涔?jié)省10%-20%的動(dòng)力能耗等優(yōu)點(diǎn)。 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(duì)于所生產(chǎn)的LNG是供海運(yùn)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(jí)聯(lián)式液化流程，這主要是因?yàn)榧?jí)聯(lián)式液化流程盡管從工藝上看較復(fù)雜，但與其他液化流程相比，其動(dòng)力費(fèi)用卻較低。 對(duì)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(chǎn)品組分、壓力和溫度等要求； 3、主要設(shè)備類(lèi)型及性能。 不同液化流程的運(yùn)行可靠性不僅依賴(lài)于液化流程與機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定性，而且與控制回路的復(fù)雜程度有關(guān)，無(wú)論采用何種液化流程，當(dāng)啟動(dòng)液化設(shè)備時(shí)，必須保證設(shè)備的冷卻速率在20-30C/h之間，以防止產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。然而，各種液化流程的復(fù)雜程度與流程設(shè)備數(shù)量的不同，都將引起啟動(dòng)時(shí)間的差異。因此，只有在對(duì)比分析不同液化流程的投資成本、比功耗、運(yùn)行要求以及操作靈活性的基礎(chǔ)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(zhì)及液化產(chǎn)品要求，提出多種液化流程的候選方案；其次，采用適當(dāng)?shù)膶?zhuān)業(yè)軟件對(duì)這些候選液化就程進(jìn)行模擬計(jì)算，目前，可供選擇的國(guó)外專(zhuān)業(yè)軟件主要包括HYSYS、HTFS、ASPENPLUS、PRO/B和CHEMCAD等；最后，分析和比較關(guān)鍵的流程參數(shù)，從而確定最佳的液化流程方案. 基本負(fù)荷型液化裝置常用什么液化流程 基本負(fù)荷型天然氣液化裝置的液化單元常用級(jí)聯(lián)式液化流程和混合制冷劑液化流程。20世紀(jì)60年代，最早建設(shè)的天然氣液化裝置多來(lái)用級(jí)聯(lián)式液化流程；20世紀(jì)70年代，多采用混合制冷劑液化流程；20世紀(jì)80年代后，新建與擴(kuò)建