液化天然氣與壓縮天然氣

1、n概 述n天然氣液化工藝n天然氣提氦n壓縮天然氣第八章 液化天然氣與壓縮天然氣 1914年天然氣液化技術(shù)開發(fā)成功； 1942年在美國的克利夫蘭建成了世界上第一座工業(yè)規(guī)模的LNG生產(chǎn)裝置； 1959年第一艘LNG運輸船“甲烷先鋒”號跨海運輸，這是世界第一次實現(xiàn)液化天然氣跨海運輸。 1975世界天然氣液化裝置達150多套（來往于中東、西歐、日本和美國之間）。第一節(jié) 天然氣液化的發(fā)展概述 天然氣長距離輸送的缺點是阻力損失大，投資高，適合平原地區(qū)；對于地形復(fù)雜，大海阻隔地區(qū)，適用于液態(tài)運輸，因為625m3/1m3液體。因此，天然氣液化技術(shù)也是天然氣加工的主要內(nèi)容之一。一、一、天然氣液化技術(shù)發(fā)展簡史天然

2、氣液化技術(shù)發(fā)展簡史 在LNG長距離運輸方面發(fā)展十分迅速。到1993年，國際天然氣貿(mào)易量為3467.3億m3；，其中管輸天然氣量力2634.9億m3, LNG貿(mào)易量為832.4億m3(天然氣), 占總貿(mào)易量的約24。預(yù)計到2020年，世界天然氣貿(mào)易量將達到6250億m3，其中大約仍有1/3的天然氣將以LNG的方式成交。 我國從90年代開始陸續(xù)建成了幾套生產(chǎn)LNG的調(diào)峰型工業(yè)試驗裝置，為解決我國沿海一帶的能源短缺問題，計劃今后從外國進口一部分LNG。因此，今后我國的LNG工業(yè)將會有較大的發(fā)展。 據(jù)2003年最新報道，美國亞美國際投資集團與濮陽民營企業(yè)雙杰油水井技術(shù)服務(wù)有限公司將共同投資萬美元在濮陽

3、建設(shè)全國最大的液化天然氣（）生產(chǎn)基地 ，將在年內(nèi)全部完成 。項目全部建成后，其優(yōu)質(zhì)液化天然氣將極大地緩解我國中西部地區(qū)工業(yè)及民用天然氣嚴(yán)重缺乏的局面。 基本負(fù)荷型：液化能力大，貯存能力也較大。以生產(chǎn)大量LNG供應(yīng)用戶或出口為目的。 調(diào)峰型：將平時管輸來的相對富裕的天然氣液化、貯存、以供用氣高峰用。液化能力小，貯存和再汽化能力大。 終站裝置：用于大量接受由船從基本負(fù)荷型工廠運來的LNG，將其儲存和再汽化后分配給用戶，其特點是液化能力小(主要是將儲罐蒸發(fā)出天然氣再液化)。而再氣化能力及儲罐容量很大。 二、二、LNG生產(chǎn)裝置分類生產(chǎn)裝置分類第二節(jié) 天然氣液化工藝n原料氣的預(yù)處理n天然氣液化原理與工藝

4、n天然氣液化工藝中的主要設(shè)備一、原料氣的預(yù)處理一、原料氣的預(yù)處理 原料預(yù)處理 主要是為深度脫除以下組分： H2O：易生成水合物，用吸附法深度脫除； CO2：與水生成水合物或固體干冰，用胺法脫除； H2S：對設(shè)備有腐蝕作用，用胺法脫除； COS：防止與水反應(yīng)生成H2S、 CO2，也是用胺法脫除之； Hg：對鋁制換熱器有腐蝕作用，用可再生的HgSIV吸附劑脫除； N2：會增加LNG的蒸發(fā)損失，用閃蒸分離法脫除。 二、天然氣液化原理及工藝二、天然氣液化原理及工藝 1節(jié)流制冷循環(huán)節(jié)流制冷循環(huán) 依據(jù)焦耳一場姆遜效應(yīng)，使壓力氣體通過節(jié)流閥膨脹而得以冷卻并液化。這種循環(huán)的典型代表是以Linde循環(huán)。節(jié)流制冷

5、循環(huán)的優(yōu)點是設(shè)備簡單、投資少，缺點是能耗高、效率低，一般液化比率僅為12，要用于LNG需要量少，同時氣體有壓差可供利用的小型LNG裝置中。 2. 膨脹機制冷循環(huán)膨脹機制冷循環(huán) 即將高壓天然氣通過膨脹機膨脹，對外輸出功，同時使氣體自身冷卻和液化。膨脹機制冷循環(huán)由于操作比較簡單，投資適中，特別適合于液化能力較小的調(diào)峰LNG裝置 這種循環(huán)是使天然氣在多個溫度等級的制冷介質(zhì)中分別與相應(yīng)的冷劑換熱從而使其冷卻和液化。流程圖見圖6123. 3. 階式制冷循環(huán)階式制冷循環(huán) 缺點：機組多、流程復(fù)雜、冷劑用量大、需要專門生產(chǎn)和儲存各種冷劑的設(shè)備、管道和控制系統(tǒng)復(fù)雜、維修不便。因此這種循環(huán)在70年代曾廣泛使用，現(xiàn)

6、在新建的LNG裝置已基本不采用。 4. 4. 混合冷劑制冷（混合冷劑制冷（MRCMRC） 這種循環(huán)采用N2、C1C5混合物作冷劑，利用混合物部分冷凝(或部分氣化)的特點與原料氣換熱，使其冷卻和液化。在換熱過程中混合冷劑的制冷溫度與原料氣的冷卻曲線接近一致。圖103是一典型的混合冷劑制冷的天然氣液化工藝流程。 優(yōu)點：能耗低、液化率高(達90)、技術(shù)成熟、制冷循環(huán)與天然氣液化系統(tǒng)各自獨立、操作穩(wěn)定；優(yōu)點：只需一臺混合制冷劑壓縮機，流程簡單，投資比階式制冷少1520，管理方便。缺點：能耗比階式制冷高約20，混合冷劑組份的合理配比困難。 先用預(yù)冷冷劑將天然氣冷卻到一定溫度，再用混合冷劑冷卻液化，如右圖

7、所示：用丙烷按3個溫度等級先將原料冷至-40；然后兩級混合制冷將天然氣冷卻到-160。液化過程換熱溫差大大降低，埇效率較高，目前應(yīng)用廣泛。圖105為這一工藝的流程圖 5. 有冷劑預(yù)冷的混合冷劑制冷循環(huán) 這種有丙烷預(yù)冷的混合冷劑制冷循環(huán)是目前廣泛采用的種方法，其效率幾乎接近階式制冷循環(huán)，且流程簡單，因而是今后的發(fā)展力方向。80年代后期新建和擴建的裝置幾乎無例外地采用此方法(現(xiàn)占有LNG裝置的一半），此為Linde公司專利流程。 有預(yù)冷的混合冷劑循環(huán)的關(guān)鍵設(shè)備是混合冷劑壓縮機、預(yù)冷系統(tǒng)和換熱器等 以獨立的制冷系統(tǒng)(如N2或N2一CH4混合氣體膨脹制冷循環(huán)等)提供冷量，從而使天然氣冷卻液化。 優(yōu)點：

8、系統(tǒng)簡單，體積小，操作方便，對原料氣組分變化適應(yīng)性強，液化率高，原料氣預(yù)處理量少，一般用于小型LNG裝置； 缺點：能耗高。需配備氮氣供應(yīng)系統(tǒng)。 關(guān)鍵設(shè)備：氮氣壓縮機、透平膨脹機、換熱器、制氮或儲氮設(shè)備。6. 6. 以低溫制冷機為冷源的制冷循環(huán)以低溫制冷機為冷源的制冷循環(huán)三、天然氣液化工藝中的主要設(shè)備三、天然氣液化工藝中的主要設(shè)備 主要設(shè)備：壓縮機組，換熱器。共占LNG裝置總投資的80左右。 常用的壓縮機有兩類：離心式壓縮機和軸流式壓縮機。軸流式壓縮機自80年代開始用于LNG裝置，它的優(yōu)點是效率高、功率大、投資省，故目前應(yīng)用較多。大中型LNG裝置的壓縮機采用的驅(qū)動機有兩種；蒸汽輪機和燃氣輪機，后

9、者效益更好。 換熱器：繞管式(纏繞管式)換熱器、板翅式換熱器，目前多用后者。 LNG裝置的發(fā)展方向：進一步簡化工藝與設(shè)備，提高操作的靈活性，降低LNG單位能量能耗，采用高效的關(guān)鍵設(shè)備(壓縮機、膨脹機和換熱器)，減少一次性投資費用。第三節(jié) 天然氣提氦n氦的性質(zhì)與用途n天然氣中氦的含量n天然氣提氦技術(shù)及發(fā)展n林德循環(huán)提氦工藝一、氦的性質(zhì)與用途一、氦的性質(zhì)與用途 氦是稀有惰性氣體，它具有擴散性強、導(dǎo)熱性好、密度低、常壓沸點(4K)接近絕對零度且無放射性等特點。因此，氦氣被大量用于低溫超導(dǎo)、核反應(yīng)堆、航天、合成呼吸氣及特殊金屬冶煉等尖端科學(xué)及軍事領(lǐng)域。二、天然氣中氦的含量二、天然氣中氦的含量 目前，世

10、界上生產(chǎn)的氦氣主要來源于含氦天然氣，根據(jù)天然氣氦含量的多少，可將它分為富氦天然氣和貧氦天然氣兩類。將氦含量大于0.1（x）的天然氣稱為富氦天然氣；將氦含量小于0.01（x）的天然氣稱為貧氦天然氣。由丁大氣中的氦含量是5.410-6，因此，即使目前認(rèn)為無經(jīng)濟價值的貧氦天然氣，其氦含量也比大氣沖含量高兩個數(shù)量級。 我國迄今只有四川威遠氣田天然氣中含有約0.20.3（x)的氦。三、天然氣提氦技術(shù)及發(fā)展三、天然氣提氦技術(shù)及發(fā)展 從天然氣提氦工藝的發(fā)展過程來講，至今已經(jīng)歷了三個階段，即：典型的林德節(jié)流循環(huán)工藝階段、新工藝引入階段、非燃料型天然氣提氦階段。從分離原理上講，天然氣提氯方法又可分為深冷法、膜分

11、離法和變壓吸附法(PSA)等 目前，大多數(shù)天然氣提氦工藝仍采用深冷法。四、林德循環(huán)四、林德循環(huán) 提氦工藝提氦工藝氦沸點：-268.9；氮沸點：-195.8 ；甲烷沸點：161.49 第四節(jié) 壓縮天然氣nCNG用作汽車燃料的特點nCNG的生產(chǎn)及加氣站的構(gòu)成概 述 壓縮天然氣(CNG)的主要用途是作汽車燃料，故也將其稱為汽車用壓縮天然氣。隨著社會的不斷發(fā)展，在車用燃料方面，以下兩個方面的問題將日漸突出： 隨著原油資源的不斷減少，車用燃料價格將越來越貴； 空氣中60的污染來自于汽車尾氣，隨著汽車數(shù)量的增加，其尾氣排放物對城市大氣的污染越來越嚴(yán)重。 因此一直不斷探尋符合環(huán)保要求的汽車替代燃料，主要包括

12、：LPG、CNG、LNG、甲醇、電力、太陽能、氫氣等。其中CNC技術(shù)成熟、安全可靠、經(jīng)濟可行，因而發(fā)展最快。近年來，我國汽車用壓縮天氣的發(fā)展也很迅速。 與汽油相比CNG用作車用燃料有以下優(yōu)點： 研究法辛烷值高達100以上，抗爆性能強，發(fā)動機噪音降低40； CNG是氣態(tài)，它與空氣混合均勻，燃燒完全，氣缸不積炭，發(fā)動機磨損少，大修時間可延長1.5倍，提高效率10以上； 發(fā)動機排出的廢氣中，CO2減少24，CO減少97，烴類化合物減少72，NOX減少39，SO2減少90，苯、鉛含量減少100，顆粒雜質(zhì)減少41.67； 進入發(fā)動機氣缸內(nèi)的氣態(tài)天然氣，對潤滑油無沖刷稀釋作用，故可節(jié)省潤滑油； 汽車發(fā)動機的壓縮比從7增加到l012。發(fā)動機的效率可提高25 30； 燃料費僅為汽油汽車的23，維修費可降低30。一、CNG用作汽車燃料的特點二、二、CNG的生產(chǎn)及加氣站的構(gòu)成的生產(chǎn)及加氣站的構(gòu)成 生產(chǎn)CNG一般需要的工序是： 脫水，CNG的水露點應(yīng)符合我國汽車用壓縮天然氣的質(zhì)量要求或水露點為-65-76 ； 用壓縮機將天然氣壓力增加到20MPa以上。 天然氣中的CO2一般不需脫除，如H2S含量不符合要求，尚需脫硫以防腐蝕。 一個標(biāo)準(zhǔn)的CNG加氣站的構(gòu)成有：氣庫，由多個儲氣瓶組成