LNG液化工藝課件

1、2022-1-21LNG1液化天然氣（液化天然氣（LNGLNG）技術）技術天然氣液化技術天然氣液化技術2022-1-21LNG2 。如：如：硫化氫、二氧化碳、水分、重烴和汞等。不同類硫化氫、二氧化碳、水分、重烴和汞等。不同類型的型的LNGLNG工廠所處理的原料氣不一樣，因此處理方法和工藝工廠所處理的原料氣不一樣，因此處理方法和工藝也不盡相同。也不盡相同。1 1 天然氣的預處理天然氣的預處理2022-1-21LNG31 1.1 .1 天然氣的預處理天然氣的預處理表表2.2 2.2 最大允許雜質含量最大允許雜質含量雜質雜質含量極限含量極限依據(jù)依據(jù)H2O0.1mg/l (ppm)ACO250100m

2、g/lBH2S3.5mg/Nm3CCOS0.1mg/lC總含總含S量量1050mg/Nm3CHg0.01g/Nm3A芳香烴族芳香烴族110mg/lA或或B注：注：1.A1.A為無限時生產(chǎn)下的累積允許值；為無限時生產(chǎn)下的累積允許值；B B為溶解度限制；為溶解度限制；C C為產(chǎn)品規(guī)格。為產(chǎn)品規(guī)格。2022-1-21LNG41 1. .2 2 天然氣的脫水技術天然氣的脫水技術2022-1-21LNG5（3 3）吸附法脫水工藝流程）吸附法脫水工藝流程 吸附 再生 冷卻 1 1. .2 2 天然氣的脫水技術天然氣的脫水技術2022-1-21LNG61 1. .3 3 天然氣中酸氣的脫除天然氣中酸氣的脫除

3、酸性氣體一般是酸性氣體一般是H2S, CO2、COS與與RSH等等氣相雜質氣相雜質。脫。脫除酸性氣體常稱為除酸性氣體常稱為脫硫脫碳，或習慣上稱為，或習慣上稱為脫硫。在凈。在凈化天然氣時，可考慮同時除去化天然氣時，可考慮同時除去H2S和和CO2，因為醇胺法和，因為醇胺法和用分子篩吸附凈化中，這兩種組分可以被一起脫除。用分子篩吸附凈化中，這兩種組分可以被一起脫除。2022-1-21LNG72.3.2 脫硫方法的選擇脫硫方法的選擇 在天然氣液化裝置中，常用的凈化方法有在天然氣液化裝置中，常用的凈化方法有三種三種，即，即醇胺法、熱鉀堿法（Benfied）、）、砜胺法(Sulfinol)。 1 1. .

4、3 3 天然氣中酸氣的脫除天然氣中酸氣的脫除2022-1-21LNG8醇胺法醇胺法: :利用以胺為溶劑的水溶液，與原料天然氣中的酸利用以胺為溶劑的水溶液，與原料天然氣中的酸性氣體發(fā)生化學反應來脫除天然氣中的酸性氣體的，此法性氣體發(fā)生化學反應來脫除天然氣中的酸性氣體的，此法可同時脫除可同時脫除COCO2 2和和H H2 2S S。目前主要采用。目前主要采用一乙醇胺一乙醇胺及及二乙醇胺二乙醇胺為溶劑。為溶劑。 1 1. .3 3 天然氣中酸氣的脫除天然氣中酸氣的脫除2022-1-21LNG91 1. .3 3 天然氣中酸氣的脫除天然氣中酸氣的脫除2022-1-21LNG101 1. .4 4 其他

5、雜質的脫除其他雜質的脫除n汞汞：汞的存在會嚴重腐蝕鋁制設備。當汞（包括單質汞、汞的存在會嚴重腐蝕鋁制設備。當汞（包括單質汞、汞離子及有機汞化合物）存在時，鋁會與水反應生成白色汞離子及有機汞化合物）存在時，鋁會與水反應生成白色粉末狀的腐蝕產(chǎn)物，嚴重破壞鋁的性質。極微量的汞含量粉末狀的腐蝕產(chǎn)物，嚴重破壞鋁的性質。極微量的汞含量足以給鋁制設備帶來嚴重的破壞，而且汞還會造成環(huán)境污足以給鋁制設備帶來嚴重的破壞，而且汞還會造成環(huán)境污染，以及檢修過程中對人員的危害。所以汞的含量應受到染，以及檢修過程中對人員的危害。所以汞的含量應受到嚴格的限制。脫除汞依據(jù)的原理是汞與硫在催化反應器中嚴格的限制。脫除汞依據(jù)的原

6、理是汞與硫在催化反應器中的反應。的反應。2022-1-21LNG11n重烴重烴：指指C C5 5+ +以上的烴類，在烴類中，分子量由小到以上的烴類，在烴類中，分子量由小到大時，其沸點是由低到高變化的，所以在冷凝天然氣大時，其沸點是由低到高變化的，所以在冷凝天然氣的循環(huán)中，重烴總是先被冷凝下來。如果未把重烴先的循環(huán)中，重烴總是先被冷凝下來。如果未把重烴先分離掉，或在冷凝后分離掉，則重烴將可能凍結從而分離掉，或在冷凝后分離掉，則重烴將可能凍結從而堵塞設備。重烴在脫水時被分子篩等吸附劑部分脫除，堵塞設備。重烴在脫水時被分子篩等吸附劑部分脫除，其余的采用深冷分離。其余的采用深冷分離。1 1. .4 4

7、 其他雜質的脫除其他雜質的脫除2022-1-21LNG12nCOS：其可以被極少量水水化，形成其可以被極少量水水化，形成H H2 2S S和和COCO2 2，對設備造，對設備造成腐蝕。易與回收丙烷相混。通常與成腐蝕。易與回收丙烷相混。通常與H H2 2S S和和COCO2 2在脫酸時一在脫酸時一起脫除。起脫除。n氦氣：天然氣是氦的最主要來源，應加以分離利用。采天然氣是氦的最主要來源，應加以分離利用。采用膜分離和深冷分離相結合的方式脫除，有很高利用價值。用膜分離和深冷分離相結合的方式脫除，有很高利用價值。n氮氣：其含量的增加會使天然氣液化更困難。一般采用其含量的增加會使天然氣液化更困難。一般采用

8、最終閃蒸法從最終閃蒸法從LNGLNG中選擇性脫除。中選擇性脫除。1 1. .4 4 其他雜質的脫除其他雜質的脫除2022-1-21LNG132 2 天然氣液化技術天然氣液化技術n天然氣的主要成分是甲烷天然氣的主要成分是甲烷(CH(CH4 4) )，其，其標準沸點為標準沸點為111K(-162)111K(-162) 。n標準沸點時液態(tài)甲烷標準沸點時液態(tài)甲烷密度密度426kg/m426kg/m3 3，標準狀態(tài)時氣，標準狀態(tài)時氣態(tài)甲烷密度態(tài)甲烷密度0.717kg/m0.717kg/m3 3，兩者相差約，兩者相差約600600倍。體積的倍。體積的巨大差異是采取液化方式儲運天然氣的主要原因。巨大差異是采

9、取液化方式儲運天然氣的主要原因。2022-1-21LNG142 2 天然氣液化技術天然氣液化技術2022-1-21LNG152 2 天然氣液化工藝天然氣液化工藝 天然氣液化是一個低溫過程。原料天然氣經(jīng)凈化預天然氣液化是一個低溫過程。原料天然氣經(jīng)凈化預處理后，進入換熱器進行處理后，進入換熱器進行低溫冷凍循環(huán)低溫冷凍循環(huán)，冷卻至，冷卻至-162-162 左右就會液化。左右就會液化。 天然氣液化工藝有：天然氣液化工藝有：u節(jié)流制冷循環(huán)節(jié)流制冷循環(huán)u膨脹機制冷循環(huán)膨脹機制冷循環(huán)u階式制冷循環(huán)階式制冷循環(huán)u混合冷劑制冷循環(huán)混合冷劑制冷循環(huán)u帶預冷的混合冷劑制冷循環(huán)帶預冷的混合冷劑制冷循環(huán)2022-1-2

10、1LNG163.1.1 3.1.1 階式制冷循環(huán)階式制冷循環(huán) n階式循環(huán)階式循環(huán)2 2 天然氣液化工藝天然氣液化工藝 經(jīng)典的階式循環(huán)由三個單獨的制冷循環(huán)（丙烷、乙經(jīng)典的階式循環(huán)由三個單獨的制冷循環(huán)（丙烷、乙烯、甲烷）串接而成（烯、甲烷）串接而成（3 3個溫度水平）。為使實際級間個溫度水平）。為使實際級間操作溫度盡可能貼近原料氣的冷卻曲線，減少熵增，提操作溫度盡可能貼近原料氣的冷卻曲線，減少熵增，提高效率，用高效率，用9 9個溫度水平（丙烷段、乙烯段、甲烷段各個溫度水平（丙烷段、乙烯段、甲烷段各3 3個）代替?zhèn)€）代替3 3個溫度水平（個溫度水平（丙烷段丙烷段-38-38、乙烯段、乙烯段-85-8

11、5、甲烷段甲烷段-160-160）。天然氣）。天然氣3 3溫度水平和溫度水平和9 9溫度水平階式循溫度水平階式循環(huán)的冷卻曲線，見圖環(huán)的冷卻曲線，見圖3.3.2 2和圖和圖3.3.3 3。2022-1-21LNG172 2 天然氣液化工藝天然氣液化工藝圖圖3.3.2 2三溫度水平階式循環(huán)的冷卻曲線三溫度水平階式循環(huán)的冷卻曲線圖圖3.3.3 3九溫度水平階式循環(huán)的天然氣冷卻曲線九溫度水平階式循環(huán)的天然氣冷卻曲線2022-1-21LNG182 2 天然氣液化工藝天然氣液化工藝 階式液化流程階式液化流程也被稱為級聯(lián)式液化流程、復疊式也被稱為級聯(lián)式液化流程、復疊式液化流程或串聯(lián)蒸發(fā)冷凝液化流程。由于階式

12、循環(huán)能液化流程或串聯(lián)蒸發(fā)冷凝液化流程。由于階式循環(huán)能耗低，技術成熟，最早建成的基地型耗低，技術成熟，最早建成的基地型LNGLNG工廠采用了工廠采用了這種液化工藝。這種液化工藝。 階式液化流程分三級壓縮制冷，逐級提供冷量液階式液化流程分三級壓縮制冷，逐級提供冷量液化天然氣，各級所用的制冷劑分別為化天然氣，各級所用的制冷劑分別為丙烷丙烷( (大氣壓下大氣壓下沸點沸點-42.3)-42.3)、乙烯、乙烯( (大氣壓下沸點大氣壓下沸點-104 )-104 )、甲烷、甲烷 ( (大氣壓下沸點大氣壓下沸點-162)-162)，每個制冷劑循環(huán)中均含有三每個制冷劑循環(huán)中均含有三個換熱器。個換熱器。2022-1

13、-21LNG192 2 天然氣液化工藝天然氣液化工藝n 階式制冷原理圖階式制冷原理圖9 98 87 76 65 54 4冷卻水冷卻水LNGLNG殘余氣殘余氣天然氣天然氣1 1、2 2、33丙烷、乙烯甲烷壓縮機丙烷、乙烯甲烷壓縮機 ；4 4、5 5、66丙烷、乙烯、丙烷、乙烯、甲烷蒸發(fā)器；甲烷蒸發(fā)器；7 7、8 8、99丙烷、乙烯、甲烷冷凝器丙烷、乙烯、甲烷冷凝器2022-1-21LNG20n階式循環(huán)流程圖階式循環(huán)流程圖2 2 天然氣液化工藝天然氣液化工藝2022-1-21LNG212 2 天然氣液化工藝天然氣液化工藝n階式制冷循環(huán)優(yōu)缺點：u 優(yōu)點優(yōu)點： 能耗低，使用九階式液化，使各級制冷溫度與

14、原能耗低，使用九階式液化，使各級制冷溫度與原料氣的冷卻曲線接近，減少了熵增，比能量消耗接近于料氣的冷卻曲線接近，減少了熵增，比能量消耗接近于理論的熱力學效率上限。理論的熱力學效率上限。 制冷劑為純物質，沒有配比問題，操作穩(wěn)定。制冷劑為純物質，沒有配比問題，操作穩(wěn)定。 技術成熟，壓縮機的喘震減少。技術成熟，壓縮機的喘震減少。 2022-1-21LNG222 2 天然氣液化工藝天然氣液化工藝u 缺點：缺點： 機組多，流程復雜。需要三個大型壓縮機以及相機組多，流程復雜。需要三個大型壓縮機以及相當數(shù)量的備件。當數(shù)量的備件。 附屬設備多，要有專門生產(chǎn)和儲存多種制冷劑的附屬設備多，要有專門生產(chǎn)和儲存多種制

15、冷劑的設備。設備。 管道與控制系統(tǒng)復雜、維護不便。需要大量的管管道與控制系統(tǒng)復雜、維護不便。需要大量的管線、閥門以及控制原件和調節(jié)設備。整個系統(tǒng)的龐大與線、閥門以及控制原件和調節(jié)設備。整個系統(tǒng)的龐大與復雜使得控制系統(tǒng)比較復雜。復雜使得控制系統(tǒng)比較復雜。2022-1-21LNG233 3. .1 1. .2 2 MRCMRC是以是以C C1 1-C-C5 5的碳氫化合物及的碳氫化合物及N N2 2等五種以上的多組分等五種以上的多組分混合制冷劑為工質，進行逐級的混合制冷劑為工質，進行逐級的冷凝、蒸發(fā)、節(jié)流膨脹冷凝、蒸發(fā)、節(jié)流膨脹得到不同溫度水平的制冷量，以達到逐步冷卻和液化天得到不同溫度水平的制冷

16、量，以達到逐步冷卻和液化天然氣的目的。然氣的目的。混合制冷劑的制冷原理與純單組分制冷劑混合制冷劑的制冷原理與純單組分制冷劑的制冷原理大致相同，的制冷原理大致相同，即都是通過冷劑液體的汽化，與即都是通過冷劑液體的汽化，與被冷介質進行熱交換，使其降溫。與純組分制冷劑不同被冷介質進行熱交換，使其降溫。與純組分制冷劑不同的是，混合制冷劑產(chǎn)生的冷量是在一個連續(xù)的范圍之內(nèi)，的是，混合制冷劑產(chǎn)生的冷量是在一個連續(xù)的范圍之內(nèi)，純組分制冷劑產(chǎn)生的冷量是在一個固定的溫度上。純組分制冷劑產(chǎn)生的冷量是在一個固定的溫度上。2 2 天然氣液化工藝天然氣液化工藝2022-1-21LNG242 2 天然氣液化工藝天然氣液化工

17、藝 以混合制冷劑制冷循環(huán)為基礎的天然氣液化流程是目以混合制冷劑制冷循環(huán)為基礎的天然氣液化流程是目前應用最廣泛的液化工藝。前應用最廣泛的液化工藝。MRCMRC是目前最具代表性且應是目前最具代表性且應用最為廣泛的混合制冷劑循環(huán)工藝。用最為廣泛的混合制冷劑循環(huán)工藝。MRCMRC循環(huán)是由美國循環(huán)是由美國APCIAPCI公司于六十年代末開發(fā)成功的混合制冷劑制冷循環(huán)，公司于六十年代末開發(fā)成功的混合制冷劑制冷循環(huán)，該工藝的主要特色是該工藝的主要特色是APCIAPCI公司發(fā)明的一臺深冷的、集成公司發(fā)明的一臺深冷的、集成化的主換熱器和多組分混合制冷劑。化的主換熱器和多組分混合制冷劑。MRCMRC主換熱器是主換熱

18、器是MRCMRC制冷系統(tǒng)的核心。制冷系統(tǒng)的核心。3.1.2.1 3.1.2.1 無預冷的混合制冷劑液化流程無預冷的混合制冷劑液化流程2022-1-21LNG25典型的典型的無預冷無預冷MRCMRC流程圖流程圖2 2 天然氣液化工藝天然氣液化工藝2022-1-21LNG262 2 天然氣液化工藝天然氣液化工藝MRCMRC循環(huán)主要特點循環(huán)主要特點 由于由于MRCMRC循環(huán)采用單一的多組分制冷劑，因此只需一循環(huán)采用單一的多組分制冷劑，因此只需一臺循環(huán)壓縮機，而不像階式制冷循環(huán)那樣需要有多臺制冷臺循環(huán)壓縮機，而不像階式制冷循環(huán)那樣需要有多臺制冷壓縮機，僅此一項就使得壓縮機，僅此一項就使得MRCMRC循

19、環(huán)的設備投資大大降低。循環(huán)的設備投資大大降低。 MRCMRC循環(huán)的加熱曲線可與天然氣原料的冷卻曲線較好循環(huán)的加熱曲線可與天然氣原料的冷卻曲線較好地匹配，因此可大大減少制冷功率。地匹配，因此可大大減少制冷功率。 使用一臺集成換熱器（即使用一臺集成換熱器（即MRCMRC主換熱器），在設備費主換熱器），在設備費用和易于制造方面也具有顯著的優(yōu)勢。用和易于制造方面也具有顯著的優(yōu)勢。 利用節(jié)流閥降壓可以減少利用節(jié)流閥降壓可以減少LNGLNG產(chǎn)品的蒸發(fā)損失；采用產(chǎn)品的蒸發(fā)損失；采用制冷壓縮機的級間分離器，可減少壓縮機的操作功率。制冷壓縮機的級間分離器，可減少壓縮機的操作功率。2022-1-21LNG272

20、2 天然氣液化工藝天然氣液化工藝3.1.2.2 3.1.2.2 丙烷預冷混合冷劑制天然氣液化流程丙烷預冷混合冷劑制天然氣液化流程工藝流程工藝流程 丙烷預冷混合制冷劑循環(huán)液化天然氣流程由三部分組成：丙烷預冷混合制冷劑循環(huán)液化天然氣流程由三部分組成：u混合制冷劑循環(huán)混合制冷劑循環(huán)u丙烷預冷循環(huán)丙烷預冷循環(huán)u天然氣液化回路天然氣液化回路 在此液化流程中，丙烷預冷循環(huán)用于預冷混合制冷劑和天在此液化流程中，丙烷預冷循環(huán)用于預冷混合制冷劑和天然氣，而混合制冷劑循環(huán)用于深冷和液化天然氣。然氣，而混合制冷劑循環(huán)用于深冷和液化天然氣。 2022-1-21LNG282 2 天然氣液化工藝天然氣液化工藝APCIAP

21、CI丙烷預冷混合制冷劑液化流程丙烷預冷混合制冷劑液化流程2022-1-21LNG292 2 天然氣液化工藝天然氣液化工藝丙烷預冷混合制冷劑液化流程丙烷預冷混合制冷劑液化流程 2022-1-21LNG30丙烷預冷混合制冷劑液化流程丙烷預冷混合制冷劑液化流程 2 2 天然氣液化工藝天然氣液化工藝2022-1-21LNG313 3 LNGLNG接收終端接收終端2022-1-21LNG32LNGLNG接收終端接收終端的工藝系統(tǒng)包括：的工藝系統(tǒng)包括：LNGLNG卸船卸船工藝系統(tǒng)工藝系統(tǒng)LNGLNG儲存儲存工藝系統(tǒng)工藝系統(tǒng)LNGLNG再氣化再氣化/ /外輸外輸工藝系統(tǒng)工藝系統(tǒng)蒸發(fā)氣蒸發(fā)氣處理工藝系統(tǒng)處理工

22、藝系統(tǒng)防真空補氣防真空補氣工藝系統(tǒng)工藝系統(tǒng)火炬放空火炬放空工藝系統(tǒng)工藝系統(tǒng)3 3 LNG LNG接收終端的工藝系統(tǒng)接收終端的工藝系統(tǒng)2022-1-21LNG334 LNG儲存儲存2022-1-21LNG34LNG球形儲罐（民用燃氣氣化站，LNG汽車加注站等）4 LNG儲存儲存2022-1-21LNG35u球形LNG儲罐 低溫液體球罐的內(nèi)外罐均為球狀低溫液體球罐的內(nèi)外罐均為球狀。工作狀態(tài)下，內(nèi)罐為。工作狀態(tài)下，內(nèi)罐為內(nèi)壓力容器，外罐為真空外壓容器。夾層通常為真空粉末隔內(nèi)壓力容器，外罐為真空外壓容器。夾層通常為真空粉末隔熱。球罐的內(nèi)外球殼板在壓力容器制造廠加工成形后，在安熱。球罐的內(nèi)外球殼板在壓力

23、容器制造廠加工成形后，在安裝現(xiàn)場組裝。球殼板的成形需要專用的加工工藝保證成形，裝現(xiàn)場組裝。球殼板的成形需要專用的加工工藝保證成形，現(xiàn)場安裝難度大。球罐的使用范圍為現(xiàn)場安裝難度大。球罐的使用范圍為2002001500m1500m3 3，工作壓力，工作壓力0.20.21.0MPa1.0MPa。容積。容積200m200m3 3時，應當選用在制造廠整體制造完時，應當選用在制造廠整體制造完工后的圓筒罐產(chǎn)品出廠為宜。容積超過工后的圓筒罐產(chǎn)品出廠為宜。容積超過1500m1500m3 3，外罐的壁厚太，外罐的壁厚太厚，這時制造的最大困難是外罐而非內(nèi)罐。厚，這時制造的最大困難是外罐而非內(nèi)罐。4 LNG儲存儲存2

24、022-1-21LNG36圓柱形圓柱形LNGLNG儲罐儲罐2022-1-21LNG37 立式儲罐立式儲罐的工藝流程如圖的工藝流程如圖所示，包括：進、排液系所示，包括：進、排液系統(tǒng)；進、排氣系統(tǒng)；自增統(tǒng)；進、排氣系統(tǒng)；自增壓系統(tǒng)；吹掃置換系統(tǒng)；壓系統(tǒng)；吹掃置換系統(tǒng)；儀表控制系統(tǒng)；緊急切斷儀表控制系統(tǒng)；緊急切斷閥與氣控系統(tǒng)；安全系統(tǒng)；閥與氣控系統(tǒng)；安全系統(tǒng)；抽真空系統(tǒng)；測滿分析取抽真空系統(tǒng)；測滿分析取樣系統(tǒng)；以及易熔塞、阻樣系統(tǒng)；以及易熔塞、阻火器等安全設施?；鹌鞯劝踩O施。4 LNG儲存儲存2022-1-21LNG384 LNG儲存儲存2022-1-21LNG394 LNG儲存儲存2022-1-21LNG40u典型的典型的LNGLNG儲槽儲槽如右圖所示全封閉圍如右圖所示全封閉圍護系統(tǒng)護系統(tǒng)LNGLNG儲槽，其儲槽，其容量為容量為80000m80000m3 3。屬。屬于地上特大型儲槽。于地上特大型儲槽。多用于