天然氣液化工藝技術(shù)比較

1、<p>　　天然氣液化工藝技術(shù)比較</p><p>　　摘 要：近年來(lái)，隨著世界天然氣產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，LNG已成為國(guó)際天然氣貿(mào)易的重要部分。與十年前相比，世界LNG貿(mào)易量增長(zhǎng)了一倍，出現(xiàn)強(qiáng)勁的增長(zhǎng)勢(shì)頭。據(jù)預(yù)測(cè)，2012年國(guó)際市場(chǎng)上LNG的貿(mào)易量將占到天然氣總貿(mào)易量的36%，到2020年將達(dá)到天然氣貿(mào)易量的40%，占天然氣消費(fèi)量的15%。在熱帶地區(qū)建造大型LNG 裝置采用丙烷/ 混合制冷工藝最好； 氮?dú)馀?/p>

2、脹制冷循環(huán)流程因其工藝簡(jiǎn)單， 設(shè)備數(shù)量少， 制冷劑易獲得和補(bǔ)充， 較適合用于邊遠(yuǎn)地區(qū)和海上小型天然氣處理工廠(chǎng)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：天然氣 工藝 對(duì)比 分析 </p><p>　　基本負(fù)荷型LNG 大多采用丙烷/ 混合制冷（ C3/MR） 工藝（ C3 是工藝代號(hào)） ， 該工藝是由空氣產(chǎn)品及化學(xué)公司APCI （ Air Product s and Chemicals Inc. ）

3、于20 世紀(jì)70 年代發(fā)明的， 全世界大約95% 的LN G 工藝是在該工藝的基礎(chǔ)上演變而來(lái)的， 該工藝通常采用蒸汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)， 冷卻方式可采用水冷和空冷等。近年來(lái)， 隨著低溫?zé)峤粨Q器制造技術(shù)的發(fā)展， 丙烷/ 混合制冷工藝得到更加廣泛的運(yùn)用， 裝置的生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到了每年400X104 t。 </p><p>　　近期LNG 工業(yè)快速增長(zhǎng)再次刺激了LN G工藝的技術(shù)發(fā)展， 也使一些傳統(tǒng)的LNG 生產(chǎn)工藝

4、得到了關(guān)注， 尤其是混凝土結(jié)構(gòu)的、駁船型、浮式LNG 裝置等小規(guī)模LNG 項(xiàng)目的應(yīng)用。例如： Phillips 在大西洋LNG 項(xiàng)目（ the At lant ic LNG project ） 中， 采用復(fù)迭式工藝， 使該工藝再次受到關(guān)注。Pritchard 在PRICO 工藝的基礎(chǔ)上對(duì)單混合制冷工藝的功耗效率進(jìn)行了很大改進(jìn)， 使該工藝能用于陸上或海上LN G 生產(chǎn)裝置。 </p><p><b>　　

5、一、比較基礎(chǔ) </b></p><p>　　由于技術(shù)內(nèi)容無(wú)法公開(kāi)獲得， 所以在實(shí)踐中對(duì)不同工藝的逐項(xiàng)比較是很困難的。因此， 筆者僅使用相同的條件（ 冷卻介質(zhì)、原料氣、標(biāo)準(zhǔn)、費(fèi)用） 對(duì)優(yōu)化的丙烷/ 混合制冷工藝與其他較好的4 類(lèi)工藝進(jìn)行了比較， 它們是： 丙烷/ 混合制冷工藝（ C3/ MR） 、復(fù)迭式制冷工藝（ CCS ） 、改進(jìn)的雙混合式制冷工藝（ DMR） 、改進(jìn)的單混合式制冷工藝（ SMR） 和

6、帶預(yù)冷的氮膨脹制冷工藝（ 工藝代號(hào)為N2） 。為方便比較，假定LNG 裝置采用相同的預(yù)處理單元。研究的限定條件為： 原料氣溫度為25 ℃ 、壓力為60 MPa； 原料氣組分體積含量為甲烷85. 1% 、乙烷6. 5%、丙烷3%、丁烷1. 2% 、戊烷及重組分0. 5%、氮?dú)?. 5%、二氧化碳2. 2%； 環(huán)境平均溫度27 ℃； 回收的LPG 組分重新注入LNG； 所有的工藝都采用空氣冷卻系統(tǒng)； LNG 的貯存及裝載設(shè)施， 通用設(shè)施不在

7、研究的范圍內(nèi)。 </p><p><b>　　二、工藝流程簡(jiǎn)述 </b></p><p>　　筆者選用最新型的丙烷/ 混合制冷工藝作為比較研究的參考。丙烷/ 混合制冷工藝以丙烷作為預(yù)冷介質(zhì)， 混合制冷劑（ 氮?dú)狻⒓淄?、乙烷、丙烷?作為液化介質(zhì)， 選用一臺(tái)燃?xì)馔钙津?qū)動(dòng)壓縮機(jī)， 對(duì)丙烷進(jìn)行壓縮并經(jīng)空冷后冷凝。氣相和液相制冷劑依次冷卻及膨脹， 達(dá)到預(yù)定的最佳制冷曲線(xiàn)。天然

8、氣在熱交換器中被液化， 丙烷循環(huán)為混合制冷劑及天然氣提供預(yù)冷冷量。復(fù)迭工藝流程是一個(gè)復(fù)合制冷系統(tǒng)。該工藝采用高沸點(diǎn)制冷劑， 為下一級(jí)的制冷劑提供冷量， 使用純凈的單組分。丙烷和乙烯制冷循環(huán)通常采用封閉式的制冷循環(huán)， 甲烷采用開(kāi)式的循環(huán)， 用釜式熱交換器和板式熱交換器冷卻天然氣。使用這種換熱器，可以使其傳熱溫差非常大， 當(dāng)甲烷壓縮機(jī)的壓縮比限定后， 在高于環(huán)境溫度條件下， LNG 和閃蒸氣進(jìn)入LN G 罐， 尾氣經(jīng)壓縮機(jī)增壓后返回液化單元

9、原料氣入口， 構(gòu)成甲烷循環(huán)的一部分。雙重混合制冷工藝（ DMR） 采用甲烷、乙烯、丙烷和丁烷混合物作為預(yù)冷介質(zhì)， 制冷劑壓縮后經(jīng)過(guò)空氣冷卻系統(tǒng)冷卻、膨脹以提供冷量。單重混合制冷工藝（ SMR） 中只有一個(gè)制冷循環(huán)將天然氣在環(huán)境溫度和同一壓力下變?yōu)長(zhǎng)NG。制冷劑為氮?dú)?、甲烷、乙烷和丙?lt;/p><p><b>　　三、主要工藝設(shè)施 </b></p><p>　　驅(qū)動(dòng)制冷

10、壓縮機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)常用的有GE？？5C（ 雙軸、可變速） 和GE？？7EA（ 單軸、不可變速） 兩種機(jī)型， 都是由GE（ General Electric） 公司制造的。這些燃?xì)馔钙綑C(jī)組在LNG 領(lǐng)域的應(yīng)用較為成功， 并且自身能耗相對(duì)較低。作為預(yù)冷及復(fù)迭式制冷中的多級(jí)壓縮機(jī)通常采用離心式壓縮機(jī)， 它們的流量最大， 高效率的軸流式壓縮機(jī)可用于第一級(jí)的混合制冷劑和氮?dú)獾膲嚎s。壓縮機(jī)的選用是以設(shè)計(jì)工程公司經(jīng)驗(yàn)及用戶(hù)對(duì)機(jī)器的使用反饋信息決定的，

11、電動(dòng)機(jī)常用作啟動(dòng)/ 輔助及尾氣壓縮動(dòng)力。筆者所研究的5 種工藝采用的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備見(jiàn)表1。 </p><p><b>　　熱交換器 </b></p><p>　　低溫?zé)峤粨Q器形式為繞管式（ SpoolWo und） 、板翅式或者釜式（ Co reinket t le） 。選擇哪一種可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、介質(zhì)的冷卻特性及用戶(hù)而決定（ 包括尺寸及費(fèi)用） 。通常條件下低溫?fù)Q熱器設(shè)備如表2。

12、 </p><p><b>　　四、工藝比較 </b></p><p><b>　　1.LNG 產(chǎn)量 </b></p><p>　　工藝流程的計(jì)算， 其目的是計(jì)算在給定條件下如可用燃?xì)廨啓C(jī)、空冷器空冷溫度、最大熱交換面積下的最大LNG 產(chǎn)量。從表3 可以看出， 除了氮?dú)馀蛎浌に囍猓?各流程LNG 產(chǎn)量都較高。氮?dú)馀蛎浌に?/p>

13、中的LN G 產(chǎn)量低的原因是由于氮?dú)馀蛎浱峁┑臐撛诶淞枯^少， 主要以顯熱而非潛熱的形式提供冷量。 </p><p><b>　　2.功耗 </b></p><p>　　對(duì)費(fèi)用及效率進(jìn)行的粗略比較基準(zhǔn)是工藝系統(tǒng)的單位比功耗， 即產(chǎn)量以t/ d 為單位時(shí)LNG 壓縮機(jī)的軸功率， 計(jì)算包括所有制冷壓縮機(jī)及尾氣壓縮機(jī)功耗， 不包括液體、氣體的膨脹功。其結(jié)果如表4。 </

14、p><p>　　從表4 可以看出， C3/ MR 及DMR 流程的比功耗相對(duì)較低； N2 膨脹制冷循環(huán)比功耗相對(duì)較高。當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)， 復(fù)迭式制冷工藝存在一定的缺陷， 丙烷壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)必須裝備大功率的輔助電機(jī)， 燃機(jī)必須高負(fù)荷運(yùn)行。 </p><p>　　3.生產(chǎn)線(xiàn)液化裝置效率 </p><p>　　每套LNG 生產(chǎn)線(xiàn)自身以及部分公用工程所需的燃料主要來(lái)自尾氣。 裝置的

15、液化率可以定義為有效產(chǎn)品（ LNG 及凝結(jié)物） 量除以進(jìn)氣量。液化裝置的效率見(jiàn)表5。 </p><p>　　從表5 中可以看出DMR、C3/ MR 及SMR 工藝的效率較高， N2 工藝效率較低。 </p><p><b>　　五、結(jié)論 </b></p><p>　　上述的比較研究表明， 對(duì)于在熱帶地區(qū)建造的大型LNG 裝置， 采用C3/ MR

16、 工藝是最好的選擇。其他可以用的工藝是雙混合式制冷工藝和單混合式制冷工藝。帶預(yù)冷的氮膨脹工藝對(duì)大型陸上工廠(chǎng)來(lái)說(shuō)不是最經(jīng)濟(jì)的選擇， 但因其工藝簡(jiǎn)單， 設(shè)備數(shù)量少， 制冷劑易獲得和補(bǔ)充， 較適合用于邊遠(yuǎn)地區(qū)和海上小型天然氣處理工廠(chǎng)。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 石玉美， 顧安忠， 汪榮順， 等. 混合制冷劑循環(huán)液化天然氣流

17、程的優(yōu)化分析[J] . 工程熱物理學(xué)報(bào)， 2000， 21（4） . </p><p>　　[2] 楊志毅， 王保慶， 李晶， 等. 液化天然氣（ LNG） 貿(mào)易面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)[J] . 河南石油， 2003（5） . </p><p>　　[3] 徐文淵. 小型液化天然氣生產(chǎn)裝置[J] . 石油與天然氣化工， 2005， 34（3） . </p><p>　　[