LNG裝置液化工藝技術研究

張歡 周姿潼 李簡（中國石油集團工程設計有限責任公司華北分公司， 河北 任丘 062550）

LNG裝置液化工藝技術研究

張歡 周姿潼 李簡（中國石油集團工程設計有限責任公司華北分公司， 河北 任丘 062550）

LNG液化處理前，要進行雜質（H2S、CO2、重烴和水）脫除，一般采用較多的是醇胺法進行酸性氣體的脫除處理，采取分子篩進行脫水處理，液化天然氣方面主要將使用較多的兩種方案進行對比分析，保證液化率97.2%的條件下，對比階式制冷與復迭式制冷工藝各項性能指標，階式制冷在設備使用功率方面低于復迭式制冷，但復迭式制冷工藝在總體資金投入、回收率、收益率、技術成熟度方面占優(yōu)，而且使用的液化設備數量較少，占地面積較小，工藝流程簡單，操作方便，因此，基于綜合評價指標以及經濟回報方面的考慮，推薦使用復迭式制冷工藝方案。

裝置；凈化工藝；液化工藝；投資；回收期

0 引言

LNG液化處理效果受到天然氣雜質的影響，在進行液化處理前，必須將含有的雜質（H2S、CO2、重烴和水）脫除，這些雜質的存在有可能造成管道、裝置內壁產生結晶體，縮小流通管徑，嚴重時，酸性氣體會造成金屬設備的腐蝕，影響工藝的正常運行。LNG技術作為一種儲存技術，在常壓與溫度-165℃下，可將625×103m天然氣體積液化處理為1×103m體積，以液態(tài)的形式進行儲存與運輸，大大降低了運行與管理成本，而且在安全性方面得到大大改善。我國開始天然氣液化技術研究較晚，在對液化工廠原料氣預處理方面顯得經驗不足，凈化裝置設備以及液化技術還有很多需要改進的地方，因此，對液化天然氣工廠原料氣進行深入的凈化與液化技術研究是一項重要的課題，下面主要進行天然氣液化方面的工藝技術進行研究，找出最為可行、液化效果最佳的工藝方案。

1 LNG處理流程

原料氣從液化天然氣工廠出來后，要進行凈化預處理，主要是將原料氣中含有的酸性氣體（H2S、CO2）、重烴與水進行脫除，達到行業(yè)要求的標準含量，才能進行下一環(huán)節(jié)的處理。脫除酸性氣體的方法有很多種，主要方法包括：Benfield法、醇胺法和礬股法。通過對比這三種脫除方法的優(yōu)缺點以及對使用條件，設計時，結合原料氣的組分、運行壓力以及溫度來確定脫除方法［1-3］。一般采用較多的是醇胺法進行酸性氣體的脫除處理，采取分子篩進行脫水處理，下圖為LNG液化天然氣處理總體流程框架。

圖1 LNG處理總體流程框架

2 天然氣液化工藝

通過對原料氣凈化預處理后，確保H2S、CO2、重烴和水含量達標后，將剩余氣體導入液化裝置進行液化處理，一旦H2S、CO2、重烴和水含量超標，工藝系統會自動識別，隨后向操作室發(fā)送報警信號，切斷剩余氣體向液化單元導入管線，回輸凈化單元進行再次預處理。

2.1 復迭式制冷液化工藝

復迭式制冷液化工藝相對液化設備較為簡單［2］，以丙烷為預冷劑，氮氣為制冷劑，首先將凈化后的天然氣導入冷箱，先經過丙烷預冷劑預冷（-30℃），然后與N2制冷劑充分接觸，經過壓縮機第一、二級增壓后膨脹制冷到-146℃，氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，降壓至0.35MPa，獲得LNG液體產品，隨后將液化好的LNG產品進行儲存與裝車運輸。

圖2 復迭式制冷液化流程

2.2 階式制冷液化工藝

圖3 階式制冷液化流程

階式制冷液化工藝（CASCADE）相對復迭式制冷液化工藝裝置和技術要求比較高，由于是國外引進，技術操作嫻熟度較差，而且設備也需要進口［3］。該工藝要求的制冷劑比較多，以丙烷作為預冷劑，以乙烯或乙烷、甲烷+氮氣作為制冷劑、經過多輪分級制冷得到液態(tài)LNG產品。操作較為繁瑣，該工藝也稱為級聯式液化工藝，通過分級制冷處理，根據壓沸點的不同，制冷劑逐級降低制冷溫度，減小壓縮機功率損耗以及提高冷凝效果。階式制冷液化工藝是20世紀60～70年代常用的液化天然氣方法，其優(yōu)點是能耗低，氣體液化率高（可達90%以上）；缺點是液化設備數量較多，占地面積較大，制冷劑要求較多，流程操作繁瑣，總體投資較大。

2.3 液化工藝對比分析

階式制冷與復迭式制冷工藝在保證液化率的條件下，雖然階式制冷液化工藝在設備使用功率方面低于復迭式制冷液化工藝，但復迭式制冷工藝在總體投資、回收率、收益率、技術成熟度方面占優(yōu)，而且使用的液化設備數量較少，占地面積較小，工藝流程簡單，操作方便，因此，基于綜合評價指標以及經濟回報方面的考慮，推薦使用復迭式制冷工藝方案。

3 結語

原料氣從液化天然氣工廠出來后，經過凈化預處理，達標后再進行液化工藝處理，合理選擇凈化工藝技術以及液化工藝方案，這對獲得LNG液態(tài)產品品質有著直接的關系。一旦H2S、CO2、重烴和水含量超標，工藝系統會自動識別，再次進行凈化處理直到符合液化進液標準要求。對來氣源的液化進行各種方案的對比分析，綜合考慮合理采用技術成熟的復迭制冷液化方式，這種方式非常適合目前中國的國情，雖然在能耗上偏高，但綜合技術指標優(yōu)于階式制冷液化方式，尤其是在設備供應和技術支持方面國內已經很成熟并具有自己的知識產權，因此，對于類似的小型的LNG工程是優(yōu)先的制冷液化方式。

［1］徐正康.我國城市天然氣的利用和發(fā)展［J］.煤氣與熱力，2001，（6）:526-529.

［2］郭揆常.液化天然氣（LNG）應用與安全［M］.北京:中國石化出版社，2010.

［3］顧安忠，魯雪生，汪榮順，等.液化天然氣技術［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2003:18-20.

張歡（1984- ），男，山東省棗莊市人，中級工程師，2008年畢業(yè)于石油大學（華東）化學工藝專業(yè)，主要從事油田地面建設、油氣藏地下儲氣庫及LNG液化工廠設計工作。