新型天然氣液化裝置工藝流程及設備特點分析

摘 要：隨著我國經濟的快速發展，需要大量的能源作為支撐。天然氣作為一種重要的清潔能源在我國的能源比重中越來越大，為方便天然氣的運輸與儲存需要做好天然氣的液化，從而使得單位體積內能夠存儲更多的天然氣。隨著科技的發展以及大量新技術在天然氣液化生產中的應用，使得天然氣的液化效率與液化質量都得到了大幅的提升。文章將在分析天然氣液化工藝的基礎上對某一新型的天然氣液化裝置進行分析闡述，通過對天然氣液化裝置中的脫碳、脫水以及液化這一天然氣液化工藝中的三大工藝流程進行詳細的介紹。

關鍵詞：天然氣液化裝置；液化工藝；分析

前言

天然氣是石油的伴生物同時也是一種重要的清潔能源，每年全世界都需要消耗大量的天然氣。現今我國每年都會進口大量的天然氣.為方便天然氣的運輸與儲藏可以采用將天然氣液化的方式來減少天然氣的體積。為更好的得到并利用液化天然氣（LNG），需要在液化天然氣（LNG）制取工藝特點的基礎上做好液化天然氣（LNG）制取技術的分析和生產設備的選擇。

1 液化天然氣（LNG）的特點

液化天然氣（LNG）相對于壓縮天然氣（CNG）具有以下特點：（1）相對于壓縮天然氣，液化天然氣（LNG）密度更高，能夠更好的降低運輸與儲存的成本。（2）燃燒釋放的熱量較大。（3）液化天然氣（LNG）清潔環保，污染低。現今我國對于天然氣的需求量巨大，除了使用天然氣管道從陸上進行運輸外，每年所進口的液化天然氣（LNG）多采用的是由專用的LNG船進行運輸，各主要液化天然氣的接收站都主要分布在沿海大型的港口碼頭，為提高天然氣的使用效率，需要做好天然氣的液化天然氣的制取。文章在分析液化天然氣制取工藝特點的基礎上對一種新型的液化天然氣生產裝置進行分析闡述。

2 液化天然氣生產裝置的工藝流程及設備分析

某調峰型LNG生產裝置設計天然氣利用為50萬立方米/天，設計年產液化天然氣10萬噸，在液化天然氣的生產制備裝置采用的是國外先進的單循環混合制冷劑的液化方式，相較于傳統的級聯式天然氣液化方式以及其他的混合制冷劑液化方式，在能源消耗、制取成本以及運行維護方面都有著較大的提升，同時采用單循環混合制冷劑的液化方式能夠極大的減少儀表的數量，從而使得液化天然氣的生產裝置生產、運行成本大為降低。在液化天然氣的制備工藝中主要分為三個階段，分別為：（1）預處理階段，在這一階段中主要是為了去除天然中所含有的二氧化碳、水等的雜質，對天然氣進行脫酸干燥。（2）完成了預處理后進入天然氣的液化分離階段，在此階段中通過使用氮氣及其他多分子烴類物質所組成的制冷劑對天然氣進行液化分離得到所需要的液化天然氣。（3）將液化后的天然氣進行儲存和運輸并補充前一階段所消耗的制冷劑。

2.1 天然氣的脫碳脫酸工藝流程及設備

在液化天然氣的制備之初需要對普通天然氣進行脫碳和脫酸處理用以去除天然氣中所含有的水分和二氧化碳等雜質，避免此類雜質在后期冷卻中凍結堵塞天然氣液化設備。在整個液化天然氣設備的預處理工作中主要分為兩個部分，首先普通天然氣以4.0-4.5MPa的壓力進入過濾分離器中去除天然氣中所含有的銹渣和砂石等的雜質，而后將完成過濾的后的天然氣通入到胺液處理區，通過其天然氣在胺接觸塔內自下而上與甲基二乙醇MDEA溶液吸收劑進行充分的接觸，從而將天然氣中所含有的二氧化碳吸收去除，完成處理后的天然氣溫度從進入裝置后的常溫20℃升到了40.7℃，而后需要將天然氣經過冷卻降溫，經過處理后的天然氣中的濃度將大幅下降，天然氣的壓力將下降到3.9MPa。在工序處理中，吸收二氧化碳的富胺液從胺接觸塔中流出進入閃蒸罐減壓，在閃蒸罐內完成胺液與二氧化碳的分離，完成胺液的循環利用。減少天然氣液化的生產成本。完成再生后的胺液再將其重新泵入胺接觸塔中，而后繼續使用其完成對于二氧化碳的吸收。整個天然氣的二氧化碳吸收系統不斷循環，并通過自動控制系統確保脫碳裝置安全、可靠運行。

2.2 液化天然氣生產預處理中的脫水流程及設備

在液化天然氣生產預處理脫水中主要采用的是兩套分子篩干燥床系統完成對于天然氣的干燥，從而有效的將天然氣中所含有的水分含量降低到1ppmv以內，確保液化天然氣后續工序的正常進行。在天然氣脫水工序中，首先將完成脫碳后的天然氣通入到分子篩過濾分離器中以除去天然氣中所攜帶的胺液雜質，而后對完成過濾的天然氣使用兩組分子篩干燥器對其進行干燥，而后將干燥后的天然氣依次通過粉塵過濾器、汞脫離器、汞脫離粉塵后即可進入下一步的天然氣液化環節，需要注意的是在天然氣的脫水環節還可以通過調節奧比特開關閥來控制分子篩的再生，其主要原理是通過使用少量的再生氣來完成分子篩中的水分的吸收，從而使得分子篩可以重新在此得以利用，通過這一環節可以很好的降低天然氣液化的成本。

2.3 天然氣的液化流程與設備

在完成了對于天然氣的前期預處理后，將完成預處理的天然氣導入到液化階段，天然氣首先進入冷箱進行冷卻，冷箱采用的是高效鋁制板翅型換熱器，能夠最大限度的提高換熱效率，減少能源浪費。冷箱內采用的是混合型冷卻劑（由氮氣、甲烷、乙烯等組成）來進行制冷，在這一環節，純凈的天然氣從前期凈化后的常溫迅速冷卻至-161℃實現液化，而后將液化后的天然氣送至LNG儲藏罐進行存儲，以上時天然氣液化的流程。在天然氣液化的過程中需要注意混合冷卻劑的制備和壓縮，其對于天然氣的迅速冷卻效果有著極為重要的影響。

冷劑吸收罐是天然氣液化工藝中的第一個設備，其中的制冷劑組分別來自甲烷、氮氣以及丙烷、乙烯和其他混合烴，其中所使用的甲烷主要來自于脫水階段，主要用于分子篩脫水的再生氣，其被引入冷卻劑吸收罐。氮氣在制冷的過程中主要通過界區外進行引入吸收進冷卻吸收罐中，丙烷則是通過與天然氣進行混合、干燥后進入冷卻劑吸收罐。冷卻劑引入對于確保冷卻效果極為重要，在冷卻的過程中需要將多余的制冷劑進行回收并引入到冷劑吸收罐中進行重復利用，以達到節能增效的目的。在冷卻的過程中，還會混雜有一些從冷卻壓縮機的一級壓縮出后所引出的氣態冷卻劑會進入到冷卻罐中，這些冷劑主要實現吹掃的作用。同以上冷劑的分組共同進入冷劑吸收罐中并進行充分的混合即可完成對于天然氣液化中所使用的冷卻劑（氣態）的制備。在完成了對于冷劑的氣態制備后還需要將其轉變為低溫液態才能為天然氣的急速冷卻提供充足的冷量，為了制備低溫液態的冷卻劑需要使得常溫氣態冷劑經過壓縮-冷凝-冷卻-膨脹的一系列的流程，并在膨脹的過程中與原料氣進行熱交換，從而使得純凈的天然氣能夠迅速的凝結為超低溫的液體。在對于液態制冷劑的制備上為達到良好的制備效果，需要采用兩級壓縮的壓縮機，其工作排量需要達到60000立方米/小時。在冷劑壓縮的過程中，首先經過的第一級壓縮，使得制冷劑的壓力與溫度都得到提升，而后將壓縮后的制冷劑進入到一級冷卻器中冷卻至氣液混合的狀態，而后將這一混合狀態的氣液混合相經過氣液分離，將其中的液相部分導入到一級冷劑增壓泵中進行增壓，而氣相部分則從一級氣液分離器中的頂端溢出，并將其導入到冷劑壓縮機中進行再次的壓縮，以得到高壓氣態冷劑，而后將高溫氣態冷劑與高溫液態冷劑在共同管路中進行混合，使兩者形成混合，而后將這一混合態的氣液相導入到二級冷凝器與二級氣液分離器中重復上述步驟，將二級氣液分離器頂部所溢出的氣態冷劑導入到冷箱中，而將分離的液態冷劑經過增壓后導入到重烴熱交換器中進行急速降溫，對于完成降溫后的液態冷劑將其導入到冷箱中，通過以上的環節即可使得天然氣液化所需要的冷劑的制備趨于完成。在整個天然氣液化的工藝流程中，其是一個復雜的循環體，上述流程僅是對天然氣液化流程的簡要描述，為控制這一復雜的流程還需要做好對于天然氣液化的自動化控制，以提高天然氣液化的效率與效果。

2.4 天然氣液化工藝流程中所使用的制備設備

在天然氣液化的工藝流程中涉及到大量復雜的設備，根據設備的功用及運動情況可以將其分為：動、靜設備和其他設備幾種。在天然氣液化中所使用的靜設備主要包括有干燥器、分子篩、冷箱、液態天然氣儲藏罐以及天然氣液化過程中所使用的各種罐儲容器、冷卻交換器等。在天然氣液化中所使用的動設備主要包括有：制冷劑壓縮機（其主要使用氮氣、甲烷、乙烯以及混合烴等所組成的混合制冷劑）、低壓蒸發氣壓縮機、高壓蒸發氣壓縮機以及各種配套的泵系統。天然氣液化裝置中的其他各類配套裝置主要指的是：各種連接用的工藝管道、天然氣液化自動控制系統，以及各種規格的壓力儀表、閥門和分析儀等，在天然氣液化流程中所使用的各種連接工藝管道為確保其連接效果需要使用大量的耐壓鋼管并配套有相應管徑的法蘭、接頭等，由于管道的工況較為惡劣，需要確保天然氣液化中所使用的各種鋼管、法蘭以及接頭等具有良好的耐腐蝕、耐低溫以及防銹效果，確保天然氣液化的安全生產。天然氣液化工程量大且復雜，為提高天然氣液化過程中的自動控制的效果，在天然氣液化過程中的自動控制中采用的是分布式的DCS集散控制系統，以提高其的控制效果與可靠性。在天然氣液化裝置所使用的鋪筑裝置中，需要使用大量的一次儀表和DCS二次儀表，如溫度計、壓力表、液位計、溫度變送器、壓力變送器等的裝置和設備，為確保天然氣液化裝置的安全可靠的運行提供準確的測量數值。

3 天然氣液化系統所使用的其他輔料

在天然氣液化裝置所使用的原料氣需要控制其質量，以提高天然氣液化后的質量和效率，實現節能增效。在天然氣液化過程中所使用的輔料主要指的是天然氣液化工藝中所需要用到的各種原料組分，對于所使用的胺液MDEA和分子篩干燥劑需要使用進口原料，其他輔料則采用的是國產品牌。在天然氣液化中的公共裝置中所使用的燃料則主要由本天然氣液化裝置中的甲烷。在天然氣液化裝置中還需要做好裝置的防雷和防靜電處理，為確保天然氣液化裝置的順利運行，需要在天然氣液化裝置的設備、管道以及構架等區域設置好專用的防靜電裝置，以避免靜電感應造成安全事故。新型天然氣液化裝置采用單循環混合制冷劑液化方式，在能耗與效率方面都有了較大的進步。能夠更好實現天然氣液化生產。

4 結束語

天然氣是一種極為重要的優質能源，通過對天然氣進行液化可以使得存儲和運輸更為方便。文章在介紹一種新型天然氣液化制取裝置及配套工藝和設施的基礎上對該天然氣制取裝置中的節能增效的設置進行了分析闡述，其采用先進的換熱器、使用循環再生氣以及合理布局管道等的方式來減少能量的浪費，能夠在天然氣液化制備中取得良好的效果。

參考文獻

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