CNG、LNG、L-CNG工艺流程

,马国光,石油工程学院油气储运研究所,CNG、LNG、L-CNG技术,CNG加气站技术,CNG加气站分类 CNG加气站是指以压缩天然气（CNG）形式向天然气汽车(NGV)和大型CNG子站车提供燃料的场所。根据气源不同和规模大小，CNG加气站分为标准站、母站和子站。 1、标准站通常建在有低压天然气管线通过的地方，从天然气管线直接取气，天然气通过脱硫、脱水等工艺，进入压缩机进行压缩，然后进入储气装置储存或通过加气机给车辆加气。标准站加气量一般在6001000m3/h之间。,一、CNG加气站,CNGcompressed natural gas（压缩天然气）,2、母站通常建在临近天然气高压管线的地方，从天然气管线直接取气，经过脱硫、脱水等工艺，进入压缩机进行压缩，然后进入储气装置储存或通过加气柱给CNG槽车加气，大多数母站还可以通过加气机给天然气汽车加气。母站供气规模较大，加气量一般在4000m/h以上。 3、子站建在周围没有天然气管线或不宜使用管道天然气的地方，通过CNG槽车从母站运来的压缩天然气给天然气汽车加气，一般还需配置小型压缩机和储气装置。为提高CNG槽车的取气率，用压缩机将转运车内的低压气体升压后，储存在站内储气装置或直接给车辆加气。,一、CNG加气站,问题：,我国天然气的质量指标是什么？,车用压缩天然气质量指标是什么？,一、CNG加气站,一、CNG加气站,车用压缩天然气（ GB18047-2000）规定天然气的技术指标：,一、CNG加气站,问题：,1、天然气为何要脱水？2、采用什么方法？,二、天然气脱水,常用吸收剂的性质,在天然气脱水中常用的吸附剂有三种：活性氧化铝 硅胶 分子筛。 其主要物性如表所示。,二、天然气脱水,（3）分子筛,分子筛是具有骨架结构的碱金属的硅铝酸盐晶体。是的一种高效、高选择性的固体吸附剂。其分子式如下： M2/nOAl2O3xSiO2yH2O M某些碱金属或碱土金属离子，如Li、Na、Mg、Ca等； nM的价数； xSiO2的分子数； y水的分子数。,分子筛通常分为X型和A型两类。A型分子筛具有与沸石构造类似的结构物质，所有吸附均发生在晶体内部孔腔内。X型分子筛能吸附所有能被A型分子筛吸附的分子，并且具有稍高的容量。13X型分子筛中吸附象芳香烃这样的大分子。,二、天然气脱水,分子筛的主要特点,具有很好的选择吸附性。 具有高效吸附特性。,分子筛能按照物质的分子大小进行选择吸附。经分子筛干燥后的气体，一般含水量可达到0.110ppm，脱水装置中多用4A，5A等分子筛作吸附剂。,分子筛在低水汽分压、高温、高气体流速等苛刻的条件下仍然保持较高的湿容量。,二、天然气脱水,CNG后置脱水工艺流程图, 氧化铁法,其化学原理为： 2Fe2O3+ 6H2S2Fe2S3+6H2O（脱硫） 2Fe2S3+ 3O22Fe2O3+6S（再生）反应在常温和碱性条件下进行最顺利，温度超过66.7，以及在中性或酸性条件下都会使氧化铁失去结晶水而难于再生。主要用于处理H2S含量不超过24g/m3天然气。,三、天然气脱硫,加气站脱硫工艺,其化学原理为：2Fe2O3+ 6H2S2Fe2S3+6H2O2Fe2S3+ 3O22Fe2O3+6S,三、天然气脱硫,四、CNG工艺,四、CNG工艺,四、CNG工艺,四、CNG工艺,四、CNG工艺,四、CNG工艺,四、CNG工艺,四、CNG工艺,四、CNG工艺,CNG加气站系统组成：天然气调量计量系统天然气净化系统天然气压缩系统天然气储气系统CNG售气系统控制系统,四、CNG工艺,CNG加气母站流程图解,CNG加气子站流程图解,天然气调量计量系统,四、CNG工艺,CNG站调压计量流程图,四、CNG工艺,天然气脱硫系统,四、CNG工艺,天然气脱水系统,四、CNG工艺,天然气压缩系统,四、CNG工艺,天然气储气系统,四、CNG工艺,目前已建成并运行的储气井规模为：储气井井筒直径：177.8mm244.5mm;最大井深: 大于300m；储气井水容积：1m310m3；最大工作压力：25MPa。,四、CNG工艺,CNG固定储气瓶组,CNG车载储气瓶组,四、CNG工艺,增压机冷却给排水系统,总工艺流程图,四、CNG工艺,CNG合建站平面布置图,LNG、L-CNG加气站技术,LNG加气站技术,一、LNG加气站的工艺流程 LNG加气站的工艺流程一般包括四个流程：卸车流程、调压流程、加气流程以及一个卸压流程 。,图9.5 LNG加气站的工艺流程框图,LNG加气站技术,LNG加注站建站模式：,LNG加气站技术,LNG加注站建站模式：,LNG加气站技术,44,LNG加注站典型实例：,2.LNG常规加注站,1.LNG和L-CNG合建站,LNG加气站技术,45,LNG加注站典型实例：,3.LNG撬装式加注站,LNG加气站技术,LNG加气站技术,（1）LNG卸车流程 卸车流程主要是指将由LNG集装箱或者LNG槽车运送来的LNG转移至加气站内LNG储罐的过程，LNG卸车主要有三种方式：卸车增压器卸车、潜液式低温泵卸车、增压器和泵联合卸车。LNG卸车工艺的一个关键之处在于BOG气体的及时排放，防止因储罐内压力增高过快而对卸车速度产生阻碍。解决的办法是将此部分气体进行排放处理，比较简单的方法，是在自动减压阀上并联一个截止阀，卸车过程中打开，提高流量，卸车结束后关闭。（2）调压流程 调压流程主要是利用增压装置对储罐内LNG进行增压。升压方式也有3种：通过储罐自增压装置升压、通过低温泵进行升压、通过储罐压力调节器与泵低速循环联合使用进行升压。,LNG加气站技术,（3）加气流程 通过LNG泵将储罐中的饱和LNG经由泵加压后经过加气枪给LNG汽车加气，最高的加气压力可达1.6MPa，通过液相软管对LNG汽车气瓶进行加液，由气相软管对气瓶中的BOG进行回收，以保证气瓶的加气速度和正常的工作压力。（4）卸压流程 主要是指在卸车、加气以及加气站的日常运行过程中，储罐内的压力会随着BOG的产生逐渐的增大，为保证储罐的安全，需要打开相关的自动减压阀阀门，释放罐中的蒸汽，目前的做法为直接放空，但这样一方面会造成资源的浪费，另一方面增加了安全方面的隐患。,LNG加气站技术,二、LNG加气站主要设备 LNG加气站设备主要包括LNG槽车、LNG储罐、调压气化器、LNG低温泵、加气机及LNG车载系统。（1） LNG槽车及储罐 LNG槽车目前单台最大容积为51.55m3，槽车设计压力0.8MPa，运行压力0.3MPa。 LNG通常储存在工作温度为111K、工作压力一般为0.6MPa的低温储罐内，LNG储罐由内、外壳组成，采用真空粉末绝热技术，LNG储罐内层材质为不锈钢（9Ni钢、奥氏体不锈钢和36%Ni的殷钢等），外层为碳钢。对于1104Nm3加气能力的LNG汽车加气站而言，选用有效容积为50m3双金属真空粉末LNG储罐，工作压力为0.6MPa，工作温度为-162，设备重量为22000kg，能够满足加气站正常情况下两天的用气。（2）调压气化器及LNG车载瓶 调压气化器主要是空温式气化器。在冬季温度较低，单纯依靠空温式气化器所提供的热量不足时可以串接一台水浴式加热器。目前国内可生产3种规格，45L、300L和410L，分别用于轿车、中型车和公交车。,LNG加气站技术,LNG加气站技术,LNG加气站技术,LNG加气站技术,（3） LNG加气机 目前国内市场上的LNG加气机主要为加拿大FTI国际集团有限公司的FTI系列加气机。国内已建成的LNG加气机采用的计量方式是双管计量方式，即采用两个质量流量计分别测量加气和回气的质量，二者之差作为计量的最后结果。另一种计量方式是单管式计量方式。 在欧美国家的LNG汽车所使用的气瓶均为喷淋式储气瓶，这样就可以在加注的过程中，利用液态LNG的冷量将气态的LNG重新液化。,LNG加气站技术,国内外加气机的技术参数比较,LNG加气站技术,（4）LNG低温泵 LNG泵的选型主要是依据加气机的加气速率及泵与增压器联合卸车时的卸车速率，由于加气机类型为单个加气机，为保证加气机的正常工作，可选用流量范围为40200L/min，功率约为12KW，工作压力为0.21.2MPa的浸没式低温液体泵。（5）LNG增压气化器 增压气化器是一种专门用于液化天然气调压的换热器，由于液化天然气的低温特性，使得LNG气化器必须要有相应的热源提供热量才能气化。热源可以为环境空气和水，也可以是燃料的燃烧或者蒸汽。,LNG加气站技术,L-CNG加气站技术,L-CNG 加气站技术,主要工艺流程： 通过低温泵和卸车增压器将槽车运来的LNG卸入LNG低温储罐，再通过低温泵和增压器将LNG调至汽车使用的饱合压力，由低温泵将LNG送入加气机，通过加气机将LNG加至LNG车辆储罐。,LNG加注站主要设备： LNG储罐、LNG低温泵、LNG计量装置、售气系统、控制系统和安全系统等。,61,L-CNG加注站工艺流程：,L-CNG加气站流程图,L-CNG 加气站技术,L-CNG汽车加气站是将低压(00.8MPa)、低温(-162145)的LNG转变成常温、高压(2025MPa)天然气的汽车加气站。其主要设备包括：LNG储罐(钢瓶)、LNG低温高压泵、高压汽化器、CNG储气库(井、瓶组)、顺序控制盘、售气机、自控系统等。 该工艺是利用LNG低温高压泵将LNG增压到25.0MPa来完成低压变高压的过程。过程中LNG增压泵的控制及操作中增压泵的超压停、低压开泵、流体计量等都由控制台自动完成；经高压强制汽化器吸收空气中的热能加热LNG汽化，使其变成高压天然气(CNG)，完成由低温变成常温的过程,然后经由顺序控制盘进行储气与售气。该过程不使用天然气压缩机，仅使用小功率高压低温泵，无需冷却水，这样大大降低了噪声污染，节约了大量的电能。,L-CNG 加气站技术,1、LNG储罐 LNG储罐是LNG的储存容器。在已建LNG卫星站中，可利用现有的LNG储存设施，在移动LCNG加气站中可选小型LNG储罐(一般1620m3)，也可以用LNG储气钢瓶作储气设施，解决其储气问题。小型储气罐一般为双层真空隔热结构。设计工作压力取决于内层罐的工作压力，一般为0.81.0MPa。由于LNG储罐是连续供气，其日蒸发率要求不高，一般小于0.3即可。,L-CNG 加气站技术,2、LNG低温高压泵LNG低温高压泵是整个LCNG站将LNG转变成CNG加气站的必要设备，其可靠性要求非常高，既要求能够耐低温(-162)，又要求能够升压且承受高压(出口压力达25.0MPa)。为了保证设备的使用寿命和生产安全，一般均使用国外进口的5GPM20GPM(191761/min)低温高压泵。,L-CNG 加气站技术,3、高压气化器气化器是将液化天然气气化成气态天然气的设备，要求耐温范围广(-16250)，耐高压(32.0MPa)，气化器采用空温式，通过吸收周围大气中的热量来完成LNG的气化过程。为增大与周围大气环境的换热效率，其主体采用耐低温的铝合金纵向翅片管，其气化量根据工程的实际状况进行设计：一般气化能力选择1.01.5104Nm3/d，在空温式气化器的气化工程中，基本不需要其他能量,系统的稳定强，运行成本低。,L-CNG 加气站技术