天然气液化厂流程概述.ppt

天然气液化厂总流程,液化天然气工厂主要包括原料天然气净化、天然气液化、液化天然气储存和液化天然气的装卸等几个单元，其中液化天然气的净化处理是一个非常重要的过程。天然气液化前的净化主要是为了脱除原料中的有害杂质及深冷过程中可能固化的物质。 对调峰型LNG工厂，其原料气多是已先期净化的管输天然气。但管输天然气的气质标准比液化前对原料气的气质要求低，因此必须对管输气再次净化。 基本负荷型LNG工厂靠近气源建立，井口气或先期简单处理，或直接进入LNG工厂，其原料气的杂质含量较高。,如果直接作为LNG装置的原料仍是不够纯净，还必须深度脱除水、水蒸气、硫化物、二氧化碳，并逐级冷凝分离出丙烷以上的烃类，以防在低温下形成固体堵塞管线和设备。为了减少NG液化过程的动力消耗，还应控制原料气中氮气、氦气等惰性气体含量。 COS虽本身无腐蚀性，但它与极少量的水反应后，可形成硫化氢和二氧化碳，从而产生腐蚀，如果在运输和储存中出现潮湿，即使是0.5ppm（V）的COS被水化，也会产生腐蚀事故；而且COS的正常沸点（-48）靠近丙烷的沸点（-42），当分离回收丙烷时，约90%的COS出现在丙烷尾气或液化石油气中。,另外，天然气中微量汞对铝制品换热器有腐蚀作用，也应加以脱除。1973年，LNG工业才开始意识到即使天然气中含有极少量的汞成分（包括单质汞、汞离子及有机汞化合物），就会造成铝合金材料设备的腐蚀。它还会引起催化剂中毒，造成环境污染以及检修过程中对人体的危害等不良后果。由于水的存在会大大增强这种伤害，而最好的干燥法也不可能将所有的水分全部去除掉，因此必须把汞减少到尽可能低的水平。,固体杂质 水或水蒸气 硫化物 二氧化碳 重烃 氮气氦气等惰性 汞,因此净化处理的主要原因有： 为了满足液化天然气的应用规范： 防止在低温下设备受堵； 避免设备的腐蚀和磨蚀。,LNG原料气质量要求,通常，原料气中的二氧化碳、硫化氢和COS采用醇胺法或其他方法脱除；水采用分子筛吸附法（主要用4A分子筛）脱除；汞采用可再生的HgSIV吸附剂脱除（该吸附剂几乎可以脱除所有的汞，同时还可以脱水）；氮气采用闪蒸分离法脱除。,除了烃类之外，其他杂质都是在预处理单元中去除的，预处理单元一般包括： 来料气体的过滤和与液相的分离（如果有液相）； 利用吸收法去除CO2、H2S等酸性气体及其它可能的硫化物； 用固体层床吸附脱水； 用固体层床吸附除汞。 重烃，特别是芳香族是在深冷段通过分馏萃取。,第一节 分离和除尘,重力式和旋风式（离心式）分离器是脱除气体中所带固体尘粒和凝析液滴的最常用设备。 重力式分离器有立式和卧式两类，各种重力式分离器原理基本相同，由分离、沉降、除雾和储存四个部分组成。 分离段：气体从切线方向进入分离器，在离心力作用下，气体中的固（液）体微粒初步得到分离。在另一类型的分离器中，气体从中心进入分离器，经弯头喷向伞形板，气体中的微粒被粘附而达到初步分离。 沉降段：气体得到初步分离后，由于分离器的流动截面大，气体流速降低，当气体的上升速度低于微粒的沉降速度时，气体中的微粒就会向下沉降而分离，沉降段是重力式分离器清除较大尘粒的主要阶段。,第二节 天然气脱水,天然气工业中常用的脱水方法有五种： 一、冷却脱水法 直接冷却法 加压冷却法 膨胀制冷冷却法 用机械制冷(冷剂制冷)的油吸收法或冷凝分离法 当气体压力较低，使用直接冷却法脱水后的气体露点达不到要求，而采用加压冷却或机械制冷冷却又不经济时，则需采用其它脱水方法。,二、固体干燥剂吸附脱水 固体表面对临近气体（或液体）分子存在吸附力，在固体表面可捕捉临近的气液分子，这种现象称吸附。吸附有化学吸附和物理吸附两种 固体吸附剂：作为天然气脱水的固体吸附剂应具备下列条件： 吸水量大； 选择吸附好； 具有再生能力； 机械强度高，使用寿命长； 无毒，无腐蚀性； 价格便宜。 常用的吸附剂有：硅胶、活性氧化铝、分子筛等。,分子筛 分子筛是以Al2O3与SiO2为基料的人工合成无机吸附剂，为具有骨架结构的碱金属或碱土金属的硅铝酸盐晶体。 分子筛孔道直径均匀，大于孔道直径的气体分子不能被吸附，如：H2O的分子直径3.1，能被4A分子筛吸附；而C2H6的分子直径4.4，不能吸附，因而分子筛的吸附具有选择性。 分子筛表面具有大量较强的局部电荷。因而对极性分子和不饱分子有很高的亲和力。水和硫化氢是强极性分子，所以分子筛是干燥气体、脱硫化氢的优良吸附剂。 用分子筛脱水时，干气能达到的最小露点远低于其它两种吸附剂。若用深冷法从天然气内回收C2H6和C3+等组分或使天然气液化时，只能使用分子筛，别无他选。,对管道输送而言，要求气体露点小于最低管输气体温度5，对脱水要求较低。目前，天然气脱水常和从天然气中回收的乙、丙、丁烷相结合（称为轻烃回收）。轻烃回收常用： 浅冷法：通过以氨为制冷剂的压缩式制冷机，使气体温度降至-20左右，从气流中分离出来。 深冷法：通过膨胀机或热分离机，使气体温度降至-80-90左右，可使70C2，90以上的C3冷凝下来。 这样，对天然气露点的要求很高，使分子筛脱水在现场获得广泛使用。,脱水流程,湿气经分离器分出凝析液后进入1固定床吸附塔，脱水后干气去下续工艺。2经加热器加热对吸附剂再生然后冷却床层 ，再生后的气体经冷却后进分水器分出液态水，此时各塔的作用是： 1吸附脱水 2加热吸附剂再生及冷却床层 待1塔的去湿能力下降时，进行切换，使2吸附，1再生、冷却，这样就保证了脱水作业连续进行。,对每一个塔，吸附、再生、冷却构成了一个循环，切换周期有8h、16h或24h等。 当采用两塔流程时，一塔吸附，另一塔进行再生和冷却，再生和冷却所占的时间分别为6575，2535。 操作工艺参数： 吸附操作温度：一般50，否则降低吸附剂的去湿能力。 吸附操作压力：压力对吸附剂去湿能力影响很小，但应避免压力波动而影响床层的稳定性。,吸附剂寿命：决定于吸附剂种类和操作情况，一般13年。 再生温度：分子筛再生温度200300，其它为175250。 再生气流量：约为气体流量的515，太小不足以在规定的时间内把吸附剂提高到规定温度，太大容易使床层松动，降低吸附剂寿命。 冷却终了温度：50,三、甘醇脱水（吸收法） 液体吸收剂：天然气液体吸附剂应具有下述条件： 吸湿性能好 烃类流体在吸附剂中溶解度小 容易再生，重复使用 蒸汽压低，粘度小 不易和天然气组分产生化学反应 无腐蚀性 廉价,甘醇具备上述要求，由于三甘醇作为吸附剂时具备上所述优点，目前常采用三甘醇（TEG）脱水，其露点降可达3347。 脱水流程:由吸收和再生两部分组成。 含水天然气先进分离器，从气体中分出液体和气体杂质，然后进入吸收塔。在吸收塔内原料气由下而上流经各层塔板，与塔顶向下流的贫甘醇溶液逆流接触，吸收天然气中的水分。脱水后的天然气自塔顶流出，吸收水分的富甘醇溶液自塔底流出，经与贫甘醇液换热后提高温度，在闪蒸罐中释放出烃蒸汽，过滤、加热和进入再生塔。依靠水和甘醇的沸点不同，在再生塔中分出水气，脱去水气的贫甘醇经换热器冷却后进入甘醇储罐，重复利用。,影响甘醇脱水效果的因素： 贫液浓度：再生后贫液中甘醇浓度愈高，吸湿性能愈好； 甘醇循环量：太少不能有效地脱水，太多，脱水效果无明显改善，但操作费用上升，一般为2560L甘醇贫液/kg水。,四、膜分离法 用膜分离技术净化天然气，可脱出其中的CO2、H2S和水分。膜 分离装置都是撬装的，实践证明：膜分离装置对气体处理量和 CO2的含量不存在上限的问题，操作费用较低，投资和费用与胺 法或甘醇法相当；灵活性大，适应性强；设备结构简单紧凑，占 用空间小，质量小；平均停工频率较低（0.2%，胺法为2%）； 对环境产生的影响较小。,用无孔聚合物薄膜分离气体内的某些组分，这种分离方法称膜,分离。,1.分离原理,膜分离的原理是：高压原料气在膜的一侧吸附，通过薄膜扩散,至低压侧（低压侧压力约为高压侧的1020）。,由高压侧经薄膜进入低压侧的气体称渗透气，而仍留在高压侧 的气体为渗余气。由于气体内各组分的渗透速度不同，使气体组分 得到一定程度的分离。,膜分离法就是根据组分气体在薄膜内渗透速度的不同来实现,组分气体的分离的，渗透速度快的组分在渗透气一侧浓集，渗透速 度慢的组分在渗余气一侧浓集。,渗透速度的大小和渗透面积、薄膜两侧压差成正比，比例系 数称渗透系数。组分气体的渗透系数差别愈大，愈易分离。,2.膜组成,膜由两层组成：,孔性底层，厚约0.2mm；,致密无孔活性层，由聚合物 制成的覆盖薄膜，厚约1000,五、天然气超音速脱水 天然气超音速脱水将膨胀机、分离器和压缩机的功能集中 到一个管道中，大大简化了脱水系统，提高了系统的可靠性， 降低了脱水系统的投资、运行费用和环境污染。, ,天然气超音速脱水系统比较简单，需要的设备少，易形成橇装 系统。由于天然气高速通过脱水系统，因此在相同处理能力下， 其体积较小； 天然气超音速脱水系统没有大的转动部件和化学处理系统，其 可靠性很高，日常维护很少，允许在最苛刻环境中运转，易实现 无人职守； 天然气超音速脱水技术利用天然气本身的压力工作，能够在瞬 间启动和停止工作，并且不需要大量的外部能源供应； 工艺工程中不添加化学药剂，避免了化学品对环境的危害； 天然气超音速脱水系统投资少，操作方便，可靠性高，不需外 加动力，故其运行费用低。,天然气超音速分离器原理简图,1拉瓦尔喷管；2分离叶片； 3气液分离器；4扩压器,天然气超音速脱水系统简图,1进口冷却器；2气-气换热器； 3进口分离器；,4超音速分离器；5气液分离器,第三节 酸性气体的脱除,由气井井口采出或从矿场分离器分出的天然气除含有水蒸气外，往往还含有一些酸性组分。这些酸性组分一般是硫化氢(H2S)、二氧化碳(CO2)、硫氧化碳(COS)、硫醇(RSH)及二硫化物(RSSR)等，通常也叫酸气或酸性气体(acid gas)。天然气中最常见的酸性组分是H2S、CO2、COS。 天然气中含有酸性组分时，会造成金属腐蚀，并且污染环境。当天然气用作化工原料时，它们还会引起催化剂中毒，影响产品质量。此外，CO2含量过高，会降低天然气的热值。因此，必须严格控制天然气中酸性组分的含量，其允许值视天然气的用途而定。,当天然气中的酸性组分含量超过管输气或商品气质量要求时，必须采用合适的方法脱除后才能管输或成为商品气。从天然气中脱除酸性组分的工艺过程称为脱硫、脱碳，习惯上统称为天然气脱硫。脱硫后的天然气通常称为净气或净化气，而脱出的酸性组分一般还应回收其中的硫元素(硫磺回收)。当回收硫磺后的尾气不符合向大气排放的标准时，还应对尾气进行处理。 对于管输天然气，要求其H2S含量不应大于20mgm3。当天然气用作合成氨或合成甲醇原料气时，其硫含量要求小于1mgm3。如天然气采用深冷分离的方法回收凝液时，其CO2含量(甲)往往要求很低。因此，对天然气硫含量要求很严的天然气化工厂，或对天然气CO2含量要求很严的天然气加工厂，还应根据需要设置二次脱硫装置。,第三节 酸性气体的脱除,1. 脱除酸性气体的方法，应用较多的为： 化学溶剂法：用某种溶剂的水溶液在较低温度（2540）与酸性气体反应，脱除气体中的H2S和CO2，在较高温度（105）下使溶液再生，放出H2S和CO2 。在化学溶剂法中，常用各种胺类作溶剂，其净化效果好，工艺成熟，价格便宜，其中，乙醇胺（MEA）和甲基二乙醇胺（MDEA）应用较多，后者优点明显，有取代前者的趋势。,物理溶剂法：它以有机溶剂为吸收剂，依靠物理吸附剂作用除去酸性组分，酸性组分分压越高，越易被溶剂吸收。 直接转化法：使H2S直接转化为元素硫，主要用于低硫气体的净化。 干式床层法：用固体物质固定床吸附或者和酸性组分反应而脱硫或脱二氧化碳，所用固体物质包括天然气沸石、分子筛、活性炭和海绵状氧化铁等。 膜分离法：用气体组分通过薄膜渗透性能的区别，将某种气体组分从气流中分离和提浓，达到天然气脱酸性气的目的。适用于从天然气内分出大量CO2的场合。,变压吸附（PSA）技术 PSA是一种重要的气体分离技术，其特点是通过降低被吸附组分 的分压使吸附剂得到再生，而分压的快速下降又是靠降低系统总 压或使用吹扫气体来实现的。,2、天然气液化装置中，常用的净化方法有三种： 1）醇胺法 2）热钾碱法 3）砜胺法,1）醇胺法,一乙醇胺(MEA)的特点： （1）蒸气压高，挥发性强，溶剂的蒸发损失大； （2）碱性强，反应速度快，能够迅速吸收天然气中的酸性气体，易于降低天然气中酸性气体浓度； （3）腐蚀性强，溶液浓度低，溶液的循环量大，再生所需的热负荷高； （4）化学稳定性较好，在没有其他化学剂参与时，常沸点以下温度范围内不会发生降解和分解； （5）易氧化变质，因此储罐和缓冲罐应有甜气或氮气为覆盖气体； （6）对H2S和CO2的吸收无选择性，同时也吸收羰基硫(COS)和二硫化碳(CS2)并与之发生不可逆化学反应。,二乙醇胺(DEA)的特点： （1）蒸气压低，挥发性弱，溶剂的蒸发损失小； （2）碱性弱，与酸气化学键的结合力弱，所需再生热小； （3）腐蚀性较弱，溶液浓度较高（DEA水溶液的质量分数比一乙醇胺(MEA)高），溶液的循环量较小，再生所需的热负荷较低； （4）对H2S和CO2的吸收无选择性，同时也吸收羰基硫(COS)和二硫化碳(CS2)，而且与COS、CS2生成的化合物能再生，因而不需要复活釜。,二甘醇胺(DGA)的特点： （1）蒸气压低，挥发性弱，溶剂的蒸发损失小； （2）腐蚀性略低于MEA，二甘醇胺（DGA）水溶液的质量分数比一乙醇胺（MEA）高，溶液的循环量较小，再生所需的热负荷较低； （3）对H2S和CO2的吸收无选择性，同时也吸收羰基硫(COS)和二硫化碳(CS2)并与之发生不可逆化学反应。 （4）凝固点低（-12.5），适宜在高寒地区使用。,二异丙醇胺(DIPA)特点： （1）蒸气压低，挥发性弱，溶剂的蒸发损失小； （2）腐蚀性弱，溶液浓度高，溶液的循环量小，再生所需的热负荷低； （3）低压下能选择性地脱除H2S，但随着压力提高选择性下降，在较高压力下能同时脱除H2S和CO2； （4）二异丙醇胺（DIPA）能脱除羰基硫(COS)，而且易再生。,甲基二乙醇胺(MDEA)的特点： （1）蒸气压低，挥发性弱，溶剂的蒸发损失小； （2）甲基二乙醇胺（MDEA）比热低，所需再生热小； （3）腐蚀性低，溶液浓度高，循环量小，再生所需的热负荷低； （4）具有吸收选择性，对H2S的吸收能力比CO2高； （5）凝固点低（-14.6），适宜在高寒地区使用。,醇胺法脱酸气原理流程,1一原料气分离器；2一吸收塔；3一“甜气”出口分离器；4一循环泵；5一贫胺冷却器；6一闪蒸罐；7一除固过滤器；8一碳粒过滤器；9-增压泵；10-缓冲罐；1 1一贫富胺液换热器； 12一再生塔；13一回流冷凝器；14一回流泵；15一重沸器；16一回流罐,回收装置生产硫磺或送至火炬灼烧,固液杂质,分离出气体中可能携带的胺液,醇胺溶液吸收并和酸气发生化学反应形成胺盐,高温水蒸汽,液态水,高温使胺盐分解放出酸气溶液得到再生,2）热钾碱法（Benfield）,热碳酸钾法是人们熟悉的广泛用于脱除合成气中CO2的方 法，国内也常称为热钾碱法，由于溶液中常加入促进CO2 吸收的活化剂，所以亦称为活化的热钾碱法。其中， Benfield工艺是目前热钾碱法中使用最广的方法。,热碳酸钾的特点： （1）除酸气组分外，其他组分在溶液内的溶解度极少，可忽略有用气体组分的损失； （2）碳酸钾与H2S、CO2的反应热仅为胺法的一半左右，减少了再生所需的热量； （3）存在CO2时才能脱H2S，适用于CO2H2S比值高的酸性天然气，可脱除COS和CS2； （4）要求碳酸钾溶液质量分数小于35，否则将产生重碳酸盐类沉淀； （5）溶液内含有固体悬浮物和重烃时会产生发泡和溶剂损失； （6）溶液有极强的腐蚀性，需要向系统注入防腐剂。,3）混合溶剂吸收法砜胺法,吸收溶剂：环丁砜和二异丙醇胺(DIPA)水溶液 环丁砜、砜胺溶剂和一乙醇胺（MEA）溶液对H2S的吸收能力对比，可见环丁砜和砜胺法溶剂的H2S平衡溶解度和原料气内H2S分压成正比，而H2S在一乙醇胺（MEA）溶液内溶解度超过5 m3m3后，随原料气内H2S分压的增加基本不变。,砜胺法的特点： 酸气负荷高，而且原料气酸气分压越高，溶液的酸气负荷越高； 由于酸气负荷高，溶液循环量低，而且比热小，所以能耗和操作费用低； 净化度高，可同时脱除H2S和有机硫，达到国内外常用的管输标准； 砜胺溶液是良好的溶剂，会溶解管、阀和设备的密封材料，因此应作妥善处理； 砜胺溶液的降解物需经复活釜处理； 溶剂价格较贵。, ,天然气H2S及CO2含量； 天然气中有机硫含量，在含量高时应有硫醇、COS、CS2及 硫醚等的含量数据； 天然气的烃组成； 天然气处理量； 进料天然气的压力与温度； 产品天然气的质量要求（H2S、CO2、总硫、硫醇、水露 点及烃露点等）； 产品天然气的下游安排。,天然气脱硫脱碳工艺选择的原则 1、选择脱硫脱碳工艺所需的资料,2、影响天然气脱硫脱碳工艺选择的因素, ,首要因素是能否满足工艺要求； 脱硫脱碳装置如需下游装置配套（如胺法再生产生的酸气 需有处理装置）时则应综合考虑； 工艺可能产生的废气、废液、废料及其处理问题； 工艺的复杂程度、可靠性及工业经验； 估计的投资费用； 装置建设者的自身经验，这也是涉及工艺取舍的一个因 素。,天然气脱硫脱碳工艺选择的原则, ,通常情况下规模比较大的装置首先应考虑采用醇胺法的可能性； 原料气中碳硫比高（CO2/H2S摩尔比6时），为获得适用于常规克劳 斯硫磺回收装置的酸气（酸气中H2S浓度低于15%时无法进入该装置） 而需要选择性脱H2S，以及其它可以选择性脱H2S的场合，应选用选择 性MDEA法； 原料气中碳硫比高，且在脱除H2S的同时，还需脱除相当量的CO2时， 可选用MDEA和其它醇胺（例如DEA）组成的混合醇胺法或合适的配方 溶液法； 原料气中H2S含量低、CO2含量高且需深度脱除CO2时，可选用合适的 MDEA配方溶液法（包括活化MDEA法）； 原料气压力低，净化气的H2S质量指标严格且需同时脱除CO2时，可选 用MEA法、DEA法、DGA法或混合醇胺法。如果净化气中的H2S和CO2 质量指标都很严格，则可采用MEA法、DEA法或DGA法。,当需要脱除原料气中的有机硫化物时一般应采用砜胺法，即： 原料气中含有H2S和一定量的有机硫需要脱除，且需同时脱除 CO2时，应选用SulfinolD法（砜胺法）； 原料气中含有H2S、有机硫和CO2，需要选择性地脱除H2S和有 机硫时应选用SulfinolM法（砜胺法）； H2S分压高的原料气采用砜胺法处理时，其能耗远低于醇胺法； 原料气如经砜胺法处理后其有机硫含量仍达不到质量指标时，可 继之以分子筛法脱有机硫。, ,高压、高酸气含量的原料气可能需要在醇胺法和砜胺法之外选用 其他方法或者采用几种方法的组合。 主要脱除CO2时，可考虑选用膜分离法、物理溶剂法或活化 MDEA法； 需要同时大量脱除H2S和CO2时，可选用选择性醇胺法获得富含 H2S的酸气去克劳斯装置，再选用混合醇胺法或常规醇胺法以达 到净化气质量指标或要求； 需要大量脱除原料气中的CO2且同时还有少量H2S也需脱除时， 可选用膜分离法，再选用醇胺法以达到处理要求。,第四节 脱汞,汞这种重金属除对健康有害外，它对液化厂也有危害，因为它能破坏深冷段常用的铝制换热器（螺旋换热器、板式换热器）。 当存在水时汞会腐蚀铝，产生三氧化二铝（Al2O3）和氢，后者会引起应力腐蚀。 由汞产生的问题在一些气体处理厂，特别是Skika（阿尔及利亚）和Arun（印尼）液化厂，已使多数投资者认识到要通过脱汞单元来保护昂贵的深温单元。 一般认为汞浓度低于10纳克/Nm3时足以防腐。,脱汞方法, 美国硫浸煤基活性炭HGR 日本MR-3吸收剂。 HgSIV分子筛可干燥并脱除汞至0.01毫克/标准立方米。目前HgSIV分子筛已在超过25个天然气干燥器和6个液态天然气干燥器中得到采用，标准UOP干燥床中也采用了HgSIV。UOP HgSIV可在标准再生温度下将汞完全脱除。,第五节 其它杂质的脱除,苯，堵塞管路.脱除：吸附剂 氦气，重在回收 氮气，最终闪蒸的方法从液化天然气中选择性地脱除氮,39、把生活中的每一天，都当作生命中的最后一天。 40、机不可失，时不再来。 41、就算全世界都否定我，还有我自己相信我。 42、不为模糊不清的未来担忧，只为清清楚楚的现在努力。 43、付出才会杰出。 44、成功不是凭梦想和希望，而是凭努力和实践。 45、成功这件事，自己才是老板！ 46、暗自伤心，不如立即行动。 47、勤奋是你生命的密码，能译出你一部壮丽的史诗。 48、随随便便浪费的时间，再也不能赢回来。 49、不要轻易用过去来衡量生活的幸与不幸！每个人