LNG液化工艺精讲PPT课件

液化天然气（LNG）技术,天然气液化技术,预处理的目的：脱除原料气中的有害杂质及深冷过程中可能固化的物质。如：硫化氢、二氧化碳、水分、重烃和汞等。不同类型的LNG工厂所处理的原料气不一样，因此处理方法和工艺也不尽相同。,1天然气的预处理,1.1天然气的预处理,表2.2最大允许杂质含量,注：1.A为无限时生产下的累积允许值；B为溶解度限制；C为产品规格。,1.2天然气的脱水技术,脱水常用方法：包括冷却法()、吸收法()、吸附法()。,（3）吸附法脱水工艺流程,吸附再生冷却,1.2天然气的脱水技术,1.3天然气中酸气的脱除,酸性气体一般是H2S,CO2、COS与RSH等气相杂质。脱除酸性气体常称为脱硫脱碳，或习惯上称为脱硫。在净化天然气时，可考虑同时除去H2S和CO2，因为醇胺法和用分子筛吸附净化中，这两种组分可以被一起脱除。,2.3.2脱硫方法的选择在天然气液化装置中，常用的净化方法有三种，即醇胺法、热钾碱法（Benfied）、砜胺法(Sulfinol)。,1.3天然气中酸气的脱除,醇胺法:利用以胺为溶剂的水溶液，与原料天然气中的酸性气体发生化学反应来脱除天然气中的酸性气体的，此法可同时脱除CO2和H2S。目前主要采用一乙醇胺及二乙醇胺为溶剂。,1.3天然气中酸气的脱除,1.3天然气中酸气的脱除,1.4其他杂质的脱除,汞：汞的存在会严重腐蚀铝制设备。当汞（包括单质汞、汞离子及有机汞化合物）存在时，铝会与水反应生成白色粉末状的腐蚀产物，严重破坏铝的性质。极微量的汞含量足以给铝制设备带来严重的破坏，而且汞还会造成环境污染，以及检修过程中对人员的危害。所以汞的含量应受到严格的限制。脱除汞依据的原理是汞与硫在催化反应器中的反应。,重烃：指C5+以上的烃类，在烃类中，分子量由小到大时，其沸点是由低到高变化的，所以在冷凝天然气的循环中，重烃总是先被冷凝下来。如果未把重烃先分离掉，或在冷凝后分离掉，则重烃将可能冻结从而堵塞设备。重烃在脱水时被分子筛等吸附剂部分脱除，其余的采用深冷分离。,1.4其他杂质的脱除,COS：其可以被极少量水水化，形成H2S和CO2，对设备造成腐蚀。易与回收丙烷相混。通常与H2S和CO2在脱酸时一起脱除。氦气：天然气是氦的最主要来源，应加以分离利用。采用膜分离和深冷分离相结合的方式脱除，有很高利用价值。氮气：其含量的增加会使天然气液化更困难。一般采用最终闪蒸法从LNG中选择性脱除。,1.4其他杂质的脱除,2天然气液化技术,天然气的主要成分是甲烷(CH4)，其标准沸点为111K(-162)。标准沸点时液态甲烷密度426kg/m3，标准状态时气态甲烷密度0.717kg/m3，两者相差约600倍。体积的巨大差异是采取液化方式储运天然气的主要原因。,LNG生产步骤和工艺装置图：,2天然气液化技术,2天然气液化工艺,天然气液化是一个低温过程。原料天然气经净化预处理后，进入换热器进行低温冷冻循环，冷却至-162左右就会液化。天然气液化工艺有：节流制冷循环膨胀机制冷循环阶式制冷循环混合冷剂制冷循环带预冷的混合冷剂制冷循环,3.1.1阶式制冷循环阶式循环,2天然气液化工艺,经典的阶式循环由三个单独的制冷循环（丙烷、乙烯、甲烷）串接而成（3个温度水平）。为使实际级间操作温度尽可能贴近原料气的冷却曲线，减少熵增，提高效率，用9个温度水平（丙烷段、乙烯段、甲烷段各3个）代替3个温度水平（丙烷段-38、乙烯段-85、甲烷段-160）。天然气3温度水平和9温度水平阶式循环的冷却曲线，见图3.2和图3.3。,2天然气液化工艺,图3.2三温度水平阶式循环的冷却曲线,图3.3九温度水平阶式循环的天然气冷却曲线,2天然气液化工艺,阶式液化流程也被称为级联式液化流程、复叠式液化流程或串联蒸发冷凝液化流程。由于阶式循环能耗低，技术成熟，最早建成的基地型LNG工厂采用了这种液化工艺。阶式液化流程分三级压缩制冷，逐级提供冷量液化天然气，各级所用的制冷剂分别为丙烷(大气压下沸点-42.3)、乙烯(大气压下沸点-104)、甲烷(大气压下沸点-162)，每个制冷剂循环中均含有三个换热器。,2天然气液化工艺,阶式制冷原理图,1,2,3,9,8,7,6,5,4,冷却水,LNG,残余气,天然气,1、2、3丙烷、乙烯甲烷压缩机；4、5、6丙烷、乙烯、甲烷蒸发器；7、8、9丙烷、乙烯、甲烷冷凝器,阶式循环流程图,2天然气液化工艺,2天然气液化工艺,阶式制冷循环优缺点：优点：能耗低，使用九阶式液化，使各级制冷温度与原料气的冷却曲线接近，减少了熵增，比能量消耗接近于理论的热力学效率上限。制冷剂为纯物质，没有配比问题，操作稳定。技术成熟，压缩机的喘震减少。,2天然气液化工艺,缺点：机组多，流程复杂。需要三个大型压缩机以及相当数量的备件。附属设备多，要有专门生产和储存多种制冷剂的设备。管道与控制系统复杂、维护不便。需要大量的管线、阀门以及控制原件和调节设备。整个系统的庞大与复杂使得控制系统比较复杂。,3.1.2混合制冷剂液化流程（MRC-Mixed-Refrigerant-Cycle）MRC是以C1-C5的碳氢化合物及N2等五种以上的多组分混合制冷剂为工质，进行逐级的冷凝、蒸发、节流膨胀得到不同温度水平的制冷量，以达到逐步冷却和液化天然气的目的。混合制冷剂的制冷原理与纯单组分制冷剂的制冷原理大致相同，即都是通过冷剂液体的汽化，与被冷介质进行热交换，使其降温。与纯组分制冷剂不同的是，混合制冷剂产生的冷量是在一个连续的范围之内，纯组分制冷剂产生的冷量是在一个固定的温度上。,2天然气液化工艺,2天然气液化工艺,以混合制冷剂制冷循环为基础的天然气液化流程是目前应用最广泛的液化工艺。MRC是目前最具代表性且应用最为广泛的混合制冷剂循环工艺。MRC循环是由美国APCI公司于六十年代末开发成功的混合制冷剂制冷循环，该工艺的主要特色是APCI公司发明的一台深冷的、集成化的主换热器和多组分混合制冷剂。MRC主换热器是MRC制冷系统的核心。,3.1.2.1无预冷的混合制冷剂液化流程,典型的无预冷MRC流程图,2天然气液化工艺,2天然气液化工艺,MRC循环主要特点由于MRC循环采用单一的多组分制冷剂，因此只需一台循环压缩机，而不像阶式制冷循环那样需要有多台制冷压缩机，仅此一项就使得MRC循环的设备投资大大降低。MRC循环的加热曲线可与天然气原料的冷却曲线较好地匹配，因此可大大减少制冷功率。使用一台集成换热器（即MRC主换热器），在设备费用和易于制造方面也具有显著的优势。利用节流阀降压可以减少LNG产品的蒸发损失；采用制冷压缩机的级间分离器，可减少压缩机的操作功率。,2天然气液化工艺,3.1.2.2丙烷预冷混合冷剂制天然气液化流程工艺流程丙烷预冷混合制冷剂循环液化天然气流程由三部分组成：混合制冷剂循环丙烷预冷循环天然气液化回路在此液化流程中，丙烷预冷循环用于预冷混合制冷剂和天然气，而混合制冷剂循环用于深冷和液化天然气。,2天然气液化工艺,APCI丙烷预冷混合制冷剂液化流程,2天然气液化工艺,丙烷预冷混合制冷剂液化流程,丙烷预冷混合制冷剂液化流程,2天然气液化工艺,3LNG接收终端,LNG接收终端的工艺系统包括：,3LNG接收终端的工艺系统,4LNG储存,LNG球形储罐（民用燃气气化站，LNG汽车加注站等）,4LNG储存,球形LNG储罐低温液体球罐的内外罐均为球状。工作状态下，内罐为内压力容器，外罐为真空外压容器。夹层通常为真空粉末隔热。球罐的内外球壳板在压力容器制造厂加工成形后，在安装现场组装。球壳板的成形需要专用的加工工艺保证成形，现场安装难度大。球罐的使用范围为2001500m3，工作压力0.21.0MPa。容积200m3时，应当选用在制造厂整体制造完工后的圆筒罐产品出厂为宜。容积超过1500m3，外罐的壁厚太厚，这时制造的最大困难是外罐而非内罐。,4LNG储存,圆柱形LNG储罐,圆柱形LNG储罐（民用燃气气化站、LNG汽车加注站、卫星式液化装置，工业燃气气化站、小型LNG生产装置）,立式储罐的工艺流程如图所示，包括：进、排液系统；进、排气系统；自增压系统；吹扫置换系统；仪表控制系统；紧急切断阀与气控系统；安全系统；抽真空系统；测满分析取样系统；以及易熔塞、阻火器等安全设施。,4LNG储存,4LNG储存,4LNG储存,典型的LNG储槽如右图所示全封闭围护系统LNG储槽，其容量为80000m3。属于地上特大型储槽。多用于LNG终端接收站。,4LNG储存,地上罐常见的是双层金属储罐，其外层用钢外壳，内层用含镍9%的钢板，内外层之间有环空间，充填珍珠岩绝热层并内充N2。罐底基础有承受载荷的绝热层，为防止冻坏基础，在基础下面加热装置来保持一定的温度。,4LNG储存,LNG冷量利用发电：采用朗肯循环发电，LNG冷量回收当量为2040kWh/t。空气分离：制取液体氮、氧、氩，电耗。电耗从常规空气分离的11.2kWh/m3下降0.5kWh/m3，还可减少建设费用。生产液态二氧化碳：利用LNG冷量生产液态二氧化碳，电耗为203kWh/m3，与常