LNG天然气液化项目技术方案

1、LNG天然气液化项目技术方案1.1技术比较天然气液化工厂的工艺过程基本包括预处理（净化）、液化、储存、装车及辅助系统等，主要工艺流程包括天然气 净化、液化和分离工艺。天然气净化工艺选择作为原料气的天然气，在进行液化前必须对其进行彻底净化。即除去原料气中的酸性气体、水分和杂质，如H2S、CO2、H2O、Hg和芳香烃等，以免它们在低温下冻结而堵塞、 腐蚀设备和管道。表1.1 -1列出了 LNG工厂原料气预处理标 准和杂质的最大含量。表1.1-1LNG原料气最大允许杂质含量杂质含量极限依据H2Ov 1ppmVA （在不限制产量条件下，允 许超过溶解极限）CO250 100ppmVB （极限溶解度）H

2、2SV3.5mg/Nm3(4ppmV)C （产品技术要求）总含硫量1050mg/Nm3CHgV 0.01(1 g/Nm3A芳香烃类< 10ppmVA或B环烷烃总量< 10ppmVA或B从原料气数据来看，原料气中水、CO2、Hg和芳香烃的含量均超标，必须进行净化。A ）脱CO2工艺选择天然气中含有的H2S和CO2统称为酸性气体，它们的存在会造成金属腐蚀并污染环境。此外，CO2含量过咼，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，以达到工艺和产品质量的要求。用于天然气脱除酸气的方法有溶剂吸收法、物理吸收 法、氧化还原法和分子筛吸附法。目前普遍公认和广泛应用 的溶剂

3、吸收法。它是以可逆的化学反应为基础，以碱性溶剂 为吸收剂的脱硫方法，溶剂与原料气中的酸组分（主要是 CO2）反应而生成化合物；吸收了酸气的富液在升高温度、 降低压力的条件下又能分解而放出酸气，从而实现溶剂的再 生利用。溶剂吸收法所用溶剂一般为烷醇胺类，主要有一乙醇胺（MEA ）、二乙醇胺（DEA ）、二异丙醇胺（DIPA ）、甲基二 乙醇胺（MDEA）等。本方案从适用性和经济性的角度考虑， 选择甲基二乙醇胺（ MDEA ）作为脱除酸性气体的溶剂。MDEA （ N-Methyldiethanolamine ）即 N-甲基二乙醇胺，分 子 式 为 CH3-N（CH 2CH2OH）2 ， 分 子 量

4、 119.2 ， 沸 点246248 C,闪点260 C,凝固点-21 C,汽化潜热519.16kJ/kg , 能与水和醇混溶，微溶于醚。在一定条件下，对二氧化碳等 酸性气体有很强的吸收能力，而且反应热小，解吸温度低， 化学性质稳定，无毒而不降解。纯 MDEA 溶液与 CO2 不发生反应，但其水溶液与 CO2 可按下式反应：CO2 + H2O = H+ + HCO3-(1)H+ + R2NCH3 = R2NCH3H+(2)式( 1)受液膜控制，反应速率极慢，式( 2)则为瞬间 可逆反应，因此式( 1)为 MDEA 吸收 CO2 的控制步骤，为 加快吸收速率，在 MDEA 溶液中加入活化剂 (R

5、2/NH) 后，反 应按下式进行：R2/NH + CO 2 = R2/NCOOH(3)R2/NCOOH + R2NCH 3 + H2O =R2/NH + R2CH3NH+HCO 3-(4)(3)+(4) ：R2NCH3+ CO2 + H2O = R 2CH 3NH +HCO 3-(5)由式(3)(5)可知，活化剂吸收了 CO?，向液相传 递CO?,大大加快了反应速度。 MDEA分子含有一个叔胺基 团，吸收 CO2 后生成碳酸氢盐，加热再生时远比伯仲胺生成 的氨基甲酸盐所需的热量低得多。从能耗、处理规模和投资运行成本等角度， MDEA 胺液 法是最合适的工艺，因此本方案选择 MDEA 胺液法脱酸

6、气。B）脱水工艺选择天然气中水分的存在往往会造成严重的后果：水分与天 然气在一定条件下形成水合物阻塞管路，影响冷却液化过 程；另外由于水分的存在也会造成不必要的动力消耗；由于 天然气液化温度低，水的存在还会导致设备冻堵，故必须脱 水。天然气脱水工艺方法一般包括：低温脱水、固体干燥剂 吸附和溶剂吸收三大类。冷冻分离主要用于避免天然气在温 度低时出现水化物，然而它所允许达到的低温是有限的，不 能满足天然气液化的要求；溶剂吸收通常包括浓酸（一般是 浓磷酸等有机酸） 、甘醇（常用的是三甘醇）等，但这些方 法脱水深度较低，不能用于深冷装置；固体干燥剂脱水法常 见的是硅胶法、分子筛法或这两种方法的混合使用

7、 天然气液化脱水必须采取固体吸附法，由于分子筛具有 吸附选择能力强、低水汽分压下的高吸附特性，以及同时可 以进一步脱除残余酸性气体等优点，因此本方案采用 4A 分 子筛作为脱水吸附剂。C）脱汞工艺选择目前，脱汞工艺主要有两种： 即美国 UOP 公司的 HgSIV 分子筛吸附法和采用浸硫活性炭使汞与硫产生化学反应生 成硫化汞并吸附在活性炭上。前者成本高，适用于汞含量高 的场合；后者运行成本低，适用于汞含量低的场合。一方面， HgSIV 分子筛运行成本很高；另一方面，本装 置的原料气中汞含量比较低。因此， 采用浸硫活性炭脱汞， 此种工艺本公司已有有成功的使用经验。1.1.2 天然气液化工艺选择迄今

8、为止，在天然气液化领域中成熟的液化工艺主要有 以下三种：阶式制冷循环工艺、混合制冷循环工艺和膨胀机 制冷循环工艺。A ）阶式制冷循环工艺阶式制冷循环是用丙烷（或丙烯） 、乙烷（或乙烯） 、甲 烷（或氮气）等制冷剂（蒸发温度分别为-38C、-85C、-160C） 进行的三级冷冻，使天然气在多个温度等级的制冷剂中与相 应的制冷剂换热，从而使其冷却和液化。经典的阶式制冷循环的优点是采用了 3 种制冷剂、 9 个 制冷温度梯度（丙烷、乙烷、甲烷各 3 个温度等级） ，使各 级制冷温度与原料气的冷却曲线接近，减少了熵值，比能量 消耗接近于理论的热力学效率的上限。而且该工艺操作灵 活，开停车快捷，易于初期

9、开车投产。但是阶式制冷也存在一些缺点，需要三个大型循环压缩 机，以及相当数量的冷换设备；流程长、设备多、控制复杂 等。B）混合制冷循环工艺混合制冷剂制冷循环是采用N2和C5烃类混合物作为循环制冷剂的工艺。该工艺的特点是在制冷循环中采用混 合制冷剂，只需要一台压缩机，简化了流程，降低了造价。但是从理论上讲，混合冷剂的组成比例应按照天然气原料的组成、压力、工艺流程而异，因此对冷剂的配比和原料气的 气质要求更为严格，一旦确定是不容易改变的。即使能做到 这一点，要使整个液化过程（从常温到 -162 C）所需的冷量 与冷剂所提供的冷量完全匹配是比较困难的，充其量只能局 部或一部分做到贴近冷却曲线。因此混合制冷剂循环流程的 效率要比九个温度梯度水平的阶式循环流程低。既然调节混合冷剂的组成比例使整个液化过程按冷却 曲线提供所需的冷量是困难的，那么合乎逻辑的推论是采用 折中的办法，分段来实现供给所需的冷量，以期液化过程的 熵增降至最小。因而，在混合冷剂循环的基