2023学年完整公开课版液化天然气

1914年天然气液化技术开发成功；1942年在美国的克利夫兰建成了世界上第一座工业规模的LNG生产装置；1959年第一艘LNG运输船“甲烷先锋”号跨海运输，这是世界第一次实现液化天然气跨海运输。1975世界天然气液化装置达150多套（来往于中东、西欧、日本和美国之间）。天然气液化天然气长距离输送的缺点是阻力损失大，投资高，适合平原地区；对于地形复杂，大海阻隔地区，适用于液态运输，因为625m3/1m3液体。因此，天然气液化技术也是天然气加工的主要内容之一。一、天然气液化技术发展简史在LNG长距离运输方面发展十分迅速。到1993年，国际天然气贸易量为3467.3亿m3；，其中管输天然气量力2634.9亿m3,LNG贸易量为832.4亿m3(天然气),占总贸易量的约24％。预计到2020年，世界天然气贸易量将达到6250亿m3，其中大约仍有1/3的天然气将以LNG的方式成交。我国从90年代开始陆续建成了几套生产LNG的调峰型工业试验装置，为解决我国沿海一带的能源短缺问题，计划今后从外国进口一部分LNG。因此，今后我国的LNG工业将会有较大的发展。据2003年最新报道，美国亚美国际投资集团与濮阳民营企业双杰油水井技术服务有限公司将共同投资６５００万美元在濮阳建设全国最大的液化天然气（ＬＮＧ）生产基地，将在４年内全部完成。项目全部建成后，其优质液化天然气将极大地缓解我国中西部地区工业及民用天然气严重缺乏的局面。①基本负荷型：液化能力大，贮存能力也较大。以生产大量LNG供应用户或出口为目的。②调峰型：将平时管输来的相对富裕的天然气液化、贮存、以供用气高峰用。液化能力小，贮存和再汽化能力大。③终站装置：用于大量接受由船从基本负荷型工厂运来的LNG，将其储存和再汽化后分配给用户，其特点是液化能力小(主要是将储罐蒸发出天然气再液化)。而再气化能力及储罐容量很大。二、LNG生产装置分类天然气液化工艺原料气的预处理天然气液化原理与工艺天然气液化工艺中的主要设备一、原料气的预处理原料预处理主要是为深度脱除以下组分：

H2O：易生成水合物，用吸附法深度脱除；

CO2：与水生成水合物或固体干冰，用胺法脱除；

H2S：对设备有腐蚀作用，用胺法脱除；COS：防止与水反应生成H2S、CO2，也是用胺法脱除之；

Hg：对铝制换热器有腐蚀作用，用可再生的HgSIV吸附剂脱除；

N2：会增加LNG的蒸发损失，用闪蒸分离法脱除。

二、天然气液化原理及工艺

1．节流制冷循环依据焦耳一场姆逊效应，使压力气体通过节流阀膨胀而得以冷却并液化。这种循环的典型代表是以Linde循环。节流制冷循环的优点是设备简单、投资少，缺点是能耗高、效率低，一般液化比率仅为1％～2％，要用于LNG需要量少，同时气体有压差可供利用的小型LNG装置中。

2.膨胀机制冷循环即将高压天然气通过膨胀机膨胀，对外输出功，同时使气体自身冷却和液化。膨胀机制冷循环由于操作比较简单，投资适中，特别适合于液化能力较小的调峰LNG装置

这种循环是使天然气在多个温度等级的制冷介质中分别与相应的冷剂换热．从而使其冷却和液化。流程图见图6－123.阶式制冷循环缺点：机组多、流程复杂、冷剂用量大、需要专门生产和储存各种冷剂的设备、管道和控制系统复杂、维修不便。因此．这种循环在70年代曾广泛使用，现在新建的LNG装置已基本不采用。

4.混合冷剂制冷（MRC）

这种循环采用N2、C1～C5混合物作冷剂，利用混合物部分冷凝(或部分气化)的特点与原料气换热，使其冷却和液化。在换热过程中混合冷剂的制冷温度与原料气的冷却曲线接近一致。图10－3是一典型的混合冷剂制冷的天然气液化工艺流程。优点：能耗低、液化率高(达90％)、技术成熟、制冷循环与天然气液化系统各自独立、操作稳定；优点：只需一台混合制冷剂压缩机，流程简单，投资比阶式制冷少15％～20％，管理方便。缺点：能耗比阶式制冷高约20％，混合冷剂组份的合理配比困难。先用预冷冷剂将天然气冷却到一定温度，再用混合冷剂冷却液化，如右图所示：用丙烷按3个温度等级先将原料冷至-40℃；然后两级混合制冷将天然气冷却到-160℃。液化过程换热温差大大降低，埇效率较高，目前应用广泛。图10－5为这一工艺的流程图5.有冷剂预冷的混合冷剂制冷循环

这种有丙烷预冷的混合冷剂制冷循环是目前广泛采用的—种方法，其效率几乎接近阶式制冷循环，且流程简单，因而是今后的发展力方向。80年代后期新建和扩建的装置几乎无例外地采用此方法(现占有LNG装置的一半），此为Linde公司专利流程。有预冷的混合冷剂循环的关键设备是混合冷剂压缩机、预冷系统和换热器等

以独立的制冷系统(如N2或N2一CH4混合气体膨胀制冷循环等)提供冷量，从而使天然气冷却液化。优点：系统简单，体积小，操作方便，对原料气组分变化适应性强，液化率高，原料气预处理量少，一般用于小型LNG装置；缺点：能耗高。需配备氮气供应系统。关键设备：氮气压缩机、透平膨胀机、换热器、制氮或储氮设备。6.以低温制冷机为冷源的制冷循环三、天然气液化工艺中的主要设备主要设备：压缩机组，换热器。共占LNG装置总投资的80％左右。常用的压缩机有两类：离心式压缩机和轴流式压缩机。轴流式压缩机自80年代开始用于LNG装置，它的优点是效率高、功率大、投资省，故目前应用较多。大中型LNG装置的压缩机采用的驱动机有两种；