新型天然气液化装置工艺流程及设备特点分析

新型天然气液化装置工艺流程及设备特点分析
作者：朱永根
来源：《科技创新与应用》2016年第20期
摘要：随着我国经济的快速发展，需要大量的能源作为支撑。

天然气作为一种重要的清洁能源在我国的能源比重中越来越大，为方便天然气的运输与储存需要做好天然气的液化，从而使得单位体积内能够存储更多的天然气。

随着科技的发展以及大量新技术在天然气液化生产中的应用，使得天然气的液化效率与液化质量都得到了大幅的提升。

文章将在分析天然气液化工艺的基础上对某一新型的天然气液化装置进行分析阐述，通过对天然气液化装置中的脱碳、脱水以及液化这一天然气液化工艺中的三大工艺流程进行详细的介绍。

关键词：天然气液化装置；液化工艺；分析
前言
天然气是石油的伴生物同时也是一种重要的清洁能源，每年全世界都需要消耗大量的天然气。

现今我国每年都会进口大量的天然气.为方便天然气的运输与储藏可以采用将天然气液化的方式来减少天然气的体积。

为更好的得到并利用液化天然气（LNG），需要在液化天然气（LNG）制取工艺特点的基础上做好液化天然气（LNG）制取技术的分析和生产设备的选择。

1 液化天然气（LNG）的特点
液化天然气（LNG）相对于压缩天然气（CNG）具有以下特点：（1）相对于压缩天然气，液化天然气（LNG）密度更高，能够更好的降低运输与储存的成本。

（2）燃烧释放的热量较大。

（3）液化天然气（LNG）清洁环保，污染低。

现今我国对于天然气的需求量巨大，除了使用天然气管道从陆上进行运输外，每年所进口的液化天然气（LNG）多采用的是由专用的LNG船进行运输，各主要液化天然气的接收站都主要分布在沿海大型的港口码头，为提高天然气的使用效率，需要做好天然气的液化天然气的制取。

文章在分析液化天然气制取工艺特点的基础上对一种新型的液化天然气生产装置进行分析阐述。

2 液化天然气生产装置的工艺流程及设备分析
某调峰型LNG生产装置设计天然气利用为50万立方米/天，设计年产液化天然气10万吨，在液化天然气的生产制备装置采用的是国外先进的单循环混合制冷剂的液化方式，相较于传统的级联式天然气液化方式以及其他的混合制冷剂液化方式，在能源消耗、制取成本以及运行维护方面都有着较大的提升，同时采用单循环混合制冷剂的液化方式能够极大的减少仪表的数量，从而使得液化天然气的生产装置生产、运行成本大为降低。

在液化天然气的制备工艺中
主要分为三个阶段，分别为：（1）预处理阶段，在这一阶段中主要是为了去除天然中所含有的二氧化碳、水等的杂质，对天然气进行脱酸干燥。

（2）完成了预处理后进入天然气的液化分离阶段，在此阶段中通过使用氮气及其他多分子烃类物质所组成的制冷剂对天然气进行液化分离得到所需要的液化天然气。

（3）将液化后的天然气进行储存和运输并补充前一阶段所消耗的制冷剂。

2.1 天然气的脱碳脱酸工艺流程及设备
在液化天然气的制备之初需要对普通天然气进行脱碳和脱酸处理用以去除天然气中所含有的水分和二氧化碳等杂质，避免此类杂质在后期冷却中冻结堵塞天然气液化设备。

在整个液化天然气设备的预处理工作中主要分为两个部分，首先普通天然气以4.0-4.5MPa的压力进入过滤分离器中去除天然气中所含有的锈渣和砂石等的杂质，而后将完成过滤的后的天然气通入到胺液处理区，通过其天然气在胺接触塔内自下而上与甲基二乙醇MDEA溶液吸收剂进行充分的接触，从而将天然气中所含有的二氧化碳吸收去除，完成处理后的天然气温度从进入装置后的常温20℃升到了40.7℃，而后需要将天然气经过冷却降温，经过处理后的天然气中的浓度将大幅下降，天然气的压力将下降到3.9MPa。

在工序处理中，吸收二氧化碳的富胺液从胺接触塔中流出进入闪蒸罐减压，在闪蒸罐内完成胺液与二氧化碳的分离，完成胺液的循环利用。

减少天然气液化的生产成本。

完成再生后的胺液再将其重新泵入胺接触塔中，而后继续使用其完成对于二氧化碳的吸收。

整个天然气的二氧化碳吸收系统不断循环，并通过自动控制系统确保脱碳装置安全、可靠运行。

2.2 液化天然气生产预处理中的脱水流程及设备
在液化天然气生产预处理脱水中主要采用的是两套分子筛干燥床系统完成对于天然气的干燥，从而有效的将天然气中所含有的水分含量降低到1ppmv以内，确保液化天然气后续工序的正常进行。

在天然气脱水工序中，首先将完成脱碳后的天然气通入到分子筛过滤分离器中以除去天然气中所携带的胺液杂质，而后对完成过滤的天然气使用两组分子筛干燥器对其进行干燥，而后将干燥后的天然气依次通过粉尘过滤器、汞脱离器、汞脱离粉尘后即可进入下一步的天然气液化环节，需要注意的是在天然气的脱水环节还可以通过调节奥比特开关阀来控制分子筛的再生，其主要原理是通过使用少量的再生气来完成分子筛中的水分的吸收，从而使得分子筛可以重新在此得以利用，通过这一环节可以很好的降低天然气液化的成本。

2.3 天然气的液化流程与设备
在完成了对于天然气的前期预处理后，将完成预处理的天然气导入到液化阶段，天然气首先进入冷箱进行冷却，冷箱采用的是高效铝制板翅型换热器，能够最大限度的提高换热效率，减少能源浪费。

冷箱内采用的是混合型冷却剂（由氮气、甲烷、乙烯等组成）来进行制冷，在这一环节，纯净的天然气从前期净化后的常温迅速冷却至-161℃实现液化，而后将液化后的天然气送至LNG储藏罐进行存储，以上时天然气液化的流程。

在天然气液化的过程中需要注意混合冷却剂的制备和压缩，其对于天然气的迅速冷却效果有着极为重要的影响。

冷剂吸收罐是天然气液化工艺中的第一个设备，其中的制冷剂组分别来自甲烷、氮气以及丙烷、乙烯和其他混合烃，其中所使用的甲烷主要来自于脱水阶段，主要用于分子筛脱水的再生气，其被引入冷却剂吸收罐。

氮气在制冷的过程中主要通过界区外进行引入吸收进冷却吸收罐中，丙烷则是通过与天然气进行混合、干燥后进入冷却剂吸收罐。

冷却剂引入对于确保冷却效果极为重要，在冷却的过程中需要将多余的制冷剂进行回收并引入到冷剂吸收罐中进行重复利用，以达到节能增效的目的。

在冷却的过程中，还会混杂有一些从冷却压缩机的一级压缩出后所引出的气态冷却剂会进入到冷却罐中，这些冷剂主要实现吹扫的作用。

同以上冷剂的分组共同进入冷剂吸收罐中并进行充分的混合即可完成对于天然气液化中所使用的冷却剂（气态）的制备。

在完成了对于冷剂的气态制备后还需要将其转变为低温液态才能为天然气的急速冷却提供充足的冷量，为了制备低温液态的冷却剂需要使得常温气态冷剂经过压缩-冷凝-冷却-膨胀的一系列的流程，并在膨胀的过程中与原料气进行热交换，从而使得纯净的天然气能够迅速的凝结为超低温的液体。

在对于液态制冷剂的制备上为达到良好的制备效果，需要采用两级压缩的压缩机，其工作排量需要达到60000立方米/小时。

在冷剂压缩的过程中，首先经过的第一级压缩，使得制冷剂的压力与温度都得到提升，而后将压缩后的制冷剂进入到一级冷却器中冷却至气液混合的状态，而后将这一混合状态的气液混合相经过气液分离，将其中的液相部分导入到一级冷剂增压泵中进行增压，而气相部分则从一级气液分离器中的顶端溢出，并将其导入到冷剂压缩机中进行再次的压缩，以得到高压气态冷剂，而后将高温气态冷剂与高温液态冷剂在共同管路中进行混合，使两者形成混合，而后将这一混合态的气液相导入到二级冷凝器与二级气液分离器中重复上述步骤，将二级气液分离器顶部所溢出的气态冷剂导入到冷箱中，而将分离的液态冷剂经过增压后导入到重烃热交换器中进行急速降温，对于完成降温后的液态冷剂将其导入到冷箱中，通过以上的环节即可使得天然气液化所需要的冷剂的制备趋于完成。

在整个天然气液化的工艺流程中，其是一个复杂的循环体，上述流程仅是对天然气液化流程的简要描述，为控制这一复杂的流程还需要做好对于天然气液化的自动化控制，以提高天然气液化的效率与效果。

2.4 天然气液化工艺流程中所使用的制备设备
在天然气液化的工艺流程中涉及到大量复杂的设备，根据设备的功用及运动情况可以将其分为：动、静设备和其他设备几种。

在天然气液化中所使用的静设备主要包括有干燥器、分子筛、冷箱、液态天然气储藏罐以及天然气液化过程中所使用的各种罐储容器、冷却交换器等。

在天然气液化中所使用的动设备主要包括有：制冷剂压缩机（其主要使用氮气、甲烷、乙烯以及混合烃等所组成的混合制冷剂）、低压蒸发气压缩机、高压蒸发气压缩机以及各种配套的泵系统。

天然气液化装置中的其他各类配套装置主要指的是：各种连接用的工艺管道、天然气液化自动控制系统，以及各种规格的压力仪表、阀门和分析仪等，在天然气液化流程中所使用的各种连接工艺管道为确保其连接效果需要使用大量的耐压钢管并配套有相应管径的法兰、接头等，由于管道的工况较为恶劣，需要确保天然气液化中所使用的各种钢管、法兰以及接头等具有良好的耐腐蚀、耐低温以及防锈效果，确保天然气液化的安全生产。

天然气液化工程量大且复杂，为提高天然气液化过程中的自动控制的效果，在天然气液化过程中的自动控制中采用的是分布式的DCS集散控制系统，以提高其的控制效果与可靠性。

在天然气液化装置所使用的铺筑装置中，需要使用大量的一次仪表和DCS二次仪表，如温度计、压力表、液位计、温度
变送器、压力变送器等的装置和设备，为确保天然气液化装置的安全可靠的运行提供准确的测量数值。

3 天然气液化系统所使用的其他辅料
在天然气液化装置所使用的原料气需要控制其质量，以提高天然气液化后的质量和效率，实现节能增效。

在天然气液化过程中所使用的辅料主要指的是天然气液化工艺中所需要用到的各种原料组分，对于所使用的胺液MDEA和分子筛干燥剂需要使用进口原料，其他辅料则采用的是国产品牌。

在天然气液化中的公共装置中所使用的燃料则主要由本天然气液化装置中的甲烷。

在天然气液化装置中还需要做好装置的防雷和防静电处理，为确保天然气液化装置的顺利运行，需要在天然气液化装置的设备、管道以及构架等区域设置好专用的防静电装置，以避免静电感应造成安全事故。

新型天然气液化装置采用单循环混合制冷剂液化方式，在能耗与效率方面都有了较大的进步。

能够更好实现天然气液化生产。

4 结束语
天然气是一种极为重要的优质能源，通过对天然气进行液化可以使得存储和运输更为方便。

文章在介绍一种新型天然气液化制取装置及配套工艺和设施的基础上对该天然气制取装置中的节能增效的设置进行了分析阐述，其采用先进的换热器、使用循环再生气以及合理布局管道等的方式来减少能量的浪费，能够在天然气液化制备中取得良好的效果。

参考文献
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