LNG液化工艺专题培训课件

乙烷 制冷单元
换热器
节流阀
甲烷 制冷单元
节流阀
2019/12/21
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2 天然气液化工艺
阶式制冷循环优缺点：
优点： ⑴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。
⑵制冷剂为纯物质，没有配比问题，操作稳定。 ⑶技术成熟，压缩机的喘震减少。
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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(√)。
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LNG 3
1.2 天然气的脱水技术
（3）吸附法脱水工艺流程 吸附 再生 冷却
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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。
1 天然气的预处理
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。
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1.1 天然气的预处理
杂质 H2O CO2 H2S COS 总含S量 Hg 芳香烃族
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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。
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2 天然气液化技术 LNG生产步骤和工艺装置图：
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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
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1.3 天然气中酸气的脱除
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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。
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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
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图3.3九温度水平阶式循环的天然气冷却曲线 LNG 16
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。
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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。
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1.4 其他杂质的脱除
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。
表2.2 最大允许杂质含量
含量极限 <0.1mg/l (ppm)
50~100mg/l 3.5mg/Nm3
<0.1mg/l 10~50mg/Nm3
0.01µg/Nm3 1~10mg/l
依据 A B C C C A
A或B
注：1.A为无限时21
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2 天然气液化工艺
3.1.1 阶式制冷循环
阶式循环
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。
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LNG 5
1.3 天然气中酸气的脱除
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)。
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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。
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。
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2 天然气液化工艺
阶式制冷原理图
天然气
4
5
6
残余气
LNG
1
2
3
7
8
9
冷却水
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
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2 天然气液化工艺
阶式循环流程图
换热器 换热器 换热器
水冷器
原料气
丙烷制冷剂
节流阀
丙烷 制冷单元
换热器
乙烷制冷剂 甲烷制冷剂
节流阀