工艺技术方案

工艺技术方案

4.1 工艺技术方案的选择

4.1.1 工艺路线确定的原则

(1先进性原则

先进性是指在工艺流程选择时技术上的先进程度和经济上的合理可行。先进性的评价包括基建投资、生产成本、消耗定额以及劳动生产率等方面。选择的生产方法应达到物料损耗较小、物料循环量较少并易于回收利用、能量消耗较少和有利于环境保护等要求。

(2可靠性原则

可靠性主要是指所选择的生产方法和工艺流程是否成熟可靠。要选择一些比较成熟的生产方法和工艺, 避免只考虑先进性的一面, 而忽视不成熟、不稳妥的一面。另外,要考虑原料供给的可靠性,对于一个建设项目, 必须保证在其服务期限内有足够的、稳定的原料来源。 (3合理性原则

合理性是指在进行工艺流程选择时, 应该结合我国的国情, 从实际情况出发,考虑各种问题,即宏观上的合理性。

4.1.2 国内、外工艺技术概况

1941 年在美国克利夫兰建成了世界第一套工业规模的 LNG 装置,液化能力为8500 m3 /d。从 60 年代开始, LNG 工业得到了迅猛发展, 规模越来越大。据相关资料显示, 目前各国投产的 LNG 装置已达 160 多套, LNG 出口总量已超过 46.18 ×106 t/a。

4.1.2.1国外研究现状

国外的液化装置规模大、工艺复杂、设备多、投资高,基本都采用阶式制冷和混合冷剂制冷工艺, 目前两种类型的装置都在运行, 新投产设计的主要是混合冷剂制冷工艺, 研究的主要目的在于降低液化能耗。制冷工艺从阶式制冷改进到混合冷剂制冷循环, 目前有报道又有 C Ⅱ -2 新工艺,该工艺既具有纯组分循环的优点,如简单、无相分离和易于控制, 又有混合冷剂制冷循环的优点, 如天然气和制冷剂制冷温位配合较好、功效高、设备少等优点。

法国 Axens 公司与法国石油研究所 (IFP 合作,共同开发的一种先进的天然气液化新工艺 -Liquefin 首次工业化,该工艺为 LNG 市场奠定了基础。其生产能力较通用的方法高 15%-20% , 生产成本低 25% 。使用 Liquefin 法之后, 每单元液化装置产量可达 600 × 104 t/a 以上。采用 Liquefin 工艺生产 LNG 的费用每吨可降低25%。该工艺的主要优点是使用了翅片式换热器和热力学优化后的工艺, 可建设超大容量的液化装置。 Axens 已经给美国、欧洲、亚洲等几个主要地区提出使用该工艺的建议,并正在进行前期设计和可行性研究。 IFP 和 Axens 开发的 Liquefin 工艺的安全、环保、实用及创新特点最近已被世界认可,该工艺获得了化学工程师学会授予的“ 工程优秀奖” 。

美国德克萨斯大学工程实验站, 开发了一种新型天然气液化的技术 -GTL 技术已申请专利。该技术比目前开发的 GTL 技术更适用于小规模装置,可加工 30.5 ×104 m3 /d 的天然气。新工艺比原有技术简单的多,不需要合成气,除了发电之外,也不需要使用氧气。其经济性、规模和生产方面都不同于普通的费托 GTL 工艺。

4.1.2.2国内研究现状

早在 60 年代, 国家科委就制订了 LNG 发展规划, 60 年代中期完成了工业性试验, 四川石油管理局威远化工厂拥有国内最早的天然气深冷分离及液化的工业生产装置,除生产 He 外,还生产 LNG 。 1991 年该厂为航天部提供 30t LNG 作为火箭试验燃料。与国外情况不同的是, 国内天然气液化的研究都是以小型液化工艺为目标,以下就国内现有的天然气液化装置工艺作简单介绍。

(1膨胀制冷工艺

膨胀制冷工艺, 是指利用高压制冷剂通过透平膨胀机绝热膨胀的克劳德循环制冷实现天然气液化的制冷循环。气体在膨胀机中膨胀降温的同时,对外做功,可用于驱动流程中的压缩机。流程中的关键设备是透平膨胀机。

根据制冷剂的不同, 可分为天然气膨胀液化流程、氮气膨胀液化流程、氮 -甲烷膨胀液化流程。这类流程的优点是:

流程简单、调节灵活、工作可靠、易起动、易操作、维护方便; 如有可利用的管网压差, 可用天然气本身做制冷工质, 能省去专门生产、运输、储存制冷剂的费用。缺点是:送入装置的气体必须全部深度干燥;回流压力低,换热面积大,液化率低,势必出现部分再循环,其结果引起功耗增大。

带膨胀机的液化流程操作比较简单, 投资适中, 特别适合液化能力较小的调峰型天然气液化装置。

(2混合冷剂制冷工艺

混合冷剂制冷循环克服了阶式制冷循环的某些缺点。它采用混合式的制冷剂、制冷剂压缩机。制冷剂是根据要液化的天然气组分而配制的,经充分混合,内有 N 2、 C 1~C 5碳氢化合物。

多组分混合制冷剂,进行逐级冷凝、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。

与阶式制冷循环相比,其优点是:机组少、流程简单、投资省, 投资比阶式制冷循环少 15~20%; 管理方便; 制冷剂可从天然气中提取和补充。

缺点是:混合冷剂操作时合理调配较为困难, 但可通过阶段性的模拟计算重新配制冷剂或通过冷剂重组分流量控制来解决。

4.1.3工艺技术方案的比较和选择

天然气液化装置包括原料气的净化处理、净化天然气的液化和液化天然气储存三个过程。工艺方案的比较和选择主要是针对以上三个过程。原料气的净化处理包括原料气增压、原料气净化两个主要工艺过程。净化的天然气液化处理主要包括液化冷箱、制冷剂储存、自冷及循环三部分。

4.1.3.1 原料气增压

液化过程的液化压力直接关系到液化温度,即关系到液化能耗。天然气压力越高其冷凝 (即液化温度越高。根据制冷原理,取得不同温度下的同样制冷量所消耗的制冷功率是不一样的, 温度越低则消耗的制冷功率就越高。因此, 提高原料气的压力,可以节省压缩原料气和制冷的总功率, 但同时考虑到压力过高将会增加静设备的投资, 并且增加压缩机的级数。因此,确定原料气增压到 5MPa 。

4.1.3.2 原料气净化

天然气在进行液化前, 应对其进行彻底净化, 即除去原料气中的酸性气体、水分和杂质,如 H 2S 、 CO 2、 H 2O 、 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。

下表列出了天然气液化工艺要求原料气净化后净化气中最大允

许杂质含量。

表 4.1-1 净化气质量要求