常用的天然气液化流程

常用的天然气液化流程
不同液化工艺流程，其制冷方式各不相同。

在天然气液化过程中，常用天然气液化流程主要包括级联式:液化流程、混合制冷剂液化流程与带膨胀机的液化流程，它们的制冷方式如下。

一、级联式液化流程
由若干个在不同温度下操作的制冷循环重叠组成，其中的高、中、低温部分分别使用高、中、低温制冷剂。

高温部分中制冷剂的蒸发用来使低温部分中的制冷剂冷凝，低温部分制冷剂再蒸发输出冷量，用几个蒸发冷凝器将这几部分联系起来。

蒸发冷凝器既是高温部分的蒸发器又是低温部分的冷凝器。

对于天然气液化，多采用由丙烷、乙烯和甲烷为制冷剂的三级复叠式制冷循环。

级联式液化流程的优点主要包括：
1、逐级制冷循环所需的能耗最小，也是目前天然气液化循环中效率最高的流程。

2、与混合制冷剂循环相比，换热面积较小；
3、制冷剂为纯物质，无配比问题；
4、各制冷循环系统与天然气液化系统彼此独立，相互影响少、操作稳定、适应性强、技术成熟。

级联式液化流程的缺点：
1、流程复杂、所需压缩机组或设备多，至少要有3台压缩机，初期投资大；
2、附属设备多，必须有生产和储存各种制冷剂的设备，各制冷循环系统不允许相互渗漏，管线及控制系统复杂，管理维修不方便；
3、对制冷剂的纯度要求严格。

根据级联式液化流程的以上特点，该流程无法满足小型撬装式LNG装置对设备布局要求简单紧凑的要求，因此只适用于大型装置，常用于2 X 104~5 X 104m3/d的装置。

通过优化设备的配置，级联式液化流程可以与在基本负荷混合制冷剂厂中占主导地位的带预冷的混合制冷剂循环相媲美。

二、混合制冷剂液化流程
该工艺是20世纪60年代末期，由级联式制冷工艺演变而来的，多采用烃类混合物(N2、C1、C2、C3、C4、C5)作为制冷剂，代替级联式制冷工艺中的多个纯组分，其组成根据原抖气的组成和压力确是，利用多组分混合物中重组分先冷凝、轻组分后冷凝的特性，将其依次冷凝、分离、节流、蒸发得到不同温度级的冷量，又据混合制冷剂是否与原料天然气相混合，分为闭式和开式两种混合制冷工艺。

混合制冷剂液化流程的特点是什么?
以C1~C5的碳氢化合物及N2等五种以上的多组分混合制冷剂为工质，进行逐级的冷凝、蒸发、节流、膨胀得到不同温度水平的制冷量，以实现逐步冷却和LNG的工艺流程称之为混合制冷剂液化流程（Mixed-Refrigerant Cycle，MRC），这种流程一般用于液化能力为7 X 104~30 X I04m3/d的装置。

与级联式液化流程相比，MRC的优点是：
1、机组设备少、流程简单、投资省，比经典级联式液化流程的投资费用低15%~20%左右；
2、管理方便；
3、对制冷剂的纯度要求不高；;
4、混合制冷剂组分可以部分或全部从天然气本身提取与补充。

其缺点是：
1、单级制冷剂的循环能耗比级联式液化流程高，一般高10%--20%左右；
2、混合制冷剂的合理配比难确走;
3、流程计算需提供各组分可靠的平衡数据与物性参数，计算固难。

MRC是目前最具活力和生命力的制冷工艺，其最大特点是混合工质在换热器内的热交换过程是一个变温过程，能与同样是混合组分的天然气相匹配，因此可使冷热流体间的换热温差保持较低的水平，这实质上等价于级联式液化流程在无穷级数时的极限，而且又避免了级联式系统复杂的缺点。

MRC代表了天然气液化技术的发展趋势。

从以上分析可以看出，混合制冷剂液化流程由于具有设备少、流程简单等优点，因此可以作为小型LNG装置的候选流程。

虽然能耗比级联式高，但是通过合理的流程设计，可以显著降低其能耗指标。

三、带膨胀机的液化流程
膨胀制冷循环多采用逆布雷顿循环(Reverse-Brayton)，在该循环中工质通过压缩机等熵压缩，经冷却器冷却，然后在透平膨胀机内等摘绝热膨胀并对外做功，从而获得低温气流来制取冷量。

在天然气液化过程中，膨胀制冷主要采用以下四种形式：天然气直接膨胀制冷、氮气膨胀制冷、氮气-甲烷混合膨胀制冷、气波制冷机--透平膨胀机联合制冷。

带膨胀机液化流程的制冷原理及特点是什么?
带膨胀机液化流程(Expandler Cyde)是指利用高压制冷剂，通过透平膨胀机绝熟膨胀的克劳德循环制冷，实现天然气液化的流程。

其关键设备是透平膨胀机，它具有较高的等熵效率及膨胀功可回收的优点。

因此，这种流程越来越受到液化能力较小的调峰型LNG装置的青睐，一般用于液化能力为7 X 104~ 70 X104m3/d的装置。

带膨胀机液化流程制冷的基本原理是：气体在膨胀机中膨胀降温的同时输出功，可用于压缩机驱动；当进入装置的原料气与离开装置的商品气存在"自然"压差时，液化过程将无需“从外界”补充能量，而是靠"自然"压差通过膨胀机制冷来实现。

根据制冷剂的不同，可分为氮气膨胀液化流程、氮气~甲烷混合膨胀液化流程和天然气直接膨胀液化流程.
1、天然气直接膨胀液化流程
该流程是指直接利用气田来的高压天然气，在膨胀肌中绝热膨胀到输送管道的压力，从而实现天然气液化的流程，特别适用于管线压力高、实际使用压力较低、中间需要降压的场合。

由于进人膨胀机的天然气不需要脱除C02，而只需对液化部分的原料气进行C02的脱除，预处理气量大为减少。

装置正常运转时，储罐蒸发的天然气经返回气压缩机压缩后，回到系统进行液化。

该流程可省去专门生产、运输、储存制冷剂的费用；具有流程简单、设备紧凑、投资小、调节灵活、工作可靠等优点。

但是，该液化流程不能获得像氮气膨胀液化流程那样低的温度、循环气量大、液化率低，且膨胀机的工作性能受原料气压力和组成变化的影响较大，对系统的安全性要求较高。

2、氮气膨胀液化流程
它是直接膨胀液化流程的一种变型，氮气制冷循环回路与天然气液化回路分开，氧气制冷循环为天然气提供冷量。

其优点是对原料气组分变化有较大的适应性，液化能力强，整个系统简单、操作方便；但冷热流体间的换热温差和换热面积较大，能耗较高，比混合制冷剂循环高40%左右。

3、氮气~甲烷混合膨胀液化流程
它是氮膨胀液化流程的一种改进，可缩小冷端的换热温差。

与混合制冷剂循环相比较，具有流程简单、控制容易、启动时间短，比纯氮气膨胀制冷节省10%--20%的动力能耗等优点。

四、如何选择液化装置的液化流程
如果液化装置的处理能力不大(2 X 104 --5 X 104m3 /d)，则前述液化流程都可采用；而对于所生产的LNG是供海运的大型液化装置（1.5 X 106 -5 X 106 m3 /d），则只能采用纯制冷剂或多组分制冷剂的级联式液化流程，这主要是因为级联式液化流程尽管从工艺上看较复杂，但与其他液化流程相比，其动力费用却较低。

对于液化装置的液化流程的选择，必须综合考虑以下因素：
1、装置的用途及处理能力；
2、被液化的天然气组成、压力以及产品组分、压力和温度等要求；
3、主要设备类型及性能。

不同液化流程的运行可靠性不仅依赖于液化流程与机械设备的稳定性，而且与控制回路的复杂程度有关，无论采用何种液化流程，当启动液化设备时，必须保证设备的冷却速率在20--30'C/h之间，以防止产生较大的热应力。

然而，各种液化流程的复杂程度与流程设备数量的不同，都将引起启动时间的差异。

因此，只有在对比分析不同液化流程的投资成本、比功耗、运行要求以及操作灵活性的基础上，才能确定最佳的液化流程。

首先，可以根据原料气的组成性质及液化产品要求，提出多种液化流程的候选方案；其次，采用适当的专业软件对这些候选液化就程进行模拟计算，目前，可供选择的国外专业软件主要包括HYSYS、HTFS、ASPEN PLUS、PRO/B和CHEMCAD等；最后，分析和比较关键的流程参数，从而确定最佳的液化流程方案.
基本负荷型液化装置常用什么液化流程
基本负荷型天然气液化装置的液化单元常用级联式液化流程和混合制冷剂液化流程。

20世纪60年代，最早建设的天然气液化装置多来用级联式液化流程；20世纪70年代，多采用混合制冷剂液化流程；20世纪80年代后，新建与扩建的基本负荷型天然气液化装置，几乎全部来用丙烷预冷混合制冷剂液化流程。

调峰型天然气液化装置常用什么液化流程
调峰型天然气液化装置常用以下三种类型的液化流程
1、锻联式液化流程，早期应用广泛，后来基本上停用；
2、混合制冷剂融化流程；
3、膨胀机液化硫程，由于该流程操作比较简单、投资适中，因此特别适用于液化能力小的调峰型天然气液化装置。