天然气液化原理

生产原理

一、天然气

1、性质

天然气是一种易燃易爆气体，和空气混合后，温度只要达到550℃就燃烧。在空气中，天然气的浓度只要达到5-15%就会爆炸。天然气无色，比空气轻，不溶于水。一立方米气田天然气的重量只有同体积空气的55%左右。

天然气的热值较高，35.6-41.9兆焦/立方米（约合8500-10000千卡/立方米）。

天然气的主要成分是甲烷，甲烷本身是无毒的，但空气中的甲烷含量达到10%以上时，人就会因氧气不足而呼吸困难，眩晕虚弱而失去知觉、昏迷甚至死亡。

天然气中如含有一定量的硫化氢时，也具有毒性。硫化氢是一种具有强烈臭鸡蛋味的无色气味，当空气中的硫化氢浓度达到0.31毫克/升时，人的眼、口、鼻就会受到强烈的刺激而造成流泪、怕光、头痛、呕吐；当空气中的硫化氢含量达到1.54毫克/升时，人就会死亡。因此，国家规定：对供应城市民用的天然气，每立方米中硫化氢含量要控制在20毫克以下

天然气的主要成分是甲烷（CH4），气标准沸点为111K（-162℃），临界温度为190K（-83℃）。标准沸点时液态密度426Kg/m3,标准状态时气态甲烷密度0.717 Kg/m3，两者相差约600倍。

2、生产目的

1.1合成生产出的甲烷气，采用林德工艺进行深冷液化制成液态天然气（LNG）。

1.2 LNG能量密度大，便于储存和运输。

1.3 LNG密度小、储存压力低，更加安全。

1.4 LNG组分纯净、燃烧完全、排放清洁。

1.5 LNG机动灵活，不受燃气管网制约。

3、生产任务

液化天然气50000 Nm³/h，400000000 Nm³/年。

二、生产原理

液化天然气是指天然气原料经过预处理，脱除其中的杂质后，再通过低温冷

冻工艺在-162℃下所形成的低温液体混合物，常见的LNG是Liquefied Natural Gas的缩写。

目前，世界上80％以上的天然气液化装置采用混合制冷剂液化循环，该循环以C1-C5的碳氢化合物及氮气等组成的多组分混合制冷剂为工质，进行逐级冷凝、蒸发、节流、膨胀，得到不同温度水平的制冷量，以达到冷却和液化天然气的目的。

1、原料预处理

天然气作为液化装置的原料气，首先必须对其进行预处理。天然气预处理主要是脱除其中的有害杂质及深冷过程中可能结晶的物质，也就是天然气中的H2S、C02、水分、重烃和汞等杂质。天然气预处理主要目的有：①避免低温下水与烃类组分冻结而堵塞设备和管道；②提高天然气的热值，满足气体质量标准；③保证天然气在深冷条件下液化装置能正常运行；④避免腐蚀性杂质腐蚀管道及设备。

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，严熏破坏铝的性质。极微量的汞含量足以给铝制设备带来严重的破坏，所以汞的含量应受到严格的控制。1.1酸性气体脱除

天然气除通常含有水蒸气外，往往还含有一些酸性气体。这些酸性气体一般是H2S、C02、COS与RSH等气相杂质。H2S、C02和COS，通常称为酸性气。气体低温液化要求H2S的含量低于4ppm，CO2的含量低于50ppm。

本项目正常情况下，粗原料气中硫和CO2已在低温甲醇洗单元脱除，仅在合成天然气副反应生成0.6188% (mol)的C02。此部分C02如不提前清除，进入天然气液化装置低温区，易成为固相析出，堵塞管道及换热器。由于进气中的 CO2 分压较低，选择 MEA 胺（乙醇胺）溶剂来脱除进气中的 CO2。

1.2脱水

1.2.1合成天然气中，一般都含有水蒸气（简称水气），水气是天然气中有害无益的组分。原因如下：

（1）然气中水气的存在，减小了输气能力，降低了天然气的热值；

（2）在液化装置中，水在低于零度时，将以冰或霜的形式冻结在换热器的表面和节流阀的工作部分；

（3）天然气和水会形成天然气水合物，天然气水合物是由天然气（主要是甲烷）和水分子在低温与高压下形成的类冰状的白色固体物质，也称为甲烷水合

物。由于天然气水合物含大量的甲烷气体而具有极强的燃烧力，可直接燃烧，因此又俗称为“可燃冰”，其密度为0. 88～0. 90g/cm3。它是半稳定的固态化合物，可以在零度以上形成，这些物质的存在会增加输气压降，减小油气管线通过能力，严重时还会堵塞阀门和管线，影响平稳供气。

水合物形成温度的影响因素主要有以下方面：①混合物中重烃，特别是异丁烷的含量；②混合物的组分．即使密度相同而组分不同，气体混合物形成水合物的温度也大不相同；③压力愈高，生成水合物的起始温度也愈高；④在输送含有酸性组分的天然气时，液态水的存在还会加速酸性组分( H2S，CO2等)对管壁、阀门件的腐蚀，减少管线的使用寿命。因此在一般情况下，天然气必须进行脱水处理，达到规定的含水气置指标后，才允许进入输送管线。

1.2.2脱水方法

为了避免天然气中由于水的存在造成堵塞现象，通常需在高于水合物形成温度时，就将原料气中的游离水脱除，使其露点达到-1OO℃以下。可用于天然气工业的脱水方法有多种，需根据具体情况，对各种可能采用的方法进行技术和经济指标的对比，选出最佳的天然气脱水工艺。

目前可用于天然气的脱水方法有冷却法、溶剂吸收法、固体吸附法、化学反应法，以及近年发展起来的膜分离法。由于冷却法脱水受条件因素影响较大，通常不能满足LNG露点要求，一般不在LNG项目中单独使用。

分子筛气体脱水是干燥LNG原料气的唯一工艺，因为它可以将水的含量降低到小于1ppm，这正是气体低温液化所要求的。本项目脱水采用双床层分子筛吸附。干燥站是一个双床层分子筛吸附站，循环周期为 12 个小时。脱硫气体向下流经其中一个进气干燥器。酸性气体中包含的水被降低至接近于零，因而下游的液化装置不会出现冻结。

分子筛同其他吸附剂相比，具有以下优点：

(1)分子筛吸附选择性强，它能按照物质分子大小进行选择吸附，一般只吸附临界直径比分子筛孔径小的分子。另外，它对极性分子也具有较高的选择吸附性。经过分子筛干燥后的气体，一般饱和含水量可达到0.1～1.Omg/kg。

(2)脱水用分子筛不吸附甲烷，从而避免了因吸附甲烷而使有效气损耗。

(3)分子筛具有高效的吸附性能，当其在天然气相对湿度或饱和水分压很低时，仍保持相当高的吸附容量，特别适用于深度干燥。这是因为分子筛的空腔多、孔道小，其比表面积比其他吸附剂大，一般为700～900m2/g。