LNG的液化知识

准状况下蒸发气密度是空气60%。当LNG压力降到沸点压力以下时，
将有一定量的液体蒸发成为气体，同时液体温度也随之降低到其 在该压力下的沸点，这就是LNG闪蒸。由于压力/温度变化引起的 LNG蒸发产生的蒸发气处理是液化天然气储存运输中经常遇到的问 题。
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一. LNG的基本性质

泄露特性：LNG泄漏到地面，起初迅速蒸发，当热量平衡后便降到某一 固定的蒸发速度。当LNG泄漏到水中会产生强烈的对流传热，在一定的 面积内蒸发速度保持不变，随着LNG流动泄漏面积逐渐增大，直到气体 蒸发量等于漏出液体所能产生的气体量为止。泄漏的LNG以喷射形式进 入大气，同时进行膨胀和蒸发，与空气进行剧烈的混合。
LNG基本知识及液化 技术介绍
北帕斯天然气液化项目组 设计管理部
目录
一、LNG的基本性质
二、LNG产业链
三、天然气液化技术介绍
四、北帕斯天然气液化工艺简介
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一. LNG的基本性质
1. LNG的物理性质
主要成分：甲烷 临界温度：190.58K
在常温下，不能通过加压将其液化，而是经过预处理，脱除重烃、 硫化物、二氧化碳和水等杂质后，深冷到-162OC，实现液化。
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二. LNG产业链
3）储存和装载 液化天然气（LNG）液体产品被储存在达到或接近大气压的保温储 罐中，最常见的储罐类型有单容储罐、双容储罐、全容储罐。 4）运输 海上LNG运输需专门的运输船，将液态产品在常压或接近大气压条 件下储存在LNG船保温舱内。在运输途中有一部分LNG蒸发，这些蒸 发气可作为运输船的燃料。 5）接收站 LNG产品通过码头从运输船上卸下、储存，而后再气化后变成普通 管道气输送给发电厂或通过当地分销网络作为燃料气输送到最终用 户。
时，分界面消失，液层迅速混合并伴有大量液体蒸发，此时蒸发率远 高于正常蒸发率，出现翻滚。
快速相态转变（RPT）：两种温差极大的液体接触，若热液体温度比冷
液体温度沸点温度高1.1倍，则冷液体温度上升极快，表层温度超过自 发成核温度（当液体中出现气泡），此过程冷液体能在极短时间内通
过复杂的链式反应机理以爆炸速度产生大量蒸气，这就是LNG或液氮与
MDEA是叔醇胺，再生能耗低，腐蚀性小，可选择性吸收H2S。 活性热钾法 无机溶剂：加有活化剂的碳酸钾溶液 具有代表性的是BENFIELD法和CATACARD法 适合脱除CO2的场合
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三. 天然气液化技术介绍
3）物理吸收法 利用H2S和CO2等酸性组分与甲烷等烃类在溶剂中的溶解度不同而完 成脱硫任务。
一. LNG的基本性质
3. LNG的性质特点
温度低
在大气压力下，LNG沸点都在-162°C左右。 液态与气态密度比大 1体积液化天然气的密度大约是1体积气态天然气的600倍，即1体积 LNG大致转化为600体积的气体。 可燃性 一般环境条件下，天然气和空气混合的云团中，天然气含量在 5%~15%（体积）范围内可以引起着火，其最低可燃下限（LEL）为4%。


砜胺法:烷醇胺和环丁砜；
净化程度高，能耗低，腐蚀小，可脱除有机硫化合物。
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三. 天然气液化技术介绍
5）净化方法的选择
常用的方法：醇胺法，砜胺法，热钾法 对于酸性气体含量低，酸气分压小于350KPa的原料气，适宜采 用醇胺法； 砜胺法对中高酸性气体分压的天然气有广泛的应用，而且有良
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二. LNG产业链
LNG产业链是一条贯穿天然气产业全过程的资金庞大，技术密集 的完整链系。由陆地或海上油田开采的天然气在液化工厂经过预 处理后进行液化，生产的LNG按照贸易合同，通过船运到LNG接收 站储存，再气化，经由管网送到用户。
图2-1是LNG产业链的示意图。
源自文库
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二. LNG产业链
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三. 天然气液化技术介绍
2）化学吸收法
化学吸收法是以碱性溶液为吸收溶剂，与天然气中的酸性气体（主 要H2S、CO2）反应生成化合物。当吸收了酸性气体的溶液温度升高 ，压力降低时，该化合物又分解释放出酸性气体。


化学吸收法具有代表性的是醇胺（烷醇胺）法和碱性盐溶液法。
醇胺法

胺类溶剂：一乙醇胺（MEA），二乙醇胺（DEA），二异丙醇胺 （DIPA），二甘醇胺（DGA），甲基二乙醇胺（MDEA） 醇胺类化合物分子结构特点是其中至少有一个羟基和一个胺基 。羟基可降低化合物的蒸气压，并能增加化合物在水中的溶解 度，可以配成水溶液；而胺基则使化合物水溶液呈碱性，以促 进其对酸性组分的吸收。 醇胺与H2S、CO2的反应均为可逆反应。 醇胺法特别适用于酸性组分分压低、重烃含量高的天然气脱硫
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一. LNG的基本性质
2）低温特性
隔热保冷：LNG系统的保冷隔热材料应满足导热系数低，密度低，
吸湿率和吸水率小，抗冻性强，并在低温下不开裂，耐火性好， 无气味，不易霉烂，对人体无害，机械强度高，经久耐用，价格
低廉，方便施工等。
蒸发特性：LNG作为沸腾液体储存在绝热储罐中，外界任何传入的 热量都会引起一定量液体蒸发成气体，这就是蒸发气（BOG）。标
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三. 天然气液化技术介绍
醇胺的腐蚀性较高，对设备会造成腐蚀； 需要能耗高，溶剂损耗大。 MEA常用于酸性组分分压低的场合，属于伯醇胺，其反应能力， 挥发度和腐蚀性最强，可很容易将H2S含量降低到5mg/m3以下， 但MEA既可脱除H2S，也可脱除CO2，一般无选择性。
DEA与MEA相比，与H2S和CO2的反应热较小，碱性和腐蚀性较弱， 蒸发损失较小，投资和操作费用相对较低，但DEA对H2S也没有选 择性。
1）酸性气体脱除
天然气中常见的酸性气体：H2S、CO2、COS 危害：
H2S微量会对人的眼睛鼻喉有刺激性，若体积百分数达到0.6%的空气中 停留2分钟，危及生命；
酸性气体对管道设备腐蚀；
酸性气体的临界温度较高，在降温下容易析出固体，堵塞设备管道；
CO2不会燃烧，无热值，若参与气体处理和运输不经济. 方法：化学吸收法，物理吸收法，化学-物理吸收法，直接转化法， 膜分离法。其中以醇胺法为主的化学吸收法和以砜胺法为代表的化学 -物理吸收法是采用最多的方法。
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三. 天然气液化技术介绍
2.天然气的净化
液化天然气工程的原料气来自油气田生产的天然气，凝析气或油田
伴生气，其不同程度的含有硫化氢、二氧化碳、重烃、水和汞等杂 质，在液化前必须进行预处理，以避免在液化过程中由于二氧化碳
、重烃、水等的存在而产生冻结堵塞设备及管道。
表3-1列出了LNG生产要求原料气中最大允许杂质的含量。
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一. LNG的基本性质
4. LNG的安全特性
1）燃烧特性 燃烧范围：5%~15%，即体积分数低于5%和高于15%都不会燃烧； 自燃温度：可燃气体与空气混合物，在没有火源的情况下，达到 某一温度后，能够自动点燃着火的最低温度称为自燃温度。甲烷 性质比较稳定，在大气压力条件下，纯甲烷的平均自燃温度为 650°C。以甲烷为主要成分的天然气自燃温度较高，LNG的自燃 温度随着组份的变化而变化。 燃烧速度：是火焰在空气-燃气的混合物中的传递速度。天然气 的燃烧速度较低，其最高燃烧速度只有0.3m/s。
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二. LNG产业链
图2-1 产业链示意图
天然气
陆地/海上开采
天然气
气化
液化天然气
预处理/液化
液化天然气
接收站储存
液化天然气
储存
液化天然气
装船
液化天然气
运输
液化天然气
卸装
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二. LNG产业链
1）天然气的开发 天然气生产环节包括对天然气的开采和一定程度的处理，按其性质和 要求将天然气管输到液化厂并达到LNG厂原料气规格。 2）液化 主要作用是持续不断地把原料气液化成为LNG产品，其主要步骤有： 预处理：从原料气中脱除气田生产环节没有去掉的杂质，如水、二氧 化碳、硫、硫醇等。 去除NGL：脱除天然气中的NGL以达到液化需要处理的LNG规格和技术 要求。 液化：用深冷制冷剂将原料气冷却并冷凝到-162℃，使其成为液态产 品。
表1-2
组成3
0.5 97.5 1.8 0.2
16.41 -162.6 431.6
1.79 93.9 3.26 0.69 0.12 0.15 0.09 17.07 -165.3 448.8
0.36 87.20 8.61 2.74 0.42 0.65 0.02 18.52 -161.3 468.7
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6）输配气管网和用户
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三. 天然气液化技术介绍
1.概述
天然气液化，一般包括天然气净化和天然气液化两个过程。 常压下，甲烷液化需要降低温度到-162oC，为此必须脱除天然气中的
硫化氢、二氧化碳、重烃、水和汞等腐蚀介质和在低温过程中会使
设备和管道冻堵的杂质，然后进入循环制冷系统，逐级冷凝分离丁 烷、丙烷和乙烷，得到液化天然气产品。
水接触时出现的RPT现象的原因。
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一. LNG的基本性质
3）生理影响 LNG蒸气是无毒的，但如果吸进纯LNG蒸气，会迅速失去知觉，几 分钟后死亡；人员暴露在体积分数为9%的甲烷含量的环境中没有 什么不良反应，如果吸入过量天然气会引起缺氧窒息，当天然气
的体积分数达到50%以上，会对人体产生永久性伤害。
储存特性： 分层：LNG是多组分混合物，因温度和组分的变化引起密度变化，液体 密度的差异使储罐内的LNG发生分层。
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一. LNG的基本性质
翻滚：若LNG已经分层，上层液体吸收的热量一部分消耗于液体表面蒸 发所需的潜能，其余热量使上层液体温度升高。随着蒸发的持续，上
层液体密度增大，下层液体密度减小，当上下两层液体密度接近相等
主要物理性质如表1-1所示：
表1-1
气体相对密度 0.60~0.70
沸点/°C （常压） 约-162°C
液体密度（g/l） （沸点下） 430~460
高热值 （MJ/m3） 41.5~45.3
颜色 无色透明
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一. LNG的基本性质
2. 典型的LNG组成
常压泡点下的性质 组成（摩尔分数）/% N2 CH4 C2H6 C3H8 I-C4H10 N-C4H10 C5H12 摩尔质量/（kg/mol） 泡点温度/oC 密度/（kg/m3） 组成1 组成2
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三. 天然气液化技术介绍
2）吸收法
吸收法脱水是采用一种亲水液体（脱水吸收剂）与天然气逆流接触， 吸收天然气中的水蒸气，从而脱除水分。 常用的脱水吸收剂有甘醇和CaCL2水溶液。由于三甘醇的露点降可达40oC以上，热稳定性好，成本低，运行可靠，在甘醇类脱水吸收剂中 应用效果最好。 3)吸附法 吸附法脱水是利用吸附原理，选择某些多孔性固体吸附剂吸附天然气 中的水蒸气。由于吸附脱水可以达到很低的水露点，因此适用于深冷 分离工艺要求气体含水量很低的场合。


工业应用的物理溶剂有：甲醇，多乙二醇二甲醚，碳酸丙烯醋等。
物理吸收法一般在高压，低温下进行，溶剂不易变质，腐蚀性小， 能脱除有机硫；适合酸性气体分压高的天然气。

常用的方法有SELEXOL法（聚乙二醇二甲醚）和RECTISO法（冷甲醇 ）。
使用的溶剂是醇胺、物理溶剂和水的混合液；
4）化学-物理吸收法（联合吸收法）
好的脱除有机硫的能力；
热钾碱法的BENFIELD溶剂，可同时脱除H2S和CO2，该法吸收温度 高，净化程度好，特别适合含有大量CO2的原料气的处理。
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三. 天然气液化技术介绍
3.脱水
按照现行标准，进入液化天然气工厂的管输天然气的水露点，在交接 点的压力和温度条件下，应比最低环境温度低5oC，此时不满足深冷 液化的要求，为防止低温液化过程中产生水合物，堵塞设备和管道， 在液化前，必须将原料气中的水份含量降低到小于0.1X10-6（体积分 数）。 常用的天然气脱水方法有冷却法、吸附法、和吸收法等。 1）冷却法 天然气中的饱和含水量取决于天然气的温度，压力和组成。一般来说 ，天然气中的饱和含水量随压力升高，温度降低而减少。冷却脱水就 是利用一定的压力下，天然气含水量随温度降低而减少的原理来实现 天然气脱水。
表3-1
杂质组分 H2O CO2 H2S COS
允许含量 <0.1x10-6 (50~100)x10-6 3.5mg/m3 <0.1x10-6
杂质组分 总硫 汞 芳烃类 C5+
允许含量 10~50mg/m3 <0.01mg/m3 (1~10)x10-6 <70mmg/m3
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三. 天然气液化技术介绍