小型液化天然气生产装置

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小型 LNG生产装置在内陆建设 ,液化产品主要用 汽车运输 ,供给远离天然气管网的小工业 、小城镇和汽 车燃料使用 ,此类装置还可用于调峰 ,装置年产 LNG 从几千吨到十多万吨 。LNG生产装置的预处理是将 天然气中硫化物 、二氧化碳 、水分等进行净化 ,使原料 天然气达到生产 LNG的规格要求 ,大厂和小装置的净 化工艺基本是相同的 ,但小型 LNG生产装置的液化工 艺与大型厂不同 ,且有不同的液化工艺 ,本文主要介绍 世界小型 LNG生产装置的各种液化工艺 。
2. 2 陕北气田装置 [ 4 ] 该装置采用氨预冷 ,由于天然气有压力 ,再进行气
波机和透平膨胀机制冷 ,获得 LNG产品 ,其液化工艺 流程见图 3。
在净化过程中采用了第一氨蒸发器和预冷器 ,使 原料天然气由 30℃冷却到 - 35℃、4. 1 M Pa的净化气 进入液化部分的第二氨蒸发器和预冷器 ,温度降到 55℃,原料气分成二股 ,一股经节流阀膨胀后进入第三 预冷器和深冷换热器 ,温度降到 - 90℃,再经节流阀压 力降至 0. 75 M Pa,温度降至 - 132℃,其中约 50%的气 体液化 ,汽液混合物被送至分离器 ,底部液体为 LNG 产品 ,流入 LNG储罐后外输 。另一股原料气进入气波 机膨胀制冷 ,压力由 4. 02 M Pa降至 2. 2 M Pa,温度由
保证液化率达到 40% ~50% ,但要使用丙烷冷剂系统 预冷和压缩机 ,能耗较大 ;在配气站上建设装置 ,不需 能耗 ,但液化率较低 。为了克服上述缺点 ,在圣彼得堡 一个 CNG加气站和一个配气站建成联合试验装置 ,两 站的距离为 400 m ,装置建在 CNG加气站上 ,并由该 站人员进行操作和管理 ,液化工艺流程见图 6。
原料气处理量 30 ×104 m3 / d,液化收率 50% ,年 操作时间 8000 h,年产 LNG约 3. 5 ×104 t。
利用中原油田 12 M Pa天然气生产 LNG后 ,排出 50%中 、低压未液化的天然气 ,由油田处理 ,若循环回 收原料需建压缩机 ,装置流程简单 ,投资较小 ;中原油 田建有天然气凝液 (NGL )回收和乙烯生产装置 ,能供 给丙烷和乙烯作冷剂 ,主要能耗在于丙烷预冷 、乙烯循 环系统 。
- 55℃降至 - 80℃,然后再进入透平膨胀机继续制冷 , 压力降至 0. 48 M Pa,温度降至 - 130. 6℃,与出深冷换 热器顶部低压气汇合 ,经第三 、二预冷器冷却原料气 , 再经第四预冷器去透平膨胀机增压端 ,气体增压后 ,再 去压缩机继续增压 ,与进入的净化原料气汇合 。本装 置 2. 8 ×104 m3 / d, LN G产量 16 t/ d,约 0. 5 ×104 t/ a。
第 34卷 第 3期 石油与天然气化工
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小型液化天然气生产装置
徐文渊
(四川石油管理局 )
摘 要 介绍了目前国内外小型液化天然气 (LNG)的生产装置及其液化工艺现状 。重点介绍了 俄罗斯近年来在天然气加气站和配气站 ,利用天然气压差能量膨胀制冷生产 LNG的技术 。建议建设此 类工艺的小型 LNG生产装置 。
由干线进入配气站高压天然气中分出部分气体 , 经联结两个站管线输到 CNG加气站 ,先由净化设施 (在图上未画出 )进行净化 ,再从点 9 分二股 ,一股去 换热器 II,另一股去涡流管制冷器 II,其冷端气流在换 热器 II中冷却原料气 ,从中流出的气体在 8 再分二 股 ,一股去换热器 I,另一股去涡流管制冷器 I,其冷端 气流在换热器 I中对原料气进一步冷却 ,高压原料气 输入节流阀 II膨胀再制冷 ,低压原料气经换热器 Ⅲ后 由点 0 进入压缩机 ,将气体压力提高到 15 ~20 M Pa, 高压原料气经 Ⅲ、Ⅳ换热器 ,最后再经节流阀 I膨胀制 冷 ,达到生产 LNG的温度 ,由点 4 入 LNG分离器 ,底 部流出 LNG产品 。涡流管制冷器热端流出低压尾气 使用喷射器冷却 ,本装置所有低压尾气流向配气站 ,与
以上两种类型的小型 LNG生产装置已建成多年 , 且不断得到了改进 ,目前正在进行新装置建设 ,计划几 年内在列宁格勒州和圣彼得堡市再建设 10 ~15 个新 装置 ,其中在 CNG加气站建 5~6个 ,在配气站建 8~ 10个装置 , LNG总产量将达到 10 ×104 t/ a以上 。
3. 3 在 CNG加气站和配气站联合建试验装置 [ 10 ] 在 CNG加气站上建设小型 LNG生产装置 ,虽能
装置 LNG产量 1. 6 t/ h (约 40 t/ d, 1. 2 ×104 t/ a) , 天然气液化率 6% ~14%。装置工艺和设备获得专利 (专利号 PΦ2127855、2135913、2151970) 。
采用的涡流管制冷器外壳为锥体形 ,气体从喷咀 中流入 ,体内装有孔板 、扩散管 ,产生气体动力学和热 力学作用 ,在该器一端 (称为冷端 )进行天然气制冷后 流出 ,另一端 (称为热端 )装有热流分配结构 。在原料 气压力波动情况下 ,涡流管制冷器仍能平稳正常操作 , 只是天然气液化率要受到影响 [ 7 ] 。
先将 CNG加气站原有固体吸附脱水器改造成可
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第 34卷 第 3期 石油与天然气化工
LNG的生产是将原料天然气经预处理后 ,在深冷 条件下液化 ,获得天然气液态产品 ,其体积仅为气态的 1 /625。LNG生产厂一般建在海岸边 ,适合于用远洋 船运输和供给用户 ,我国广东 、福建二省正在建设从澳 大利亚 、印度尼西亚引进 LNG工程 。为了降低生产成 本 ,目前世界大型 LNG生产厂的规模不断扩大 ,每条 生产线的年产量已达 420 ×104 t,采用丙烷预冷的混 合冷剂 (MRC)循环进行液化 。
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小型液化天然气生产装置 2005
压力为 12 M Pa的原料天然气经净化后 ,首先被丙 烷二次预冷到 - 30℃,后被乙烯冷却到 - 85℃进入天 然气换热器 ,在该器中与中 、低压尾气换热后 ,去节流 阀进行第一次节流膨胀产生 1 M Pa气液混合物 ,进入 中压闪蒸罐 ,顶部中压尾气经天然气换热器后排出 ,底 部产物去另一节流阀进行第二次节流膨胀成 0. 3 M Pa 气液混合物 ,进入低压闪蒸罐 ,顶部低压尾气经天然气 换热后排出 ,底部为 LNG产品 。
主干线天然气压力为 5. 5 或 7. 5 M Pa,经配气站 将天然气减压到 0. 3、0. 6、1. 2 M Pa供用户 ,原来在配 气站上压力差能量是浪费掉的 。现在列宁格勒输气公 司二个配气站上同时建设了小型 LNG生产装置 ,液化 工艺流程见图 5。
从进入配气站高压天然气取出部分用作小型 LNG生产装置的原料气 ,先由型号为 АДОП的净化器 进行净化 (图上未画出 ) ,然后分二股 ,一股输到换热 器 I,另一股到涡流管制冷器 ,在换热器 I中与涡流管 制冷器冷端流出的气体 ( - 60℃)换热后到换热器 Ⅱ, 在此器中与节流阀 ДР- 2 膨胀制冷与气体换热后温 度为 - 90 ℃,最后经节流阀 ДР- 1膨胀冷却到液化温 度 ,流入 LNG分离器 ,在此器下部输出 LNG产品 。经 换热器热交换后和涡流管制冷器热端流出的低压天然 气与配气站工作后出来的低压气汇合后输给用户 。
1 欧美国家
美国 B lach & Veath Pritchard (BVP)公司设小型 LNG生产装置 ,采用了与大厂类似的冷剂循环工艺 , 但为了简化工艺和设备 ,降低建设投资 ,只使用混合冷 剂 (MRC)循环进行天然气液化 ,其工艺流程见图 1。
经净化后的原料天然气进入主换热器冷却到 45℃~ - 72℃,去重烃分离器 ,分出重烃外排 ,气体回 到主换 热 器 , 在 该 器 中 经 换 热 冷 却 到 - 150℃ ~ 159℃,将天然气液化成 LNG,在常压下输到 LNG储
涡 流 管 是 一 种 新 型 专 利 设 备 (专 利 号 РФ 2180420) ,目前广泛用于天然气工业 ,共有五种型号 , 包括制冷器 、喷射器等 [ 7 ] 。
由于使用了 CNG加气站的压缩机等设备 ,又加上 流程较简单 ,投资较小 ,但丙烷冷剂系统和压缩机能耗 较大 。 3. 2 建在配气站上的装置 [ 8, 9 ]
罐 ,用汽车运输供给用户 。混合冷剂是在密闭系统中 循环运行 ,混合冷剂组成为 N2 、甲烷 、乙烷 、其它烃类 (一般到 C5 ) ,是气体和液体的混合物 ,液体冷剂用泵 和高压气相冷剂分别进入主换热器 ,将冷量供给天然 气进行液化 ,低压冷剂经压缩 、冷却等工序 ,循环使用 。 BVP公司的年产 10 ×104 t小型 LNG生产装置典型设 计 ,供其它公司建设使用 [ 1 ] 。
关键词 LNG 小型生产装置 压差能量 涡流管 制冷
天然气勘探 、开发 、净化后生产的商品气 ,一般由 输气管道供给用户 ,目前全世界天然气贸易主要依靠 管道输送 ,但有许多国家天然气产量较大 ,要销售给其 它国家和地区 ,远隔海洋 ,铺设长距离海洋管道非常困 难 ,需依靠液化天然气 (LNG)进行输送 。
以氨蒸发器三次预冷 (包括天然气净化时一次 ) , 使用大连理工大学气波技术研究所开发的新型气波制 冷机和我国油气田较广泛应用的小型透平膨胀机制 冷 ,技术上是较先进的 。但与上述中原油田装置相比 , 工艺流程和设备较复杂一些 , LNG产量也小 。
3 俄罗斯
俄罗斯是世界天然气第一生产大国 , 2004年天然 气产量 6335 ×108 m3 ,约 30%出口 ,其余 70%国内消 费 ,已建成的统一供气系统 ( ЕСГ) ,主干线管道遍及俄 罗斯欧洲部分 ,但仍有较多管网不能到达之处 ,用不上 天然气 , 上世 纪 80 年 代开 发 了 流 动 式 压 缩 天 然 气 (CNG)站 ,即将 CNG储罐装在汽车上 ,流动供应天然 气 (二种型号 : ПАГЗ- 5000 - 25 和 ПАГЗ- 2800 25) ,但 CNG储罐耗用钢材量比 LNG高 8 倍 , CNG减 小天然气体积比 LNG约低 2. 5倍 。上世纪 90年代俄 罗斯在列宁格勒州和圣彼得堡市进行小型 LNG生产 装置 建 设 的 试 点, 由 列 宁 格 勒 输 气 公 司 ( ЛЕНТРАСГАЗ)和 СИГМА天然气公司协作建设装 置 , КРИОНОРД公司负责设计 ,多年来开发了如下液 化工艺技术 。
3. 1 建在 CN G加气站上的装置 [ 5, 6 ] 在圣彼得堡市内 8号 CNG加气站建了小型 LNG
生产装置 ,该站规模较大 ,每天可为 500辆汽车加气 , 实际上达不到定额要求 ,压缩机操作时间只需 8 h。利 用压缩机的空隙时间 ,将原料天然气压缩后经预冷 ,再 进入装有涡流管 ( Вихреваятруба) 制冷器的液化工 序 ,膨胀制冷后将天然气液化成 LNG产品 ,液化工艺 流程见图 4。
163Байду номын сангаас
脱除 CO2 、水分及其它杂质 ,净化原料天然气进入 CNG 压缩机 ,加压到 18 ~19 M Pa,后用丙烷冷剂系统将天 然气预冷到 - 40℃,进入液化工序 ,主要装有涡流管制 冷器等设备 ,天然气降压膨胀制冷 ,制成 LNG进入储 罐 ,未液化天然气返回原料气 。
装置 LNG产量 0. 4 t/ h (约 10 t/ d, 3000 t/ a) ,天 然气液化率 > 40%。
挪威 ABB 天然气技术公司也采用 MRC 工艺 ,建 设了年产 2 ×104 t LN G生产装置 [ 2 ] 。
2 中国
近年来中国各地建设了多套小型 LNG生产装置 , 其中二套装置取得了较好的结果 。 2. 1 中原油田装置 [ 3 ]
该装置采用丙烷预冷和乙烯制冷 ,由于天然气有 压力 ,再进行节流膨胀制冷 ,获得 LNG产品 ,其液化工 艺流程见图 2。
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