天然氣液化技術及應用評價

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天然氣液化技術及應用評價

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液化天然氣工藝過程及儲存過程中需將天然氣溫度降至-140℃以下，需要對原料液化天然氣進行進一步凈化，分離出其攜帶的H2S、CO2、H2O和Hg等雜質。常見的天然氣液化工藝包括節流制冷、膨脹機制冷、階式制冷、混合冷劑制冷及帶預冷的混合冷劑制冷工藝。R 22+循環降溫+節流方案雖然進入儲罐壓力較高，但制冷環節較少，工藝簡單，成本較低，維護方便，且比較適合原料氣源特點，故選擇該方案作為設計基礎，并加以改進，形成了獨特、合理的天然氣液化工藝流程。

LNG；凈化；液化；預處理

1 天然氣液化技術

1.1 液化天然氣的預處理

由于液化天然氣工藝過程及儲存過程中需將天然氣溫度降至-140℃以下，因此對于天然氣中所含氣、液及固相雜質要求較管輸天然氣高，需要對原料液化天然氣進行進一步凈化，分離出其攜帶的H2S、CO2、H2O和Hg等雜質，防止其在低溫下凍結而堵塞、腐蝕管道和設備[1]。

1.1.1 天然氣脫酸性氣體

就目前來說，天然氣脫除酸性氣體的主要方法有醇胺法、低溫甲醇法、Benfield法、砜胺法以及AmineGuard FS法等[2]。

醇胺法是指用醇胺溶劑吸收酸性氣體來達到凈化的目的。常用的醇胺溶劑有一乙醇胺、二乙醇胺、二異丙醇胺以及甲基二乙醇胺。其中一乙醇胺堿性最強，與H2S和CO2反應迅速。一乙醇胺適用范圍較廣，但是有腐蝕性強，溶液損失量較大以及再生溫度高，容易導致腐蝕等特點。

1.1.2 天然氣脫水

天然氣的原料氣中如含有水分會使天然氣在液化時結冰發生冰堵，也容易加劇對管道的腐蝕，因此需要對原料氣進行深度脫水，將天然氣含水量降到0.1 ppm（1 ppm=10-6）以下。

天然氣脫水的方法主要有冷卻法、甘醇吸收法以及固體吸附法。其中固體吸附法中分子篩吸附在LNG工廠中應用最為廣泛，分子篩具有選擇性強、高吸附性的特點，在脫水的同時可以脫除酸性氣體。在有些調峰型的液化裝置中，可單獨利用分子篩對原料氣進行脫水脫酸的預處理。

1.1.3 天然氣脫汞

天然氣的原料氣中含有少量的單質汞以及離子狀態和化合物狀態的汞，會對設備造成腐蝕，同時還會造成環境污染以及汞中毒等危害。一般采用固定床脫除汞，固定床由帶S的活性炭、含S分子篩和金屬硫化物組成。現在采用的HgSIV可以在脫除汞的同時對原料氣進行干燥。

1.2 液化天然氣的液化工藝

天然氣液化過程就是將達到液化天然氣氣質要求的天然氣溫度降到甲烷的臨界溫度以下，達到-140℃，使其液化。目前，常見的天然氣液化工藝包括節流制冷、膨脹機制冷、階式制冷、混合冷劑制冷及帶預冷的混合冷劑制冷工藝。

2 壁山某LNG項目實例

表1為壁山某LNG項目中原料氣的組成。

表1 原料氣的組成%

原料天然氣壓力為0.6～1.6MPa，溫度≤30℃。

2.1 原料氣的凈化

從表1可以看出，由于該項目的原料氣組分不含H2S，因此可以省去脫硫工藝，只需凈化除去CO2以及水。

原料氣經分離計量后進入脫CO2單元，原料氣經吸收塔底與從吸收塔頂部進入的貧胺溶液混合進行CO2的脫除，脫除CO2的天然氣經分離器后加壓至20MPa后進入分子篩脫水單元，使天然氣含水量降到0.1 ppm以下再進入液化單元。

2.2 天然氣液化

（1）丙烷預冷+節流工藝。凈化后的高壓天然氣，首先經丙烷預冷至-35℃左右后進行一次節流至1MPa，分離出不凝氣后再次節流至0.3MPa，此時得到-146℃、0.3MPa的LNG。

（2）丙烷預冷+雙膨脹機+節流。凈化后的高壓天然氣首先節流至8 MPa，再經丙烷預冷至-35℃進入高壓膨脹機，經過三級膨脹制冷（分別為3.2、0.6及0.3MPa）后的LNG進入儲罐。

（3）丙烷預冷+乙烯預冷+節流。凈化后的高壓天然氣先經過丙烷預冷及乙烯制冷分別冷卻至-30和-90℃，再經過兩級節流（分別降至1和0.3 MPa）獲得LNG。其中丙烷制冷和乙烯制冷系統是兩個相對獨立又相互聯系的系統，兩個系統通過調節制冷劑溫度和流量來控制天然氣的溫度，并設尾氣冷量回收系統回收尾氣的冷量，高壓節流產生的冷量在裝置中被充分利用。

（4）R22+循環降溫+節流。凈化后的高壓天然氣先經過循環氣回氣換熱降溫至0℃，再經過R22降溫至-42℃，然后再經過冷箱回氣換熱至-65℃，最后經過節流降壓使其達到-140℃、0.5 MPa的LNG。

（5）方案比較。比較以上4種方案，方案（4）雖然進入儲罐壓力較高，但制冷環節較少，工藝簡單，成本較低，維護方便，其效率較其他3種方案高，且比較適合原料氣源特點，故選擇方案（4）作為設計基礎，并加以改進，形成了獨特、合理的天然氣液化工藝流程。具體工藝方案為：凈化后的天然氣首先經過兩級分別預冷到0和-43℃，二級預冷冷量由制冷機中的R22提供，冷卻至-43℃的高壓天然氣繼續采用冷量回收降溫至-65℃左右。此時溫度為-65℃、壓力20MPa的高壓低溫天然氣經過引射器節流、降壓至0.8MPa，溫度為-125℃，成型的LNG再經過兩次降溫降壓至0.5 MPa，-143℃左右排往LNG儲罐。

3 結論

隨著我國經濟的不斷發展，對能源的需求也不斷增大，開發天然氣液化技術以及天然氣液化工藝對于增強我國能源保障和優化能源結構具有重要意義。在我國，天然氣液化技術還是一門新興產業，在液化工藝技術方面還需進一步優化與研究。加快對天然氣液化技術的研究與應用成為天然氣開發與利用領域的一個重要課題，具有十分重要的戰略意義。

[1]鄭大振．LNG工廠的天然氣凈化工藝及其新發展[J]．天然氣工業，1994，14（4）：67-72．

[2]黃莉，袁宗明，商永濱．天然氣液化工藝的選擇[J]．新疆石油天然氣，2006，2（2）：84-88.

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.7.019