天然氣液化技術(shù)及應(yīng)用評價

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天然氣液化技術(shù)及應(yīng)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(jìn)行進(jìn)一步凈化，分離出其攜帶的H2S、CO2、H2O和Hg等雜質(zhì)。常見的天然氣液化工藝包括節(jié)流制冷、膨脹機制冷、階式制冷、混合冷劑制冷及帶預(yù)冷的混合冷劑制冷工藝。R 22+循環(huán)降溫+節(jié)流方案雖然進(jìn)入儲罐壓力較高，但制冷環(huán)節(jié)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(shè)計基礎(chǔ)，并加以改進(jìn)，形成了獨特、合理的天然氣液化工藝流程。

LNG；凈化；液化；預(yù)處理

1 天然氣液化技術(shù)

1.1 液化天然氣的預(yù)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(zhì)要求較管輸天然氣高，需要對原料液化天然氣進(jìn)行進(jìn)一步凈化，分離出其攜帶的H2S、CO2、H2O和Hg等雜質(zhì)，防止其在低溫下凍結(jié)而堵塞、腐蝕管道和設(shè)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(dá)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(yīng)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(dǎo)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(jié)冰發(fā)生冰堵，也容易加劇對管道的腐蝕，因此需要對原料氣進(jìn)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(yīng)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(diào)峰型的液化裝置中，可單獨利用分子篩對原料氣進(jìn)行脫水脫酸的預(yù)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(zhì)汞以及離子狀態(tài)和化合物狀態(tài)的汞，會對設(shè)備造成腐蝕，同時還會造成環(huán)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(xiàn)在采用的HgSIV可以在脫除汞的同時對原料氣進(jìn)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(dá)到液化天然氣氣質(zhì)要求的天然氣溫度降到甲烷的臨界溫度以下，達(dá)到-140℃，使其液化。目前，常見的天然氣液化工藝包括節(jié)流制冷、膨脹機制冷、階式制冷、混合冷劑制冷及帶預(yù)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(jīng)分離計量后進(jìn)入脫CO2單元，原料氣經(jīng)吸收塔底與從吸收塔頂部進(jìn)入的貧胺溶液混合進(jìn)行CO2的脫除，脫除CO2的天然氣經(jīng)分離器后加壓至20MPa后進(jìn)入分子篩脫水單元，使天然氣含水量降到0.1 ppm以下再進(jìn)入液化單元。

2.2 天然氣液化

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

（2）丙烷預(yù)冷+雙膨脹機+節(jié)流。凈化后的高壓天然氣首先節(jié)流至8 MPa，再經(jīng)丙烷預(yù)冷至-35℃進(jìn)入高壓膨脹機，經(jīng)過三級膨脹制冷（分別為3.2、0.6及0.3MPa）后的LNG進(jìn)入儲罐。

（3）丙烷預(yù)冷+乙烯預(yù)冷+節(jié)流。凈化后的高壓天然氣先經(jīng)過丙烷預(yù)冷及乙烯制冷分別冷卻至-30和-90℃，再經(jīng)過兩級節(jié)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(tǒng)是兩個相對獨立又相互聯(lián)系的系統(tǒng)，兩個系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)制冷劑溫度和流量來控制天然氣的溫度，并設(shè)尾氣冷量回收系統(tǒng)回收尾氣的冷量，高壓節(jié)流產(chǎn)生的冷量在裝置中被充分利用。

（4）R22+循環(huán)降溫+節(jié)流。凈化后的高壓天然氣先經(jīng)過循環(huán)氣回氣換熱降溫至0℃，再經(jīng)過R22降溫至-42℃，然后再經(jīng)過冷箱回氣換熱至-65℃，最后經(jīng)過節(jié)流降壓使其達(dá)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(jìn)入儲罐壓力較高，但制冷環(huán)節(jié)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(shè)計基礎(chǔ)，并加以改進(jìn)，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(jīng)過兩級分別預(yù)冷到0和-43℃，二級預(yù)冷冷量由制冷機中的R22提供，冷卻至-43℃的高壓天然氣繼續(xù)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(jīng)過引射器節(jié)流、降壓至0.8MPa，溫度為-125℃，成型的LNG再經(jīng)過兩次降溫降壓至0.5 MPa，-143℃左右排往LNG儲罐。

3 結(jié)論

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對能源的需求也不斷增大，開發(fā)天然氣液化技術(shù)以及天然氣液化工藝對于增強我國能源保障和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)具有重要意義。在我國，天然氣液化技術(shù)還是一門新興產(chǎn)業(yè)，在液化工藝技術(shù)方面還需進(jìn)一步優(yōu)化與研究。加快對天然氣液化技術(shù)的研究與應(yīng)用成為天然氣開發(fā)與利用領(lǐng)域的一個重要課題，具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

[1]鄭大振．LNG工廠的天然氣凈化工藝及其新發(fā)展[J]．天然氣工業(yè)，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