疆內某LNG液化工廠工藝流程比選

周 浩，馬 娜

（新疆石油勘察設計研究院( 有限公司) ， 新疆 烏魯木齊 830026）

疆內某LNG液化工廠工藝流程比選

周 浩，馬 娜

（新疆石油勘察設計研究院( 有限公司) ， 新疆 烏魯木齊 830026）

隨著天然氣能源行業的迅速發展，液化天然氣作為一種清潔能源，越來越受到人們的歡迎，而液化天然氣技術也成為天然氣工業中一個極其重要的部分。根據疆內LNG液化工廠的建立，考慮目前比較成熟的三種液化流程，對比分析了不同液化流程的能耗情況以及各自液化流程優勢。

LNG液化站；液化流程；對比分析；工藝

隨著中國快速的經濟增長，天然氣作為當今的清潔能源越來越受到國人的重視。發展低碳經濟需要低碳能源的支撐。隨著中國快速的經濟增長，不斷富裕的小康社會和日益增加的環境壓力，使天然氣這一優質潔凈的能源在中國具有廣闊的市場前景。2012年，中國的第一個LNG項目在江蘇正式投產運行，大連的LNG項目也即將正式開展。發展LNG已是大勢所趨，迫在眉睫。所以就現在的形式所看，我們應全力發展這種清潔能源。

近幾年，隨著天然氣產量和貿易量的不斷增加，全球LNG的生產和貿易越發活躍。作為管道天然氣的有益補充，進5年來，全球LNG貿易量年均增長已達6%，成為全球油氣業務增長的生力軍[1,2]。

1 天然氣液化流程

目前常見的天然氣液化流程有：級聯式液化流程；混合制冷劑液化流程（MRC）；帶膨脹機液化流程。本文以新疆某液化工廠20萬m3/d處理量項目為背景進行方案比選，逐一的對天然氣的液化流程進行分析，從而采用適合疆內應用的最佳方案，下面對比選過程進行闡述。

1.1 級聯式液化流程

級聯式液化流程也被稱為階式(Cascade)液化流程、復疊式液化流程或串聯蒸發冷凝液化流程 ,主要應用于基本負荷型液化裝置[3]，流程見圖1與圖2。

圖1 級聯式液化流程示意圖Fig.1 Cascade liquefaction process diagram

1.2 丙烷預冷混合制冷劑液化流程

丙烷預冷混合制冷劑液化流程（C3/MRC：Propane-Mixed-Refrigerant Cycle），結合了級聯式流程和混合制冷劑流程的優點，流程十分的高效而且較為簡單[4]，基本流程見圖3。

1. 3 帶膨脹機的液化流程

膨脹機的液化流程（Expander-Cycle），指利用高壓制冷劑通過透平膨脹機絕熱膨脹的克勞德循環制冷實現天然氣液化的流程。氣體在膨脹機中膨脹降溫的同時，也能輸出功，同時又可用于驅動壓縮機。當管路輸來的原料氣與離開液化裝置的外賣氣有壓差存在的時侯，液化過程就可能不要“從外界”吸收能量，而是靠壓差通過膨脹機進行制冷，從而使進入裝置的天然氣液化，基本流程見圖4。

圖2 20萬m3/d級聯式流程用HYSYS軟件進行模擬Fig.2 HYSYS simulation of 2×105m3/ d combined flow

圖3 20 萬m3/d丙烷預冷流程用HYSYS軟件進行模擬Fig.3 HYSYS simulation of 2×105m3/ d propane precooling flow

圖4 20萬m3/d帶膨脹機流程用HYSYS軟件進行模擬Fig.4 HYSYS simulation of 2×105m3/ dexpander flow

1.4 幾種液化流程功耗的比較

表1 各種液化流程效率比較Table 1 Comparison of liquefaction process efficiency

表2 各種液化流程特性比較Table 2 Comparative characteristics of various liquefaction processes

2 方案流程的比選

根據本次疆內液化工廠20萬m3/d的處理量，其深冷液化中涉及到的制冷壓縮機可以進行撬裝化處理，因為丙烷預冷混合制冷劑液化流程同時達到了類似級聯流程的目的，又克服了它系統較為復雜的特點。其主要優點有：使用的設備少、流程也較為簡單、投資放面較省，投資比級聯式液化流程少10%～18%；并且管理十分的方便，混合制冷組分可以從天然氣本身的組份提取和補充。但需要考慮的是，丙烷預冷混合制冷劑液化流程中主要的環節是制冷劑的流量和組分的配比，流程計算需要提供各組分可靠的平衡數據域物性參數，計算較為困難[6]。

針對這一原因，現考慮丙烷預冷后天然氣溫度對流程性能的影響：

隨著第一換熱器進口溫度升高，所需的制冷劑的量也相應增加，見圖5。

圖5 溫度T2對qn,r的影響Fig.5 Effect of temperature T2on qn,r

由于第一換熱器進口處焓值增大，第三換熱器出口后節流閥前的焓值不變，則混合制冷劑循環為天然氣提供的冷量Qcng增加，見圖6[7]。

圖6 溫度T2對Qcmr和Qcng的影響Fig.6 Impact of temperature T2on Qcngand Qcmr

丙烷預冷循環所需提供的冷量增加，相應功耗也略有增加，見圖7。

圖7 溫度T2對Wc和Wp的影響Fig.7 Effect of Temperature T2on Wcand Wp

由以上的計算，能得到天然氣壓力和預冷后天然氣的溫度對混合制冷劑的流量、混合制冷劑壓縮機的耗功、混合制冷劑循環低壓制冷劑提供的冷量以及天然氣消耗的冷量、丙烷預冷量影響較大。對丙烷預冷量的影響尤其明顯[8]。

3 結 語

依據疆內工程對LNG液化工廠的流程進行比選，分析各流程的特點及應用價值，并對本工程所采取的丙烷預冷混合制冷劑循環進行分析，探討預冷過程中天然氣溫度對流程性能的影響。并結合本工程的具體參數對本工藝流程進行分析，從而決定本流程工藝的優勢[9]。

［1］ 顧安忠 等．壓液化天然氣技術[M]．北京：機械工業出版社，2008: 191－235．［2］王寶慶．天然氣液化技術及應用[J]. 天然氣工業,2004（1）：20-24.

［3］嚴銘卿，康樂明.天然氣輸配工程[M].北京：中國建筑工業出版社,2005.

［4］液化天然氣（LNG）生產、儲運和裝運GB/T 20368-2006[S].

［5］羅媛媛，袁宗明，謝英，等.LNG液化工藝[J].石油化工應用，2007,26（1）：12-15.

［6］祝家新，林文勝．天然氣汽車加氣站發展趨勢及LCNG加氣站技術特點[J]．能源技術，2007，28（1）：32-35.

［7］王竹筠.液化天然氣（LNG）冷能回收及應用研究[D].大慶石油學院碩士論文,2010：15-26.

［8］付永興,李化治,郭桂彬,蔚龍.煤層氣液化裝置流程及經濟性分析[J].低溫與特氣,2004(5)：2-4.

［9］羅媛媛,袁宗明,謝英,賀三,劉志成.shang LNG液化工藝[J].石油化工應用,2007：61-69.

Process Selection of a LNG Liquefaction Plant in Xinjiang

ZHOU Hao，MA Na
（Xinjiang Petroleum Investigation Design and Research Institute( Co. Ltd.) , Xinjiang Urumchi 830026，China）

With the rapid development of natural gas in the energy industry, liquefied natural gas as a clean energy is more and more welcomed by people, and the liquefaction technology of natural gas has become an extremely important part in natural gas industry. Based on the establishment of LNG liquefaction plant in Xinjiang, energy consumption of three liquefaction processes was analyzed and compared as well as their advantages.

LNG liquefaction station; Liquefaction processes; Comparative analysis; Process

TE 624

A

1671-0460（2015）01-0195-03

2014-08-09

周浩（1990-），男，黑龍江雙鴨山人，助理工程師，2013年畢業于東北石油大學油氣儲運專業，天然氣站場LNG、CNG加氣站設計。E-mail：zhouhao0623@163.com。