混合冷劑液化工藝在LNG工廠的應用

蘇成果

（中國石油天然氣銷售陜西分公司，陜西 西安 710016）

1 LNG行業的現狀與發展

由甲烷作為主要成分的天然氣通常是從氣田中開采出來的。LNG是把氣態常壓下的天然氣經過冷卻到-162℃，令其液化成為的液體，液化的天然氣具有運輸儲存空間小、性能高、熱值大等優點。介于LNG的清潔高效性，不但促使了LNG進口國的能源安全供給多元化，而且有助于拉動出口國經濟的快速增長，LNG跨國貿易逐漸成為全球能源市場的新前景。由于環境問題日益嚴重，因此作為清潔能源之一的天然氣以及LNG都逐漸受到各個國家追捧。液化天然氣在能源供應中迅猛增加，現今的增長率高達12%，在全球范圍都具有廣闊的發展前景。近年來能源消耗的幾個國家如日、美、韓其能源結構逐漸呈現出多元化，以引進和興建LNG為例。清潔的LNG在全球制造和交易量日益增長，以國際上大的石油公司為例它們的盈利點都轉向LNG，可見LNG逐漸成為全球清潔油氣工業領域的新潮流[1]。我國正處于快速發展中，以煤、石油等為主的一次能源導致溫室氣體排放過量等環境問題日益嚴重。為了減輕對環境的壓力，加大了能源結構改革，逐漸采用清潔的天然氣，由于其燃燒過后的溫室氣體排放量僅為石油的2/3、煤炭的1/2，可見其對環境的污染有所降低，同時也加大了天然氣和LNG行業的發展速度[2]。

2 LNG工廠雙循環混合制冷劑生產工藝簡介

混合制冷劑循環是以碳氫化合物及N2等組成的多組分混合制冷劑為制冷劑，進行逐級冷凝、節流膨脹、蒸發得到不同溫度級冷量，以達到逐步冷卻和液化天然氣目的的循環。該LNG工廠液化工藝采用雙循環混合制冷工藝。液化冷劑系統分為預冷制冷（1#冷劑）回路和低溫（2#冷劑）制冷回路。來自門站的天然氣經過原料氣重力分離器和原料氣過濾分離器脫除原料氣中的大顆粒雜質。脫碳單元采用傳統的MDEA脫碳法，利用N-甲基二乙醇胺對酸性氣體的物理化學吸收脫除原料氣中的二氧化碳、硫化氫等酸性氣體，脫除酸性氣體的天然氣進入脫水脫汞單元進行干燥和脫汞。原料氣達到凈化氣指標后進入冷箱，液化采用混合冷劑雙循環制冷，利用節流膨脹制冷原理，通過高效的板翅式換熱器進行換熱，凈化后的原料氣在冷箱的換熱器中被冷卻至-60℃，在這個溫度點，脫除全部重烴，重烴分離罐底部出口的C5+重烴作為燃料使用，重烴分離罐頂部出口天然氣返回冷箱進行深冷至-157 ℃液化為液化天然氣（LNG）。然后LNG降壓輸送至LNG儲罐儲存[3]。

3 天然氣液化的主要設備與原理

3.1 液化冷箱---板翅式換熱器

板翅式換熱器由芯、頭、噴嘴和支架組成。熱交換是由原子核進行的，因此關鍵的部件是原子核。核心由偏轉器、偏轉器、鰭和偏轉器組成。由于其特殊的結構，流體流動會導致嚴重的氣溶膠。有效地降低了熱電阻和提高了熱效率。加熱效率高于5～10比低功耗。此外，熱區的密度可以保持6～10密度。空氣加熱器的密度兩個刀片，緊湊型，緊湊型，鋁，重量輕，比80%的加熱管和更便宜。所有的焊接結構消除泄漏和熱表面和支持的可能性，因此是非常強大的。兩個加熱區的密度是不同的。一個水平調節熱發散的熱表面的熱擴散系數這意味著熱保護和運輸成本的降低，距離和交通量。和不同的通道和交通長度。國家和地區之間的通信信道可以減少熱量和環境。左邊的熱交換：空氣分離裝置，如旋轉冷卻裝置，冷凝和液體空氣。第二類用于石化行業，如天然氣，液體和氨。第三工業機械，例如柴油機，散熱器，汽車油，循環油，空調，冷凍油感冒等。LNG冷箱主要應用于液化天然氣裝置中，將天然氣進行液化并提純。如原料氣中氮組份偏離需要設置去氮塔將天然氣進行提純，以滿足LNG規范的燃值要求。具有冷箱內脫重烴、脫汞和防汞設計專有設計技術，還可以提供溫度場分布的測量設計為LNG工廠的冷劑調配提供依據[4]。

3.2 液化原理——節流膨脹制冷

在高低壓閥門兩側有一個小的冷卻系統的進氣閥的情況下正確的工作系統。高壓側冷身體被插入到低氣壓傳感器。隨著溫度的不斷冷卻，氣體在超聲波作用下的過程稱為氣體的流動，也稱節流膨脹。這個過程發生得很快。這導致了高壓換熱器的預測。這種換熱過程不影響外部。然而，由于摩擦阻力損失在控制范圍內的神經流的特點。循環負荷是一個不可逆的過程，流量必須增加。在水流的加成過程中，應力的變化率稱為導流系數。溫度的變化是由偏微分系數或焦耳-湯姆遜效應系數的變化引起的。如果油門前的壓力溫度沒有很大的變化，那么冷卻后的壓力就會減小。在油門前減壓，冷卻效果就會變弱。當溫度變化到溫度之前和之后，溫度都沒有變化，如果油門前的壓力繼續降低，溫度就會升高，大多數氣體都會改變溫度，油門可以在室溫和低壓下產生低溫效應，而在油門前的低溫效應中，只有少數氣體必須在油門前處理，以確保在油門前的低溫效應。

4 天然氣液化過程中混合冷劑的組成及作用分析

4.1 天然氣液化過程

混合制冷系統的基本原理是:使用由乙炔、丙烷和丙烷組成的制冷劑，在低溫下制冷天然氣、天然氣、甲烷、乙烷和丙烷的混合制冷劑，并使用混合制冷劑進行高效率的熱交換，通過鰭片、交換膜進行冷卻，并通過填料和冷卻液來吸收天然氣的熱量，從而達到制冷劑的目的。混合制冷劑的目的是為了跟蹤速率。高加工和低能耗，因此廣泛應用于研究天然氣水合物的加工過程和熱傳導機制。根據混合氣各組分不同沸點和部分冷凝的特點，通過逐步冷凝、蒸發和節流膨脹，獲得不同溫度等級的制冷量，從而逐步冷卻液化天然氣。混合制冷劑液化工藝既達到了類似步驟液化工藝的目的，又克服了其系統復雜的缺點。由于只有一種制冷劑，制冷系統簡化。混合制冷劑制冷液化過程主要由封閉制冷系統和主冷卻箱兩部分組成。制冷劑蒸氣壓縮后，制冷劑中的低壓部件(即重部件)通過水冷卻或風冷冷凝。低壓制冷劑液體與高壓制冷劑蒸汽混合后進入主冷卻箱。獲得冷卻能力后，冷凝成混合制冷劑液體，經J-T閥門節流，在冷卻箱中蒸發，為天然氣和高壓制冷劑的冷凝提供冷卻能力。在中低溫下，將部分凝析天然氣引出冷箱，將C5 +凝析液分離，返回冷箱進一步冷卻，生產液化天然氣。C5 +冷凝水需要穩定以滿足產品質量要求[5]。天然氣進入冷箱的壓力范圍應控制在4.6～5.2 MPa之間。認為在4.6～5.2 MPa過程中，天然氣進入冷箱的壓力控制是可行的。壓縮空氣中的氣體。天然氣的突變過程可以包含冷。冷卻前的三個階段的溫度和溫度開始在攝氏零度-78 ℃。液化和低溫溫度進一步降低，理論上，隨著液化和低溫溫度逐步下降到其泡點溫度，天然氣從氣相完全轉化為液相從而實現了液化。天然氣和制冷機的溫度比天然氣和制冷機的組合。在每個溫度的比焓值相加，你會得到氣體和天然氣的生產曲線。天然氣儲罐的換熱過程可以看作是在不同的溫度條件下進行的。冷卻液熱釋放曲線，合成熱釋放曲線是理想的情況下。在這種情況下，不僅保證了熱平衡，而且將有助于最終的溫度。為了實現能源節約，天然氣的合理數量的變化是必要的。在制作過程中，適當的冷卻液是一個重要的證據。冷卻液的熱傳遞曲線與合成熱釋放曲線。

4.2 制冷劑的性質及節流效應

（1）制冷劑的沸點和氣化潛熱：冷卻液經歷了高壓和低壓力的循環時間。從節約能源的角度出發，在冷卻過程中的熱量控制的一個重要方法是增加熱控制。天然氣生產熱吸收是一種重要的自然冷卻標準。（2）制冷劑的節流效應：工作控制的冷卻液的影響，反映了軟負荷影響流量控制的工作性能的影響：制冷劑成分，前后壓力和流量以及節流前壓力所對應的飽和溫度。在實際生產中，通常先冷卻后冷卻液流動。為了更好地影響節流效果。在冷卻過程中，天然氣加熱和制冷機的溫度高于或等于3 K。這對冷卻控制的正面影響有很高的要求。混合工藝的需要制冷劑制備LNG工藝流程的必要條件。（3）當高壓和溫度大于或等于飽和溫度時，無論是氣相還是液相制冷劑，氣體的節流正效應都更好，從N2、CH4、C2H4、C3H8到C5H12。氣體控制的積極作用隨著冷卻劑重量的增加而增加。（4）當溫度低于高壓飽和溫度時，制冷劑處于液相，氣體節流正效應隨溫度的降低而減小。由于在相同壓力下重組餾分的飽和溫度較高，因此，當它作用于冷盒的預上色部分時，通常具有良好的正扼殺效應。由于其相對較低的飽和溫度，輕組分在液化和深度冷卻階段也具有正的正節流作用。

5 結語

目前，采用混合制冷劑冷卻工藝的液化天然氣工廠數量正在逐步增加。在冷劑循環工段氣相便于壓縮，冷劑在冷箱制冷過程中不同工段組分不同！重組分的一般在預冷段做功，輕組分的一般在液化段和深冷段做功。作為液化過程的基本設備，制冷機的能耗和制冷量比決定了機組的正常運行，制冷機的能耗占機組總能耗的80%以上，如何考慮設備的運行穩定性和設備的能耗是許多工廠面臨的一個重要問題。由于許多工廠由于市場限制而在低負荷下運行，因此優化生產過程以提高減產性能尤為重要。雙循環混合冷卻器天然氣液化過程的核心是混合冷卻器，其組成和比例應與進入液化冷卻池的天然氣量相對應。在生產過程中，需要調節冷箱溫度場和制冷機的運行條件，才能實現天然氣的液化過程。天然氣液化的主要目標是實現高液化率和低能耗。因此，深入研究天然氣液化過程和混合冷卻器的傳熱機理是非常重要的。