lng液化

,LNG,1,液化天然气（LNG）技术 天然气液化技术,中国天然气信息网， 全国LNG加气站分布图 ,LNG,2,天然气液化技术, 低温的定义：按照国际制冷学会(IIR)定义，123K(- 150)以下属低温范围。 天然气的主要成分是甲烷(CH4)，其标准沸点为 111K(-162) ，临界温度为190K(-83) ，必须采 用低温手段才能实现液化。 标准沸点时液态甲烷密度426kg/m3，标准状态时气 态甲烷密度0.717kg/m3，两者相差约600倍。体积的 巨大差异是采取液化方式储运天然气的主要原因。,LNG,3,LNG生产步骤和工艺装置图：,天然气液化技术,3.1 天然气液化工艺 天然气液化是一个低温过程。原料天然气经净化预 处理后，进入换热器进行低温冷冻循环，冷却至-162 左右就会液化。 天然气液化工艺有： 阶式制冷液化工艺 混合冷剂制冷液化工艺 带预冷的混合冷剂制冷液化工艺 其他方法,3.1 天然气液化工艺 阶式液化流程也被称为级联式液化流程、复叠式 液化流程或串联蒸发冷凝液化流程。由于阶式循环能 耗低，技术成熟，最早建成的基地型LNG工厂采用了 这种液化工艺。 阶式液化流程分三级压缩制冷，逐级提供冷量液 化天然气，各级所用的制冷剂分别为丙烷(大气压下 沸点-42.3)、乙烯(大气压下沸点-104 )、甲烷 (大气压下沸点-162)，每个制冷剂循环中均含有三 个换热器。,LNG,9,3.1 天然气液化工艺,阶式制冷原理图,1,2,3,9,8,7,6,5,4,LNG,残余气,天然气,冷却水 1、2、3丙烷、乙烯甲烷压缩机 ；4、5、6丙烷、乙烯、 甲烷蒸发器；7、8、9丙烷、乙烯、甲烷冷凝器,3.1 天然气液化工艺 阶式液化流程中较低温度级的循环，将热量转移给 相邻的较高温度级的循环。第一级丙烷制冷循环为天然 气、乙烯和甲烷提供冷量；第二级乙稀制冷循环为天然 气和甲烷提供冷量；第三级甲烷制冷循环为天然气提供 冷量。通过九个换热器的冷却，天然气温度逐步降低直 至液化。这种九阶式液化，可以减少换热温差，每种制 冷剂分别在三种压力下蒸发，以获得三个不同的蒸发温 度，九阶式液化的热力学效率很高。,3.1 天然气液化工艺 阶式制冷循环优缺点： 优点： 能耗低，使用九阶式液化，使各级制冷温度与原 料气的冷却曲线接近，减少了熵增，比能量消耗接近于 理论的热力学效率上限。 制冷剂为纯物质，没有配比问题，操作稳定。 技术成熟，压缩机的喘震减少。,LNG,13,3.1 天然气液化工艺 缺点： 机组多，流程复杂。需要三个大型压缩机以及相 当数量的备件。 附属设备多，要有专门生产和储存多种制冷剂的 设备。 管道与控制系统复杂、维护不便。需要大量的管 线、阀门以及控制原件和调节设备。整个系统的庞大与 复杂使得控制系统比较复杂。,阶式制冷循环, 阶式循环,3.1 天然气液化工艺,经典的阶式循环由三个单独的制冷循环（丙烷、乙 烯、甲烷）串接而成（3个温度水平）。为使实际级间 操作温度尽可能贴近原料气的冷却曲线，减少熵增，提 高效率，用9个温度水平（丙烷段、乙烯段、甲烷段各3 个）代替3个温度水平（丙烷段-38、乙烯段-85、 甲烷段-160）。天然气3温度水平和9温度水平阶式循 环的冷却曲线，见图3.2和图3.3。,LNG,7,3.1 天然气液化工艺,图3.2三温度水平阶式循环的冷却曲线,图3.3九温度水平阶式循环的天然气冷却曲线,LNG,3,第三章,天然气液化技术,LNG,15,3.1.2混合制冷剂液化流程（MRC-Mixed-Refrigerant- Cycle） MRC是以C1-C5的碳氢化合物及N2等五种以上的多组分 混合制冷剂为工质，进行逐级的冷凝、蒸发、节流膨胀 得到不同温度水平的制冷量，以达到逐步冷却和液化天 然气的目的。混合制冷剂的制冷原理与纯单组分制冷剂 的制冷原理大致相同，即都是通过冷剂液体的汽化，与 被冷介质进行热交换，使其降温。与纯组分制冷剂不同 的是，混合制冷剂产生的冷量是在一个连续的范围之 内，纯组分制冷剂产生的冷量是在一个固定的温度上。,3.1,天然气液化工艺,3.1,天然气液化工艺,3.1.2.1 无预冷的混合制冷剂液化流程 以混合制冷剂制冷循环为基础的天然气液化流程是目 前应用最广泛的液化工艺。MRC是目前最具代表性且应 用最为广泛的混合制冷剂循环工艺。MRC循环是由美国 APCI公司于六十年代末开发成功的混合制冷剂制冷循 环，该工艺的主要特色是APCI公司发明的一台深冷的、 集成化的主换热器和多组分混合制冷剂。MRC主换热器 是MRC制冷系统的核心。,LNG,17,3.1 天然气液化工艺,LNG,19,3.1 天然气液化工艺 MRC循环主要特点 由于MRC循环采用单一的多组分制冷剂，因此只需一 台循环压缩机，而不像阶式制冷循环那样需要有多台制冷 压缩机，仅此一项就使得MRC循环的设备投资大大降低。 MRC循环的加热曲线可与天然气原料的冷却曲线较好 地匹配，因此可大大减少制冷功率。 使用一台集成换热器（即MRC主换热器），在设备费 用和易于制造方面也具有显著的优势。 利用节流阀降压可以减少LNG产品的蒸发损失；采用 制冷压缩机的级间分离器，可减少压缩机的操作功率。,LNG,28,3.1 天然气液化工艺 混合冷剂制冷循环（MRC）是美国空气产品和化学品公司 于20世纪60年代末开发的一项专利技术。 主要由两部分构成：密闭的制冷系统和主冷箱。 优点:1）机组设备少，流程简单，投资省，投资费用比经 典阶式（CASCADE）液化流程约低15%20%； 2）管理方便； 3）混合制冷剂可以部分或全部从天然气本身提取与 补充。 缺点:1）混合冷剂的合理配备困难； 2）流程计算必须提供各组分可靠的平衡数据与物性 参数，计算困难。 3） 能耗较高，比阶式液化流程高10%20%左右；,LNG,17,典型的无预冷MRC流程图,3.1 天然气液化工艺,LNG,18,3.1 天然气液化工艺 在流程中，MRC主换热器的下部称为温端，上端称为冷 端。净化后的天然气由主换热器的底部(温端)进入，从主换 热器的顶部(冷端)离开。主换热器内除布置了许多换热盘管 外，还在壳体空间安装了许多液体分布器。这些液体分布器 是沿垂直方向按一定间隔布置的，目的是将进入壳体空间内 的液体均匀地喷洒在换热表面上(或换热空间上)，以强化其 换热效果。 MRC循环还包括混合制冷剂压缩机、一台后冷却器和许 多相分离器。MRC循环采用的混合制冷剂是由许多种不同沸 点的气体组分构成。利用部分冷凝和逐级闪蒸的原理，高压 的混合制冷剂液体经过降压和多级分离，提供了不同温位的 制冷剂。换热后的各股制冷剂物流汇合后，进入制冷压缩 机，进行制冷循环。,LNG,21,3.1,天然气液化工艺,3.1.2.2 带预冷混合冷剂制冷液化工艺 带预冷的混合冷剂制冷液化工艺常用的是丙烷预冷混 合制冷剂液化流程，结合了阶式液化流程和混合制冷 剂液化流程的优点，流程既高效又简单。,LNG,21,3.1,天然气液化工艺,3.1.2.2 丙烷预冷混合冷剂制天然气液化流程 工艺流程 丙烷预冷混合制冷剂循环液化天然气流程由三部分组成： 混合制冷剂循环 丙烷预冷循环 天然气液化回路 在此液化流程中，丙烷预冷循环用于预冷混合制冷剂和天 然气，而混合制冷剂循环用于深冷和液化天然气。,LNG,3,第三章,天然气液化技术,LNG,28,LNG,22,3.1 天然气液化工艺 既然难以通过调整混合冷剂的组分来使整个液化过程都 能按冷却曲线提供所需的冷量，自然便考虑采取分段供 冷以实现制冷的方法。在MRC工艺基础上，经过改进， 开发出了第三代新型的液化工艺带预冷的混合剂制冷 循环，预冷方式有丙烷预冷、混合工质预冷、利用氨吸 收制冷来预冷等。 带丙烷预冷的混合冷剂制冷循环，简称C3/MRC工艺，是 在MRC工艺基础上开发出来的新一代液化工艺，也可视 其为对传统的阶式循环的改进。C3/MRC循环采用丙烷预 冷（或者氨制冷预冷）与混合制冷剂（N2+C1C4）联合 作用方式。,LNG,23,3.1 天然气液化工艺 丙烷预冷混合制冷剂液化流程主要由三个循环组 成：两个闭式制冷循环，即丙烷压缩制冷循环(用于预 冷天然气和混合制冷剂)和混合制冷剂循环(用于冷凝、 过冷天然气)；一个开式循环，即天然气液化循环。在 此液化流程中，丙烷预冷循环用于预冷混合制冷剂和 天然气，而混合制冷剂循环用于深冷和液化天然气。,3.1 天然气液化工艺,3.1,CII液化流程,液化流程的主要,设备包括混合制冷 剂压缩机、混合制,冷剂分馏设备和整,体式冷箱三部分。,整个液化流程可分,为天然气液化系统 和混合制冷剂循环,两部分。,6,5,1,天然气,7,8,2,11,10 9,3,4,12,13,1分馏塔,2冷箱,3低压压缩机,4高压压缩机,5、6、7、8气液分离器,9、10、11节流阀 12、13冷却器,LNG,3,第三章,天然气液化技术,3.1 天然气液化工艺 CII循环特点： 流程精简，设备少 冷箱采用高效钎焊铝板翅式换热器，体积小，便于 安装 压缩机和驱动机的形式简单、可靠、降低了投资与 维护费用,LNG,29,3.1,天然气液化工艺,3.1.3 膨胀机制冷液化流程 带膨胀机的天然气液化流程（Expander-Cycle），是 指利用高压制冷剂通过透平膨胀机绝热膨胀的克劳德循环 制冷实现天然气液化的流程。根据进入膨胀机的介质的不 同，膨胀机制冷循环分为两种： 天然气膨胀液化流程采用天然气膨胀制冷的循 环，又称开式膨胀机循环； 氮膨胀液化流程采用N2（或N2CH4混合物）膨 胀制冷工艺流程，又称闭式膨胀机循环。,LNG,30,3.1,天然气液化工艺,带膨胀机液化流程：指利用高压制冷剂通过透平 膨胀机绝热膨胀的克劳德循环制冷实现天然气液化的 流程。流程的关键设备是透平膨胀机。 种类： 天然气膨胀液化流程 氮气膨胀液化流程 氮-甲烷膨胀液化流程 应用： 调峰型天然气液化装置。,31,3.1 天然气膨胀液化流程 利用原料气管道中的高压天然气，在制冷循环膨胀机中等熵膨胀，获 得的低温冷量用于液化另一股天然气，这被称之为天然气膨胀机制冷循环。 等熵膨胀后的天然气最后送入低压管网。,3.1,天然气液化工艺,尾气,原料气,返回气,9,7,6,5,3,4,8,11,10,1,2,1脱水器 2脱CO2塔 3水冷却箱 4返回气压缩机 5、6、7换热器,8过冷器 10膨胀机,9储槽 11压缩机 LNG,无需专门制冷剂、 预处理天然气量小 (2035%) 温度比氮膨胀高、,循环气量大、液化率,低,3.1 天然气液化工艺 这类流程的优点是： 流程简单、调节灵活、工作可靠、易启动、易操作、 维护方便； 用天然气本身为工质时，省去专门生产、运输、储存 冷冻剂的费用。 缺点是： 送入装置的气流需全部深度干燥； 回流压力低，换热面积大，设备金属投入量大； 受低压用户多少的限制； 液化率低，如再循环，则在增加循环压缩机后，功耗 大大增加。,3.2 天然气液化装置,天然气液化装置一般由天然气预处理、液化、储存、控制及消防等系统组成。天然气液化装置分为基本负荷型和调峰型两大类。,2010/10/17,LNG,3,2010/10/17,LNG,3,基本负荷型液化装置主要用于天然气生产地液化后远洋运输，进行国际间的LNG贸易。全部设施由天然气预处理、液化、储存、控制、装卸和消防系统组成。,3.2.1基本负荷型天然气液化装置,吸收法,LNG,14,1丙烷压缩机,2、,6、10、13水冷却,器,3