LNG的液化知识

LNGLNG基本知识及液化基本知识及液化 技术介绍技术介绍 北帕斯天然气液化项目组北帕斯天然气液化项目组 设计管理部设计管理部 2 目录目录 一 LNG的基本性质 二 LNG产业链 三 天然气液化技术介绍 四 北帕斯天然气液化工艺简介 3 一一 LNG LNG的基本性质的基本性质 1 LNG的物理性质 主要成分 甲烷 临界温度 190 58K 在常温下 不能通过加压将其液化 而是经过预处理 脱除重烃 硫化物 二氧化碳和水等杂质后 深冷到 162OC 实现液化 主要物理性质如表1 1所示 气体相 对密度 沸点 C 常压 液体密度 g l 沸点下 高热值 MJ m3 颜色 0 60 0 7 0 约 162 C 430 460 41 5 45 3 无色 透 明 表1 1 4 一一 LNG LNG的基本性质的基本性质 2 典型的LNG组成 常压泡点下的性 质 组成1组成2组成3 组成 摩尔分数 N2 CH4 C2H6 C3H8 I C4H10 N C4H10 C5H12 摩尔质量 kg mol 泡点温度 oC 密度 kg m3 0 5 97 5 1 8 0 2 16 41 162 6 431 6 1 79 93 9 3 26 0 69 0 12 0 15 0 09 17 07 165 3 448 8 0 36 87 20 8 61 2 74 0 42 0 65 0 02 18 52 161 3 468 7 表1 2 5 一一 LNG LNG的基本性质的基本性质 3 LNG的性质特点 温度低 在大气压力下 LNG沸点都在 162 C左右 液态与气态密度比大 1体积液化天然气的密度大约是1体积气态天然气的600倍 即1体积 LNG大致转化为600体积的气体 可燃性 一般环境条件下 天然气和空气混合的云团中 天然气含量在 5 15 体积 范围内可以引起着火 其最低可燃下限 LEL 为4 6 一一 LNG LNG的基本性质的基本性质 4 LNG的安全特性 1 燃烧特性 燃烧范围 5 15 即体积分数低于5 和高于15 都不会燃烧 自燃温度 可燃气体与空气混合物 在没有火源的情况下 达到 某一温度后 能够自动点燃着火的最低温度称为自燃温度 甲烷 性质比较稳定 在大气压力条件下 纯甲烷的平均自燃温度为 650 C 以甲烷为主要成分的天然气自燃温度较高 LNG的自燃 温度随着组份的变化而变化 燃烧速度 是火焰在空气 燃气的混合物中的传递速度 天然气 的燃烧速度较低 其最高燃烧速度只有0 3m s 7 一一 LNG LNG的基本性质的基本性质 2 低温特性 隔热保冷 LNG系统的保冷隔热材料应满足导热系数低 密度低 吸湿率和吸水率小 抗冻性强 并在低温下不开裂 耐火性好 无气味 不易霉烂 对人体无害 机械强度高 经久耐用 价格 低廉 方便施工等 蒸发特性 LNG作为沸腾液体储存在绝热储罐中 外界任何传入的 热量都会引起一定量液体蒸发成气体 这就是蒸发气 BOG 标 准状况下蒸发气密度是空气60 当LNG压力降到沸点压力以下时 将有一定量的液体蒸发成为气体 同时液体温度也随之降低到 其在该压力下的沸点 这就是LNG闪蒸 由于压力 温度变化引起 的LNG蒸发产生的蒸发气处理是液化天然气储存运输中经常遇到的 问题 8 一一 LNG LNG的基本性质的基本性质 泄露特性 LNG泄漏到地面 起初迅速蒸发 当热量平衡后便降到某一 固定的蒸发速度 当LNG泄漏到水中会产生强烈的对流传热 在一定的 面积内蒸发速度保持不变 随着LNG流动泄漏面积逐渐增大 直到气体 蒸发量等于漏出液体所能产生的气体量为止 泄漏的LNG以喷射形式进 入大气 同时进行膨胀和蒸发 与空气进行剧烈的混合 储存特性 分层 LNG是多组分混合物 因温度和组分的变化引起密度变化 液体 密度的差异使储罐内的LNG发生分层 9 一一 LNG LNG的基本性质的基本性质 翻滚 若LNG已经分层 上层液体吸收的热量一部分消耗于液体表面蒸 发所需的潜能 其余热量使上层液体温度升高 随着蒸发的持续 上 层液体密度增大 下层液体密度减小 当上下两层液体密度接近相等 时 分界面消失 液层迅速混合并伴有大量液体蒸发 此时蒸发率远 高于正常蒸发率 出现翻滚 快速相态转变 RPT 两种温差极大的液体接触 若热液体温度比冷 液体温度沸点温度高1 1倍 则冷液体温度上升极快 表层温度超过自 发成核温度 当液体中出现气泡 此过程冷液体能在极短时间内通 过复杂的链式反应机理以爆炸速度产生大量蒸气 这就是LNG或液氮与 水接触时出现的RPT现象的原因 10 一一 LNG LNG的基本性质的基本性质 3 生理影响 LNG蒸气是无毒的 但如果吸进纯LNG蒸气 会迅速失去知觉 几 分钟后死亡 人员暴露在体积分数为9 的甲烷含量的环境中没有 什么不良反应 如果吸入过量天然气会引起缺氧窒息 当天然气 的体积分数达到50 以上 会对人体产生永久性伤害 11 二二 LNG LNG产业链产业链 LNG产业链是一条贯穿天然气产业全过程的资金庞大 技术密集 的完整链系 由陆地或海上油田开采的天然气在液化工厂经过预 处理后进行液化 生产的LNG按照贸易合同 通过船运到LNG接收 站储存 再气化 经由管网送到用户 图2 1是LNG产业链的示意图 12 二二 LNG LNG产业链产业链 13 二二 LNG LNG产业链产业链 图2 1 产业链示意图 陆地 海上开采 预处理 液化 储存 装船运输卸装 接收站储存 气化 天然气 液化天然气 天然气 液化天然气 液化天然气液化天然气 液化天然气 液化天然气 14 二二 LNG LNG产业链产业链 1 天然气的开发 天然气生产环节包括对天然气的开采和一定程度的处理 按其性质和 要求将天然气管输到液化厂并达到LNG厂原料气规格 2 液化 主要作用是持续不断地把原料气液化成为LNG产品 其主要步骤有 预处理 从原料气中脱除气田生产环节没有去掉的杂质 如水 二氧 化碳 硫 硫醇等 去除NGL 脱除天然气中的NGL以达到液化需要处理的LNG规格和技术 要求 液化 用深冷制冷剂将原料气冷却并冷凝到 162 使其成为液态产 品 15 二二 LNG LNG产业链产业链 3 储存和装载 液化天然气 LNG 液体产品被储存在达到或接近大气压的保温储 罐中 最常见的储罐类型有单容储罐 双容储罐 全容储罐 4 运输 海上LNG运输需专门的运输船 将液态产品在常压或接近大气压条 件下储存在LNG船保温舱内 在运输途中有一部分LNG蒸发 这些蒸 发气可作为运输船的燃料 5 接收站 LNG产品通过码头从运输船上卸下 储存 而后再气化后变成普通 管道气输送给发电厂或通过当地分销网络作为燃料气输送到最终用 户 6 输配气管网和用户 16 17 三 天然气液化技术介绍 1 概述 天然气液化 一般包括天然气净化和天然气液化两个过程 常压下 甲烷液化需要降低温度到 162oC 为此必须脱除天然气中的 硫化氢 二氧化碳 重烃 水和汞等腐蚀介质和在低温过程中会使 设备和管道冻堵的杂质 然后进入循环制冷系统 逐级冷凝分离丁 烷 丙烷和乙烷 得到液化天然气产品 18 三 天然气液化技术介绍 2 天然气的净化 液化天然气工程的原料气来自油气田生产的天然气 凝析气或油田 伴生气 其不同程度的含有硫化氢 二氧化碳 重烃 水和汞等杂 质 在液化前必须进行预处理 以避免在液化过程中由于二氧化碳 重烃 水等的存在而产生冻结堵塞设备及管道 表3 1列出了LNG生产要求原料气中最大允许杂质的含量 杂质组 分 允许含量杂质组 分允许含量 H2O CO2 H2S COS 0 1x10 6 50 100 x 10 6 3 5mg m3 0 1x10 6 总硫 汞 芳烃类 C5 10 50mg m 3 0 01mg m 3 1 10 x10 6 70mmg m3 表3 1 19 1 酸性气体脱除 天然气中常见的酸性气体 H2S CO2 COS 危害 H2S微量会对人的眼睛鼻喉有刺激性 若体积百分数达到0 6 的空气中 停留2分钟 危及生命 酸性气体对管道设备腐蚀 酸性气体的临界温度较高 在降温下容易析出固体 堵塞设备管道 CO2不会燃烧 无热值 若参与气体处理和运输不经济 方法 化学吸收法 物理吸收法 化学 物理吸收法 直接转化法 膜分离法 其中以醇胺法为主的化学吸收法和以砜胺法为代表的化学 物理吸收法是采用最多的方法 三 天然气液化技术介绍 20 三 天然气液化技术介绍 2 化学吸收法 化学吸收法是以碱性溶液为吸收溶剂 与天然气中的酸性气体 主 要H2S CO2 反应生成化合物 当吸收了酸性气体的溶液温度升高 压力降低时 该化合物又分解释放出酸性气体 化学吸收法具有代表性的是醇胺 烷醇胺 法和碱性盐溶液法 醇胺法 胺类溶剂 一乙醇胺 MEA 二乙醇胺 DEA 二异丙醇胺 DIPA 二甘醇胺 DGA 甲基二乙醇胺 MDEA 醇胺类化合物分子结构特点是其中至少有一个羟基和一个胺基 羟基可降低化合物的蒸气压 并能增加化合物在水中的溶解 度 可以配成水溶液 而胺基则使化合物水溶液呈碱性 以促 进其对酸性组分的吸收 醇胺与H2S CO2的反应均为可逆反应 醇胺法特别适用于酸性组分分压低 重烃含量高的天然气脱硫 21 三 天然气液化技术介绍 醇胺的腐蚀性较高 对设备会造成腐蚀 需要能耗高 溶剂损耗大 MEA常用于酸性组分分压低的场合 属于伯醇胺 其反应能力 挥发度和腐蚀性最强 可很容易将H2S含量降低到5mg m3以下 但MEA既可脱除H2S 也可脱除CO2 一般无选择性 DEA与MEA相比 与H2S和CO2的反应热较小 碱性和腐蚀性较弱 蒸发损失较小 投资和操作费用相对较低 但DEA对H2S也没有选 择性 MDEA是叔醇胺 再生能耗低 腐蚀性小 可选择性吸收H2S 活性热钾法 无机溶剂 加有活化剂的碳酸钾溶液 具有代表性的是BENFIELD法和CATACARD法 适合脱除CO2的场合 22 三 天然气液化技术介绍 3 物理吸收法 利用H2S和CO2等酸性组分与甲烷等烃类在溶剂中的溶解度不同而完 成脱硫任务 工业应用的物理溶剂有 甲醇 多乙二醇二甲醚 碳酸丙烯醋等 物理吸收法一般在高压 低温下进行 溶剂不易变质 腐蚀性小 能脱除有机硫 适合酸性气体分压高的天然气 常用的方法有SELEXOL法 聚乙二醇二甲醚 和RECTISO法 冷甲醇 4 化学 物理吸收法 联合吸收法 使用的溶剂是醇胺 物理溶剂和水的混合液 砜胺法 烷醇胺和环丁砜 净化程度高 能耗低 腐蚀小 可脱除有机硫化合物 23 三 天然气液化技术介绍 5 净化方法的选择 常用的方法 醇胺法 砜胺法 热钾法 对于酸性气体含量低 酸气分压小于350KPa的原料气 适宜采 用醇胺法 砜胺法对中高酸性气体分压的天然气有广泛的应用 而且有良 好的脱除有机硫的能力 热钾碱法的BENFIELD溶剂 可同时脱除H2S和CO2 该法吸收温度 高 净化程度好 特别适合含有大量CO2的原料气的处理 24 三 天然气液化技术介绍 3 脱水 按照现行标准 进入液化天然气工厂的管输天然气的水露点 在交接 点的压力和温度条件下 应比最低环境温度低5oC 此时不满足深冷 液化的要求 为防止低温液化过程中产生水合物 堵塞设备和管道 在液化前 必须将原料气中的水份含量降低到小于0 1X10 6 体积分 数 常用的天然气脱水方法有冷却法 吸附法 和吸收法等 1 冷却法 天然气中的饱和含水量取决于天然气的温度 压力和组成 一般来说 天然气中的饱和含水量随压力升高 温度降低而减少 冷却脱水就 是利用一定的压力下 天然气含水量随温度降低而减少的原理来实现 天然气脱水 25 三 天然气液化技术介绍 2 吸收法 吸收法脱水是采用一种亲水液体 脱水吸收剂 与天然气逆流接触 吸收天然气中的水蒸气 从而脱除水分 常用的脱水吸收剂有甘醇和CaCL2水溶液 由于三甘醇的露点降可达 40oC以上 热稳定性好 成本低 运行可靠 在甘醇类脱水吸收剂中 应用效果最好 3 吸附法 吸附