lng液化工艺
43页1、液化天然气(LNG)技术,天然气液化技术,预处理的目的:脱除原料气中的有害杂质及深冷过程中可能固化的物质。如:硫化氢、二氧化碳、水分、重烃和汞等。不同类型的LNG工厂所处理的原料气不一样,因此处理方法和工艺也不尽相同。,1 天然气的预处理,1.1 天然气的预处理,表2.2 最大允许杂质含量,注:1.A为无限时生产下的累积允许值;B为溶解度限制;C为产品规格。,1.2 天然气的脱水技术,脱水常用方法:包括冷却法()、吸收法 () 、吸附法()。,(3)吸附法脱水工艺流程,吸附再生冷却,1.2 天然气的脱水技术,1.3 天然气中酸气的脱除,酸性气体一般是H2S, CO2、COS与RSH等气相杂质。脱除酸性气体常称为脱硫脱碳,或习惯上称为脱硫。在净化天然气时,可考虑同时除去H2S和CO2,因为醇胺法和用分子筛吸附净化中,这两种组分可以被一起脱除。,2.3.2 脱硫方法的选择在天然气液化装置中,常用的净化方法有三种,即醇胺法、热钾碱法(Benfied)、砜胺法(Sulfinol)。,1.3 天然气中酸气的脱除,醇胺法:利用以胺为溶剂的水溶液,与原料天然气中的酸性气体发生化学反应来脱除天然气中的
2、酸性气体的,此法可同时脱除CO2和H2S。目前主要采用一乙醇胺及二乙醇胺为溶剂。,1.3 天然气中酸气的脱除,1.3 天然气中酸气的脱除,1.4 其他杂质的脱除,汞:汞的存在会严重腐蚀铝制设备。当汞(包括单质汞、汞离子及有机汞化合物)存在时,铝会与水反应生成白色粉末状的腐蚀产物,严重破坏铝的性质。极微量的汞含量足以给铝制设备带来严重的破坏,而且汞还会造成环境污染,以及检修过程中对人员的危害。所以汞的含量应受到严格的限制。脱除汞依据的原理是汞与硫在催化反应器中的反应。,重烃:指C5+以上的烃类,在烃类中,分子量由小到大时,其沸点是由低到高变化的,所以在冷凝天然气的循环中,重烃总是先被冷凝下来。如果未把重烃先分离掉,或在冷凝后分离掉,则重烃将可能冻结从而堵塞设备。重烃在脱水时被分子筛等吸附剂部分脱除,其余的采用深冷分离。,1.4 其他杂质的脱除,COS:其可以被极少量水水化,形成H2S和CO2,对设备造成腐蚀。易与回收丙烷相混。通常与H2S和CO2在脱酸时一起脱除。 氦气:天然气是氦的最主要来源,应加以分离利用。采用膜分离和深冷分离相结合的方式脱除,有很高利用价值。 氮气:其含量的增加会使
3、天然气液化更困难。一般采用最终闪蒸法从LNG中选择性脱除。,1.4 其他杂质的脱除,2 天然气液化技术,天然气的主要成分是甲烷(CH4),其标准沸点为111K(-162) 。 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生产步骤和工艺装置图:,2 天然气液化技术,2 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: 节流制冷循环 膨胀机制冷循环 阶式制冷循环 混合冷剂制冷循环 带预冷的混合冷剂制冷循环,3.1.1 阶式制冷循环 阶式循环,2 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.
4、3。,2 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,2 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。,2 天然气液化工艺,阶式制冷原理图,1,2,3,9,8,7,6,5,4,冷却水,LNG,残余气,天然气,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,阶式循环流程图,2 天然气液化工艺,2 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。,2 天然气液化工艺,缺点:机组多,流程复杂。
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