第08章 天然气物理加工技术 天然气化工工艺学

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1、8天然气物理加工技术8.1液化天然气技术8.2吸附天然气技术8.3天然气制氦8.1液化天然气技术天然气物理加工技术包括天然气液化(liquefiednaturalgas，LNG)、吸附天然气(absorbednaturalgas，ANG)以及通过低温冷凝和膜参透技术提取氦。8.1.1概述(Introduction)原料天然气经预处理，脱除C5+、H2S、CO2及水等组分和杂质后，经深冷到－162℃(在常压条件下)液化制成LNG。因LNG的体积仅为气态天然气的1/625，适合用船运输。从天然气气田到用户的LNG工业系统见图8.1图8.1LNG工业系统简图LNG工业系

2、统总成本中原料天然气成本占15～20％，液化工厂(包括预处理、液化、装船等)成本占30～40％，LNG运输成本占10～30％(与运输距离有关)，接收站到用户成本占15～25％。LNG工业系统8.1.2LNG装置的类型(1)调峰型将天然气液化储存用于调节用气高峰，主要建设在远离天然气气源的地区。调峰有两种手段，一种是以气态的方式储存高压气态的天然气，另一种是以液态的方式储存低压低温的液态天然气。(2)基地型又称基荷型装置，主要用于大量生产LNG供出口或贸易。LNG基地装置多建在沿海地区，便于装船运送到输入国或地区。(3)终端型终端装置又称接收站，用于大量接收、储存由

3、LNG运输船从海上运来的LNG。储存的LNG气化后进入管网供应用户。(4)卫星型主要用于调峰，由船或特殊槽车从接收站运来LNG，加以储存，到用气高峰时气化补充使用，装置无液化能力，只有储罐和气化设备。8.1.3天然气液化生产工艺1－吸收器；2－再生器；3－涤气柱；4－气液分离器5－主换热器；6－LNG储罐；7－制冷压缩图8.2典型的LNG生产工艺流程图LNG工艺流程说明天然气的液化一般包括天然气净化(也称预处理)过程和天然气液化过程两部分，其核心是制冷循环系统。首先将原料天然气经过“三脱”(即脱水、脱烃、脱酸性气体等)净化处理脱除液化过程的不利组分，之后再进入制冷

4、系统的高效换热器不断降温，并将丁烷、丙烷、乙烷等逐级冷凝分离，最后在常压下使温度降低到－162℃左右，即可得到LNG产品。图8.2是典型的LNG生产工艺流程图。8.1.3.1天然气液化天然气的液化工艺流程根据所采用的制冷循环可以分为3种，即阶式制冷循环、混合制冷剂循环和膨胀机制冷循环。（1）阶式制冷工艺阶式制冷工艺是一种常规制冷工艺。一般是由丙烷、乙烯和甲烷为制冷剂的3个制冷循环阶组成，制冷温度梯度分别为-38℃、-85℃及-160℃左右。后来将三个温度级改进为九个温度级，即再将丙烷段、乙烯段、甲烷段各分为三段。阶式制冷工艺冷却曲线图8.3阶式制冷工艺的冷却曲线三

5、温度水平(a)九温度水平(b)混合制冷工艺混合制冷工艺多采用烃类混合物(N2、C1、C2、C3、C4、C5)作为制冷剂，利用多组分混合物中重组分先冷凝、轻组分后冷凝的特性，将其依次冷凝、分离、节流、蒸发得到不同温度级的冷量。又据混合制冷剂是否与原料天然气相混合，分为闭式和开式两种混合制冷工艺。混合制冷剂工艺可以分为全混合制冷剂工艺和预冷并混合制冷剂工艺。如左图为典型的天然气液化混合制冷工艺。膨胀制冷工艺的特点是利用原料天然气的压力能对外做功以提供天然气液化所需的冷量。系统液化率主要取决于膨胀比和膨胀效率。该工艺特别适用于天然气输送压力较高而实际使用压力较低，中间需

6、要降压的气源场合。优点是能耗低、流程短、投资省、操作灵活；缺点是液化率低。膨胀制冷工艺8.1.3.2LNG储存(1)LNG接收站LNG接收站工艺根据在BOG的处理上不同，可分为两种，一种是蒸发气体(boilingofgas，BOG)再冷凝工艺，另一种是BOG直接压缩工艺。(2)LNG储罐由于LNG具有可燃性和超低温性(－162℃)，要求罐内压力0.1～1MPa，储罐的蒸发量一般为0.04～0.2％，小型储罐蒸发量高达1％。储罐可分为地面储罐和地下储罐。8.1.4世界LNG工业发展趋势安全在保证安全性的前提下，LNG生产线向大型化发展，降低能耗，提高效率、有效性及竞

7、争能力。设计在工艺设计方面，优化工艺布置，采用分析方法和预演技术，确定LNG设施最佳投资和能耗指标；实现LNG系统的优化实现液化工艺和设备选择的优化，还为实现整个LNG系统的优化而进行着不断的探索；提高装置的有效性和可靠性是降低LNG费用的重要途径。延长装置的使用寿命能降低LNG费用。LNG生产线向大型化发展降低LNG生产能耗液化1m3天然气的理论最小能耗为0.18～0.21kWh8.1.5液化天然气与天然气合成油的比较液化天然气(LNG)本质上是一个物理过程，目的是把天然气转变成液体以便于运输。天然气合成油(gastoliquid，GTL)是一个化学过程，目的是

8、将天然气转