【文章內(nèi)容簡介】 況一般分為基地型、調(diào)峰型、終站型、衛(wèi)星型四種類型。LNG 工廠具有投資費用大、操作條件特殊、配套要求嚴格等特點 【 7】 。 (1)基地型 (BaseLoad) 基地型 LNG 工廠多建在氣源附近，生產(chǎn)大量的 LNG 供應(yīng)遠離氣源的用戶或供出口。其特點是液化能力大，每天可將 (5～ 34)106m3 的天然氣液化，最大可達 70xl06m3。此外，這類工廠的儲 罐容量也較大，并附有碼頭及裝載設(shè)施。 (2)調(diào)峰型 (peakshaving) 調(diào)峰型 LNG 工廠多建在用戶附近，主要用來調(diào)節(jié)用戶高峰負荷或冬季為用戶提供燃料，平時則用來液化管輸來的相對富裕的天然氣。其特點是液化能力較小，通常每天可處理天然氣 (10～ 20)104m3，而儲存容量和 LNG 再氣化能力相對較大。儲罐一般可儲 LNG(～ 10)1O4m3。每年開工約 200～ 250 天，若使儲罐充滿 LNG 在用氣高峰時再氣化可供 6～ 12 天使用。這類工廠在國外很普遍，僅美國和加拿大就建有 100 多套。此外，英國、德國、澳大 利亞以及其它以天然氣為主要燃料的國家也建有這類工廠。 (3)終站型 (Terminal) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 6 終站型 LNG 工廠主要用來大量接收由船從基地型工廠運來的 LNG，加以儲存并氣化后再進入配氣系統(tǒng)供應(yīng)給用戶。它的液化能力很小 (主要是液化儲罐中LNG 蒸發(fā)出來的氣體 )，而氣化能力很大，儲 罐容量也很大。這類工廠一般都配有冷量回收和利用裝置。例如，將 LNG 再氣化過程中產(chǎn)生的可觀冷量用于海水淡化、空氣液化、冷凍與冷藏、發(fā)電、空調(diào)及固體低溫粉碎等。 (4)衛(wèi)星型 (satellite) 衛(wèi)星型為調(diào)峰型的一種，靠用船或特殊槽車從中心運來 LNG 加以儲存，到用氣高峰時再氣化以補充不足。其本身無液化能力。至 1998 年為止，在全世界8 個 LNG 出口國中，有 22 座天然氣液化工廠，共 56 系列，其設(shè)計能力為 9420萬噸 /年， 1997 年實際生產(chǎn) 7921 萬噸，開工率為 84%。而且，隨著目前正在建造的 5 座共 8 系列的 LNG 工廠的建成， LNG 生產(chǎn)能力將再增加 2300 萬噸 /年。另外，還有大量的 LNG 工廠正在計劃建造，設(shè)計能力超過 1 億噸 /年，如全部投產(chǎn)，屆時全球 LNG 生產(chǎn)能力將是目前的乙 5 倍左右。自 60 年代起，全世界生產(chǎn) LNG裝置的數(shù)量與規(guī)模不斷增加，已投產(chǎn)的 LNG 裝 置目前達 160 多套。其中 70%左右是調(diào)峰型裝置，它們主要分布在北美。最大的 LNG 工廠在馬來西亞鼓蒂，其天然氣處理能力為 70106m3/d。 【 1】 國內(nèi) LNG 研究現(xiàn)狀 我國雖于 1973 年在四川建成了國內(nèi)第一個天然氣提氮工廠 (可聯(lián)產(chǎn) LNG)，但總體來 說 我國的 LNG 工業(yè)仍處于起步階段。在我國， 液化天然氣在天然氣工業(yè)中 所占比 重幾 乎為 零 ， 這無法滿足我經(jīng)濟發(fā)展中對液化天然氣的需求，也與世界上液化天然氣的高速度、大規(guī)模發(fā)展的形勢相悖，但值得稱道的是，我國的科研人員和從事天然氣開發(fā)的工程技術(shù)人員為我國液化天然 氣工業(yè)做了許多探索性的工作。目前，有三套全部國產(chǎn)化的小型液化天然氣生產(chǎn)裝置分別在四川綿陽、吉林油田和長慶油田建成，三套裝置采用不同的生產(chǎn)工藝，為我國 LNG 事業(yè)發(fā)展起到了很好的示范作用。中科院低溫技術(shù)實驗中心分別為四川綿陽燃氣集團總公司、中國石油天然氣總公司勘探局與吉林石油管理局研制一套實驗性天然氣液化示范裝置，液化量分別為 300 升 /小時、 500 升 /小時 【 8】 。 在四川的一套天然氣液化裝置采用天然氣透平膨脹機，利用天然氣自身壓力膨脹制冷，將部分天然氣液化，設(shè)備緊湊，除少量儀表及照明用電外，不消耗電內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 7 能，但需安排 有穩(wěn)定的天然氣用戶來使用經(jīng)過減壓后大部分未液化的天然氣。其主要參數(shù)及技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)為 :進氣壓力 4MPa； 出口壓力 ； 日處理天然氣量 (標(biāo)準 )4000m3； 液化量 300L/h； 電能消耗 1～ 2kw； 燃氣消耗 (標(biāo)準 )500m3。該裝置采用了天然氣潤滑的氣體軸承透平膨脹機，具有國際先進水平。 上海煤氣公司建設(shè)的平湖燃氣輸配工程液化天然氣調(diào)峰站位于上海市東北 。 該站接收通過浦東燃氣輸氣管網(wǎng)輸來東海海上油田氣，其主要功能是 :l)在氣源或輸氣系統(tǒng)發(fā)生故障時，利用調(diào)峰站的儲備能力，保證浦東地區(qū)十天連續(xù)供氣， 2)在冬季用氣 高峰期，保證正常供氣量外新增加的額外要求。該調(diào)峰站的設(shè)計能力為 :LNG 生產(chǎn)能力為 174m3/d,LNG 氣化能力為 120m3/h【 9】 。 據(jù)悉，為解決沿海一帶的能源短缺問題，我國已計劃從國外進口一部分LNG。我國首家進口液化天然氣 (LNG)利用項目 廣東液化天然氣接收站和輸氣干線項目，于 2021 年 4 月 18 日在北京正式簽署項目合作原則協(xié)議。該項目一期規(guī)模 300 萬噸 /年，總投資為 51 億元人民幣，計劃 2021 年投產(chǎn)。二期規(guī)模 500 萬噸 /年，投資 21 億元人民幣，計劃 2021 年投產(chǎn)。中國海洋石 油 總公司占股份 33%，深圳 市投資管理公司、廣東省電力集團公司、廣州市煤氣公司、東莞市燃料工業(yè)總公司和佛山市燃氣總公司在內(nèi)的廣東 5 家項目發(fā)起方占 31%， BP 公司占 30%，香港電燈集團有限公司和香港中華煤氣有限公司各占 3%。此外， 2021 年～ 2021年，亞洲 (包括我國大陸及臺灣在內(nèi) )LNG 的供需缺口將由 15～ 35Mt 擴大到 30～70Mt，因此，今后我國的 LNG 工業(yè)也將會有較大發(fā)展。 LNG 未來的發(fā)展趨勢 世界 LNG 工業(yè)總的發(fā)展趨勢是 ： 在保證安全性的前提下，發(fā)展規(guī)模經(jīng)濟，降低能耗，降低費用，提高效率，提高有效性和安全性，增強 LNG 價格在能源價格 (以原油價格為基礎(chǔ) )中的競爭能力。 ① 安全第一將繼續(xù)成為 LNG 裝置設(shè)計、施工和操作的基本原則。 ② 不斷改進設(shè)計手段，提高設(shè)計質(zhì)量，改進技術(shù)參數(shù)，減少設(shè)計余量，正確合理的選擇液化工藝和工藝設(shè)備，可節(jié)省大量的費用。 ③ 實現(xiàn) LNG 系統(tǒng)的優(yōu)化。不但要對液化工藝和設(shè)備的選擇優(yōu)化組合，而且要對整個 LNG 系統(tǒng)實現(xiàn)優(yōu)化，如輸入輸出站的儲罐容量，海運效率和速度，氣候條件和 LNG 季節(jié)性需求，原料供應(yīng)等，都對 LNG 生產(chǎn)有影響，必須對所有變內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 8 量或參數(shù)進行優(yōu)化，獲得最佳妙果。 ④ 提高裝置的有效性。提高裝置的有效性是降 低 LNG 費用的重要途徑之一。裝置停機，包括計劃停機和非計劃停機，對裝置的有效工作時間有很大影響，要把計劃停機和非計劃停機控制到最低水平。 ⑤ 延長裝置的使用壽命。延長裝置的使用壽命，也能降低 LNG 費用。目前主要研究那些對裝置維修次數(shù)和時間影響大的易損易磨元件上，如軸承和密封件。 ⑥ LNG 工廠的生產(chǎn)線向大型化發(fā)展。擴大 LNG 生產(chǎn)能力，提高 LNG 生產(chǎn)線數(shù)量，提高 LNG 產(chǎn)量，發(fā)展規(guī)模經(jīng)濟，可以進一步節(jié)約能耗，降低 LNG 的生產(chǎn)成本。 ⑦ 降低 LNG 工廠的能耗。目前世界上對降低 LNG 工廠能耗正進行不懈的努力，力求達到更低 的能耗指標(biāo)。 隨著 LNG 生產(chǎn)的發(fā)展，天然氣液化工藝經(jīng)歷了繁一簡一繁 (在一個新的高度上 )的變化過程，其主要目的是為了降低能耗，提高技術(shù)經(jīng)濟效益。 本文研究的主要內(nèi)容及意義 天然氣是一種清潔優(yōu)質(zhì)能源，近年來，世界天然氣產(chǎn)量和消費量呈持續(xù)增長趨勢。從今后我國經(jīng)濟和社會發(fā)展看，加快天然氣的開發(fā)利用，對改善能源結(jié)構(gòu)，保護生態(tài)環(huán)境，提高人民生活質(zhì)量，具有十分重要的戰(zhàn)略意義。 分子篩脫水系統(tǒng)在天然氣液化過程中占 有重要的 地位，只有在分子篩脫水系統(tǒng)中脫除天然氣中 的水分，才能保證后面的液化過程順利進行，從而也保護了設(shè)備 和管線不被腐蝕，延長設(shè)備的使用壽命，提高了經(jīng)濟效益。 本文主要針對巴彥淖爾華油天然氣 LNG 項目天然氣液化過程中的脫水系統(tǒng)進行了研究。脫水方法有溶劑吸收法、低溫冷凝法，固體吸附法等多種方法，而固體吸附法中以分子篩脫水的應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)最成熟可靠。在脫水工藝中的一個很重要的設(shè)備是再生氣加熱爐。穩(wěn)定的控制再生氣加熱爐的爐溫，是保證脫水系統(tǒng)深度脫水的必要條件。所以如何控制再生氣加熱爐中氣體的溫度，采用什么樣的控制系統(tǒng)是本文研究的關(guān)鍵。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 9 第二章 分子篩脫水系統(tǒng)的設(shè)計 液化天然氣 工藝流程概述 天然 氣液化 (見圖 )一般包括天然氣凈化 (也稱預(yù)處理 )過程和天然氣液化過程兩部分，后者則是核心。通常，先將原料天然氣經(jīng)過預(yù)處理，脫除液化過程的不利組分 (酸性組分、水分、較重?zé)N類及汞等 )，之后再進入制冷系統(tǒng)的高效換熱器不斷降溫，并將丁烷、丙烷、乙烷等逐級冷凝分離，最后在常壓下使溫度降低到 162℃ 左右，即可得到 LNG 產(chǎn)品 【 10】 。將 LNG 送入保冷良好的絕熱容器，可以在常壓下儲存、運輸和使用。由于天然氣在液化前經(jīng)過凈化處理，清除掉了不利于天然氣液化流程順利進行的成分，因此它比管輸氣更為清潔的燃料。 現(xiàn)代 LNG 工業(yè) 技術(shù)的內(nèi)容包括了 LNG 生產(chǎn)、儲運與利用的全過程，即天然氣液化 (含預(yù)處理、深冷液化、 LNG 儲存 )、 LNG 運輸 (船運、車運 )、 LNG 接受終端、 LNG 衛(wèi)星站及 LNG 利用等。與氣態(tài)天然氣相比，液化后的天然氣只有原體積的 1/625，因此采用 LNG 的形式對遠離能源消耗地區(qū)，海上天然氣田的開發(fā)利用，都具有十分明顯的優(yōu)越性。 天 然 氣 凈化 、 干 燥脫 水 單 元天 然 氣 冷卻 、 液 化單 元L N G 低 溫儲 罐冷 劑制 冷 單 元制 冷 劑 液 體制 冷 劑 蒸 氣C O2H2SH2O天 然 氣 原 料 氣凈 化 原 料N G L 、 L P GL N G儲 罐 閃 蒸 氣過 程 閃 蒸 氣 圖 21 天然氣液化過程工藝流程圖 分子篩脫水系統(tǒng) 天然氣作為液化裝置的燃料氣，首先必須對其進行預(yù)處理。天然氣預(yù)處理主要是脫除其中 的有害雜質(zhì)及深冷過程中可能結(jié)晶的物質(zhì)，也就是天然氣中的內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 10 H2S、 CO水分、重?zé)N和汞等雜質(zhì)。天然氣預(yù)處理主要目的有： ① 避免低溫下水與烴類組分凍結(jié)而堵塞設(shè)備和管道，降低管線的輸氣能力； ② 提高天然氣的熱值，滿足氣體質(zhì)量標(biāo)準； ③ 保證天然氣在深冷條件下液化裝置能正常運行； ④ 避免腐蝕性雜質(zhì)腐蝕管道及設(shè)備。 由于 LNG 原料氣中的飽和水分在一定條件下可能形成碳氫水合物，嚴重時可能堵塞液化系統(tǒng)的管路和設(shè)備，最終影響 LNG 生產(chǎn)。另外，對于含 CO H2S的天然氣，由于水分的作用，它們將形成具有腐蝕性的酸液，從而造成設(shè)備與管線 的嚴重腐蝕。所以，對 LNG 原料氣必須進行脫水處理。天然氣液化過程中需深冷至約 162℃ ， 為避免在低溫液化過程中出現(xiàn)結(jié)冰堵塞設(shè)備和管線 ， 天然氣在液化之前必須進行凈化 ， 脫除天然氣中的酸性氣體 (如 H2S,CO2等 )和水。因為天然氣液化的溫度非常低 ， 對含水量要求相應(yīng)很高 ,故需要進行深度脫水。 天然氣脫水方法的選擇 為避免天然氣中由于水的存在造成堵塞現(xiàn)象，通常需在高于水合物形成溫度時就將原料氣中的游離水脫除，使其露點達到 100℃ 以下。目前， LNG 原料氣的脫水方法可援用天然氣的常用脫水法，主要包括低溫冷凝 法、溶劑吸收法、固體吸附脫水法和 膜 法脫水法。 ⑴ 低溫冷凝法 利用高壓天然氣節(jié)流膨脹降溫或利用透平膨脹機使天然氣膨脹降溫，借助于天然氣和水氣凝結(jié)為液體的溫度差，使天然氣中的水汽和重?zé)N冷凝為液體，再借助于液烴和水的密度差進行重力分離。該法適用于高壓天然氣，對低壓天然氣則必須首先增壓。但是，節(jié)流膨脹、透平機膨脹等低溫冷凝法的適用范圍窄、造價高、系統(tǒng)復(fù)雜、應(yīng)用局限性較大、工程投資和能耗因脫水過程而增大。 ⑵ 溶劑吸收脫水法 該法利用某些溶劑對天然氣中的水有很好的溶解能力且不與天然氣中的水或烴類發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的特 點，它們的混合液的蒸氣壓很低，溶劑可再生和循環(huán)使用。 這樣的溶劑一般是相對分子質(zhì)量較高的醇類，如三甘醇（ TEG）、二甘醇（ DEG）和乙二醇（ EG）等。該方法處理量大、脫水成本低、應(yīng)用廣。 ⑶ 膜法脫水法 與傳統(tǒng)的化學(xué)吸收、物理吸收和深冷法相比，膜分離法具有無額外材料及試劑的加入、無再生、無二次污染、設(shè)備簡單、操作簡單、操作內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 11 費用低等優(yōu)勢。但在天然氣脫水過程中，膜材料的滲透將損失部分甲烷，且處理量不大。 ⑷ 固體吸附脫水法 使用具有內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)的、比表面積較大的吸附劑來脫水。脫水后的天然氣含水量可降至 1mg/kg，或天然氣的露點達到 101℃ ，常用的固體吸附劑有硅膠、活化氧化鋁、 4A 分子篩和 5A 分子篩。固體吸附劑一般容易被水飽和，可采用熱吹脫附再生，以便循環(huán)使用。固體吸附劑一般用于低含水天然氣的深度脫水。 【 2】 本項目要求進入液化廠的天然氣中水含量小于 1106，所以 我們選用固體吸附脫水法 進行深度脫水 。 脫水 系統(tǒng) 吸附劑的選擇 目前在天然預(yù)處理過程中，主要使用的固體吸附劑有活性氧化鋁、硅膠和分子篩三大類?；钚蕴康拿撍?