【導(dǎo)讀】獨立進行研究所取得的成果。畢業(yè)設(shè)計（論文）中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或。未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點等，均已明確注明出處。撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已。在文中以明確方式標明。因此，在保護天然氣資源的同時，研究開發(fā)先進的天然氣加工技術(shù)對于提高。天然氣生產(chǎn)的經(jīng)濟性和促進天然氣加工工業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。氣安全平穩(wěn)而經(jīng)濟地進入輸氣管網(wǎng)或用戶之前的一個必要的中間環(huán)節(jié)。凝液回收、天然氣液化和天然氣提氦過程。本原理、加工方法，同時簡要闡述了國內(nèi)外天然氣加工技術(shù)的最新發(fā)展及其應(yīng)用。

　　

【正文】 ，可減少投資 %，降低操作費用 %，因此， PSA 法用于天然氣提氦是一種經(jīng)濟可行的方法。 上述兩種提氦新工藝使得天然氣提氦技術(shù)有了很大發(fā)展，另外，近年來，以深冷法與膜分離或 PSA 技術(shù)組合成的聯(lián)合法也備受關(guān)注，這種提氦方法使得氦回收率高達 95%。 天然氣加工技術(shù)及其應(yīng)用 20 4 天然氣液化 概述 天然氣液化是指通過特殊制冷工藝將經(jīng)脫水 、 脫烴 、 脫酸性氣體等凈化處理后的天然氣制成壓力為 ， 溫度為 － 162℃ 的液體的過程 。 液化后的天然氣簡稱為 LNG， 是一種優(yōu)質(zhì) 、 清潔的燃料 ， 由于液化后體積縮小大約 600 倍 ， 因此具有便于經(jīng)濟可靠地遠距離運輸 、 便于儲存 、 建站不受供氣管網(wǎng)限制便于調(diào)峰 、 利于環(huán)境保護及能源再利用等優(yōu)點 [22]。 天然氣液化技術(shù)始于 1914 年，但到 1940 年美國 才 建成世界上第一座工業(yè)規(guī)模的天然氣液化裝置。天然氣液化在世界范圍內(nèi)的形成到迅速發(fā)展是近 50 多年的事，全世界天然氣液化裝置的數(shù)量與規(guī)模不斷擴大。隨著液化天然氣產(chǎn)量和商品成交量的增加，液化天然氣的應(yīng)用技術(shù)日益成熟，應(yīng)用范圍也日益擴大，目前已成功地用作汽車及發(fā)電廠燃料。液化天然用作火車 及飛機替代燃料的研究工作也在進行之中 [7]。 我國雖于 1973 年在四川建成國內(nèi)第一個天然氣提氦工廠 (可聯(lián)產(chǎn) LNG)，但總體來講我圍的 LNG 工業(yè)仍處于起步階段。自 90 年代以來，我國有關(guān)部門陸續(xù)建成了幾套生產(chǎn) LNG 的調(diào)峰型工業(yè)試驗裝置。據(jù)悉，為解決沿海一帶的能源短缺問題，我國還計劃今后從國外進口一部分 LNG 裝置，此外， 2020~2020 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。 目前天然氣液化裝置工藝主要有 3 種類型 :階 式制冷工藝、混合制冷 劑液化 工藝和 帶 膨脹制冷工藝 [23]。 這 3種技術(shù)在國內(nèi)外都有應(yīng)用 ， 各有其優(yōu)點和缺點 ， 可根據(jù)不同的氣源條件選擇合適的工藝技術(shù)方案 ， 也可聯(lián)合應(yīng)用上述液化技術(shù)。 20世紀 60年代建設(shè)的天然氣液化裝置 ， 采用的是當時技術(shù)比較成熟的級聯(lián)式液化工藝 ；到 20世紀 70年代又轉(zhuǎn)而采 用 混合制冷劑液化工藝 ； 20世紀 80年代后建設(shè)的液化裝置 ， 大多采用改進的丙烷預(yù)冷混合制冷劑液化工藝 ； 對于液化能力較小的液化裝置 ， 由于流程簡單 、 投資適中 ， 常采用帶膨脹機液化工藝。 階式制冷工藝 階式制冷工藝也叫單一制冷液化工藝或串 級液化工藝，是一種常規(guī)制冷工藝(圖 41)， 該工藝是在上世紀四十年代開始研究，六十年代用于工業(yè)化生產(chǎn) 。其特點是液化時所用制冷劑為單一組分，一般為甲烷、乙烯或丙烷；制冷系統(tǒng)和液化本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 系統(tǒng)相互獨立。制冷循環(huán)系統(tǒng)一般是由丙烷、乙烯和甲烷為制冷劑的三個制冷循環(huán)階組成 ， 逐級提供天然氣液化所需的冷量 ， 制冷溫度梯度分別為 30℃ 、 90℃ 及150℃ 左右。它是最早開發(fā)的液化工藝 ，工藝中的設(shè)備主要有壓縮機、冷卻器和燃氣輪機等， 具體流程如下：凈化后的原料天然氣在 3個制冷循環(huán)的冷卻器中逐級冷卻、冷凝、液化并過冷 ， 經(jīng)節(jié)流降壓后獲得低 溫常壓液態(tài)天然氣產(chǎn)品 ， 送至儲罐儲存 。 圖 41 典型 階式制冷工藝原理圖 階式制冷工藝的優(yōu)點是制冷系統(tǒng)與天然氣液化系統(tǒng)相互獨立，制冷劑為單一組分 ， 各系統(tǒng)相互影響少，操作穩(wěn)定，較適合于高壓氣源 (利用氣源壓力能 )。但由于該工藝制冷機組多，流程長，對制冷劑純度要求嚴格，且不適用于含氮量較多的天然氣。因此這種液化工藝在天然氣液化裝置上已較少應(yīng)用。 混合制冷工藝 混合制冷工藝是六十年代末期由階式制冷工藝演變而來的 ， 制冷劑 通常是 N2和 C1~C5 烴類 混合物。工作時利用多組分混合物中重組分先冷凝、輕組分后冷凝的特性 ， 將其依次冷凝、分離、節(jié)流、蒸發(fā)得到不同溫度級的冷量，使天然氣種對應(yīng)的組分冷凝并最終全部液化 [24]。又 根 據(jù)混合制冷劑是否與原料天然氣相混合 ，分為閉式和開式兩種混合制冷工藝 ， 流程圖如下圖所示。 天然氣加工技術(shù)及其應(yīng)用 22 圖 42 閉式混合制冷工藝原理圖 圖 43 開式混合制冷工藝原理圖 閉式循環(huán)：制冷劑循環(huán)系統(tǒng)自成一個獨立系統(tǒng)?；旌现评鋭┍恢评鋲嚎s機壓縮后，經(jīng)水 (空氣 )冷卻后在不同溫度下逐級冷凝分離，節(jié)流后進入冷箱 (換熱器 ) 的不同溫度段，給原料天然氣提供冷量。原料天然氣經(jīng) “ 三脫 ” 處理后，進入冷箱 (換熱器 )逐級冷卻冷凝、節(jié)流 、降壓后獲得液態(tài)天然氣產(chǎn)品。 開式循環(huán)：原料天然氣經(jīng) “ 三脫 ” 處理后與混合制冷劑混合，依次流經(jīng)各級換熱器及氣液分離器，在逐漸冷凝的同時，也把所需的制冷劑組分逐一冷凝分離出來，按制冷劑沸點的高低將分離出的制冷劑組分逐級蒸發(fā)，并匯集構(gòu)成一股低溫物流，與原料天然氣逆流換熱的制冷循環(huán)。開式循環(huán)系統(tǒng)啟動時間較長，且操作較困難，技術(shù)尚不完善 [23]。 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 與階式制冷工藝相比 ， 混合制冷工藝具有流程短、機組少、投資低 、對冷劑的純度要求不高 等優(yōu)點；其缺點是能耗比階式高，對混合制冷劑各組分的配比要求嚴格，設(shè)計時計算較困難 [21]。 因 此，為了降低能耗，采用多級混合制冷劑循環(huán)比較合理。 膨脹制冷工藝 膨脹制冷工藝是通過透平膨脹機進行等熵膨脹而達到降溫目的。氣體在膨脹機中膨脹降溫的同時對外做功，可用于驅(qū)動流程中的壓縮機。根據(jù)制冷劑的不同可分為： （一）天然氣液化膨脹制冷，其缺點是對天然氣組分沒有嚴格要求。（二）氮氣膨脹液化制冷，它的缺點是能耗較高，但通用性較強，可以用于任何有天然氣的地方，對天然氣組分要求不嚴格，液化能力較強。（三）氮氣 甲烷混合膨脹液化制冷，能耗比純氮氣膨脹要省一些，但設(shè)計比較復(fù)雜 [25]。 （ 1）天然氣膨脹液化制冷 該工藝是利用原料天然氣的壓力 能對外做功以提供天然氣液化所需的冷量 (圖44)。液化率主要取決于膨脹比和膨脹效率 ， 該工藝特別適用于天然氣輸送壓力較高、而實際使用壓力較低 ， 中間需要降壓的氣源場合。優(yōu)點是能耗低 、 流程短、投資省、操作靈活 ； 缺點是液化率低。 圖 44 膨脹制冷工藝原理圖 （ 2）氮氣膨脹液化制冷 與混合制冷工藝相比，氮氣膨脹液化制冷工藝流程簡單、緊湊、造價較低，該技術(shù)在深冷領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，因此技術(shù)成熟，經(jīng)驗豐富。就裝置而言，采用氮氣膨脹液化制冷具有啟動快、運行靈活、適用性強、易于操作和控制等優(yōu)點 。制冷劑采用單組分氣體 N2， 介質(zhì)容易獲得，而且價格低廉。在膨脹制冷過程中，膨脹機出口不會帶液，提高了裝置的安全可靠性，但是比混合制冷工藝能耗要高 [25]。 （ 3）氮氣 甲烷混合膨脹液化制冷 天然氣加工技術(shù)及其應(yīng)用 24 N2CH4 混合膨脹液化制冷工藝采用 N2CH4 混合氣體代替純氮。與混合制冷劑液化相比， 具有 流程簡單、啟動時間短、控制容易、制冷劑測定和計算方便等。但其設(shè)計復(fù)雜，目前國內(nèi)還沒成熟的經(jīng)驗。 綜上所述，膨脹制冷與階式制冷和混合制冷工藝相比它能夠迅速和簡單的啟動和停用。當預(yù)計生產(chǎn)中有較繁的停工時，使用此循環(huán)是很重要的，例如在調(diào) 峰廠。與其他的兩種工藝相比，膨脹制冷的缺點是它的功率消耗大。 除了上述三種液化工藝外 ， 還有一種吸收式制冷液化工藝也有很大的發(fā)展前途 。 該工藝是利用溶液濃度的變化的原理來制冷 。 制冷劑在一定壓力下蒸發(fā)吸熱 ，其蒸氣進入吸收器被吸收劑吸收 ， 形成的濃溶液再進入蒸發(fā)器蒸發(fā)并產(chǎn)生高壓蒸氣冷卻回用 。 其核心為吸收器和蒸發(fā)器代替了壓縮機 ， 熱能作為驅(qū)動力 。 該熱能一般可以是太陽能 、 地熱 、 工業(yè)廢熱等低品位熱源 ， 因此在環(huán)保 、 節(jié)能降耗等方面有巨大的開發(fā)應(yīng)用潛力 ， 隨著新型制冷劑和吸收劑的不斷開發(fā) ， 很有希望成為一種新的節(jié)能 、 高效的天然氣液化工 藝 [21]。 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 參考文獻 [1] 王遇冬 .天然氣處理與加工工藝 [M].北京：石油工業(yè)出版社， 1999： 12. 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