【正文】 包括氯化鈣和新開發(fā)的膜分離等工藝。為了避免天然氣在低溫下出現(xiàn)凍堵，本報(bào)告擬采用固體干燥劑深度脫水，4A分子篩作為脫水劑。 脫汞可用于天然氣中汞脫除的方法很多，但多數(shù)方法都有適用范圍的限制。從大的類型上分可分為非再生型脫汞技術(shù)和再生型脫汞技術(shù)兩大類。再生型脫汞技術(shù)用可再生的載銀氧化鋁或載銀分子篩脫汞劑，具有一系列優(yōu)勢(shì)：一是通過更換一部分現(xiàn)有脫水分子篩便可實(shí)現(xiàn)脫汞操作，不需要額外增加反應(yīng)器。二是該工藝在操作過程中不增加工藝物流的壓力降，～，甚至更高的壓力降。三是由于汞不會(huì)在吸附劑上聚集，因而不存在廢脫汞劑的后續(xù)處理問題。該工藝存在的主要缺點(diǎn)是從廢再生氣分離器出來的氣體有可能會(huì)夾帶汞。非再生型脫汞技術(shù)一般使用非再生的脫汞劑，在固定床反應(yīng)器內(nèi)完成氣流中汞的脫除。早期使用的活性炭因其汞容量太低，已基本被淘汰了。浸漬鹵化物的活性炭則主要用于液態(tài)烴的脫汞。在天然氣脫汞中使用廣泛的主要是載硫活性炭脫汞劑和金屬硫化物脫汞劑兩種。載硫活性炭脫汞劑主要適用于干天然氣的脫汞，但不適宜于液態(tài)烴和濕天然氣的脫汞。由于便于處理，而且價(jià)格相對(duì)便宜，因此載硫活性炭脫汞劑在天然氣處理廠應(yīng)用廣泛。載硫活性炭脫汞劑缺點(diǎn)是抗毛細(xì)管冷凝能力較差，冷凝形成的液態(tài)烴有沖刷掉吸附劑上的活性硫元素的可能，從而導(dǎo)致汞的脫除能力降低，并且沖刷帶走的硫還有可能成為下游裝置的污染物。金屬硫化物脫汞劑是另一種脫汞劑產(chǎn)品，具有較好的抗毛細(xì)管冷凝能力，并可用于干、濕天然氣的處理。同時(shí)，這種脫汞劑在使用后殘余的活潑金屬可進(jìn)行金屬回收，因而無環(huán)境問題。由于LNG工廠原料氣中C2以上的重組分非常少，形成冷凝液體的可能性非常小，因此本項(xiàng)目推薦采用載硫活性炭脫汞劑、固定床反應(yīng)器進(jìn)行脫除。在液化單元前設(shè)載硫活性炭吸附塔，利用硫和汞的吸附反應(yīng)脫除汞。 液化工藝由于天然氣液化裝置投資較大，在進(jìn)行天然氣的液化工藝流程設(shè)計(jì)時(shí)，既要考慮流程設(shè)備投資，又要保證液化流程具有較高的液化率和較低的能耗。因此，最佳的流程必須具有結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)備簡(jiǎn)單、功耗低、維護(hù)方便等特點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外天然氣液化工藝技術(shù)大致可分為以下三種：178。 級(jí)聯(lián)式液化流程178。 混合制冷劑液化流程178。 帶膨脹機(jī)液化流程工業(yè)上，根據(jù)項(xiàng)目具體情況，可能將上述流程優(yōu)化組合后應(yīng)用。帶膨脹機(jī)液化流程，是指利用高壓制冷劑通過透平膨脹機(jī)絕熱膨脹的制冷循環(huán)實(shí)現(xiàn)天然氣液化的流程。氣體在膨脹機(jī)中膨脹降溫的同時(shí)輸出功，可用于驅(qū)動(dòng)流程中的壓縮機(jī)以節(jié)省耗功。由于帶膨脹機(jī)液化流程中的制冷劑絕大部分是處于氣相的，氣相密度低，使其換熱系數(shù)比液體汽化約低5至30倍、顯熱比液體汽化的潛熱低4至6倍，這使得制冷劑在換熱器中能提供的冷量低，單線LNG生產(chǎn)能力低，因此帶膨脹機(jī)液化流程常用于調(diào)峰型、小型及海上平臺(tái)的LNG裝置，在基本負(fù)荷型LNG裝置不采用。根據(jù)本項(xiàng)目的建設(shè)規(guī)模，某牌能源項(xiàng)目LNG工廠為基本負(fù)荷型LNG裝置，因此以下僅針對(duì)級(jí)聯(lián)式制冷液化和混合冷劑液化工藝技術(shù)進(jìn)行比較。1) 級(jí)聯(lián)式液化流程級(jí)聯(lián)式液化流程也被稱為階式液化流程，主要應(yīng)用于基本負(fù)荷型LNG裝置。在級(jí)聯(lián)式流程中，原料氣在三個(gè)獨(dú)立的制冷循環(huán)中被冷卻，每個(gè)回路分別包括一種純制冷劑。在每個(gè)回路中，低壓氣相制冷劑被壓縮、冷卻和冷凝，液態(tài)制冷劑經(jīng)節(jié)流或膨脹降壓降溫，然后吸熱蒸發(fā)以實(shí)現(xiàn)制冷。該液化流程由三級(jí)獨(dú)立的制冷循環(huán)組成，制冷劑分別為丙烷、乙烯和甲烷。每個(gè)制冷循環(huán)中均含有三個(gè)換熱器。經(jīng)典級(jí)聯(lián)流程中較低溫度級(jí)的循環(huán)，將熱量轉(zhuǎn)移給相鄰的較高溫度級(jí)的循環(huán)。第一級(jí)丙烷制冷循環(huán)為天然氣、乙烯和甲烷提供冷量；第二級(jí)乙烯制冷循環(huán)為天然氣和甲烷提供冷量；第三級(jí)甲烷制冷循環(huán)為天然氣提供冷量。通過九個(gè)換熱器的冷卻，天然氣的溫度逐步降低直至液化。一個(gè)典型的配置是天然氣被丙烷冷卻到大約40℃，被乙烯冷卻至約90℃，最終被甲烷制冷劑冷卻冷凝至163℃。 級(jí)聯(lián)式液化流程示意圖在早期的天然氣液化生產(chǎn)中，級(jí)聯(lián)式制冷技術(shù)有較多的應(yīng)用。這種工藝熱效率高、能耗少，但是缺點(diǎn)是機(jī)組多、控制復(fù)雜、維修不便，各制冷循環(huán)系統(tǒng)間不能有任何竄漏，因而可靠度相對(duì)較低，在混合冷劑工藝出現(xiàn)后很快被取代?？捣苾?yōu)化級(jí)聯(lián)流程是由ConocoPhilips于20世紀(jì)60年代開發(fā)的，目的是設(shè)計(jì)一個(gè)在原料氣變化大的范圍內(nèi)，可以容易啟動(dòng)和順利運(yùn)行的天然氣液化系統(tǒng)。康菲優(yōu)化級(jí)聯(lián)流程是對(duì)經(jīng)典級(jí)聯(lián)流程的一種改進(jìn)，目前仍在少數(shù)的基本負(fù)荷型LNG裝置中應(yīng)用。2) 混合冷劑液化流程混合冷劑液化流程（MRC）是以碳?xì)浠衔锛癗2 等組成的多組分混合制冷劑為制冷劑，進(jìn)行逐級(jí)冷凝、蒸發(fā)、節(jié)流膨脹得到不同的溫度水平，以達(dá)到逐步冷卻和液化天然氣的目的，并實(shí)現(xiàn)冷劑的循環(huán)。MRC既達(dá)到類似級(jí)聯(lián)式液化流程的目的，又克服了其系統(tǒng)復(fù)雜的缺點(diǎn)。自20世紀(jì)70年代以來，約90%的LNG 裝置使用各種類型的混合制冷劑流程。使用混合制冷劑時(shí)，主要制冷劑一般為CCCN2 的混合物，也可包括丁烷和乙烯，具體選擇何種物質(zhì)作為制冷劑需根據(jù)混合制冷劑循環(huán)類型和原料氣的工況等因素來確定?；旌现评鋭┑膬?yōu)點(diǎn)如下：(1) 由于混合制冷劑是混合物，因此其吸熱汽化過程是個(gè)變溫過程，這使換熱器中冷熱流股之間的傳熱溫差降至最低，從而換熱器的熱效率高。在固定的產(chǎn)量下，使用混合制冷劑時(shí)壓縮機(jī)/驅(qū)動(dòng)機(jī)尺寸較小，從而降低流程比功率；或使用相同的壓縮機(jī)/驅(qū)動(dòng)機(jī)尺寸下，可使產(chǎn)量增加。(2) 當(dāng)生產(chǎn)條件如天然氣的組分、環(huán)境溫度、產(chǎn)量要求等發(fā)生變化時(shí)，可通過調(diào)節(jié)混合制冷劑的組分使流程適應(yīng)這些條件的變化，從而使流程運(yùn)行在較低的比功率之下。使用混合制冷劑的缺點(diǎn)是：需要實(shí)現(xiàn)混合制冷劑在換熱器內(nèi)的均勻分布以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)臒峤粨Q?；旌现评鋭┝鞒逃幸韵聨最悾?78。 SMR：?jiǎn)位旌现评鋭┝鞒?78。 C3MR：丙烷預(yù)冷混合制冷劑流程178。 DMR：雙混合制冷劑流程178。 MFC：混合制冷劑級(jí)聯(lián)流程(1) SMR 單混合制冷劑流程在級(jí)聯(lián)流程存在時(shí)期，使用SMR流程是一個(gè)顯著的改進(jìn)，簡(jiǎn)化了流程，減少了設(shè)備數(shù)量。通過調(diào)整混合制冷劑的組分可有效降低換熱器內(nèi)冷熱流股之間的溫差，提高流程效率。SMR流程被證明是簡(jiǎn)單且相對(duì)高效的，同時(shí)它也代表著液化天然氣技術(shù)的進(jìn)步。在SMR流程中，制冷劑被壓縮，并隨后在后冷卻器中冷卻。制冷劑在主換熱器中不斷冷卻，冷凝。冷凝的制冷劑通過焦耳湯姆遜閥（JT閥）節(jié)流膨脹降溫。膨脹降溫后的制冷劑進(jìn)入主換熱器，并吸收天然氣和高壓制冷劑的熱量，直到它以氣態(tài)形式離開主換熱器，在此過程中天然氣被冷凝成LNG。這個(gè)流程因所需設(shè)備數(shù)量少而在小型液化裝置中備受青睞。SMR流程適用于單線生產(chǎn)能力低于150萬噸/年的LNG裝置。典型的SMR流程如圖所示。 SMR單混合制冷劑流程示意圖(2) C3MR丙烷預(yù)冷混合制冷劑流程當(dāng)單線年生產(chǎn)能力大于200萬噸且不帶預(yù)冷時(shí)，則主制冷劑流量變得非常大從而需要并行壓縮機(jī)和換熱器，所以就需要使用預(yù)冷循環(huán)以減輕主制冷循環(huán)對(duì)制冷量的需求壓力。因此對(duì)于此類大規(guī)模的生產(chǎn)線，帶預(yù)冷循環(huán)的混合制冷劑流程應(yīng)運(yùn)而生。APCI和Shell等公司提出了丙烷預(yù)冷混合制冷劑流程C3MR。即流程由兩個(gè)循環(huán)組成，丙烷預(yù)冷循環(huán)和混合制冷劑循環(huán)組成。引入的丙烷預(yù)冷循環(huán)，使得單生產(chǎn)線的規(guī)模大幅度提高成為可能。生產(chǎn)能力的增加是因?yàn)楸轭A(yù)冷循環(huán)分擔(dān)了一部分的熱負(fù)荷。典型的C3MR流程如圖所示。隨著大型壓縮機(jī)、驅(qū)動(dòng)機(jī)和換熱器制造能力的不斷增強(qiáng)以及壓縮機(jī)與驅(qū)動(dòng)機(jī)之間良好的功率分配，使該類流程的年生產(chǎn)能力可達(dá)到500萬噸。這一流程在陸上基本負(fù)荷型裝置中占主導(dǎo)地位。 C3MR丙烷預(yù)冷混合制冷劑流程示意圖丙烷是迄今為止使用得最普遍的預(yù)冷制冷劑。丙烷作為預(yù)冷制冷劑的優(yōu)點(diǎn)是：(1) 系統(tǒng)非常易于操作。(2) 丙烷幾乎存在于所有天然氣的原料氣中，且可由分餾單元現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)充提供。(3) 丙烷的物性非常適合于在所要求的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行冷卻。丙烷作為制冷劑的缺點(diǎn)是：能達(dá)到的最低預(yù)冷溫度不能低于常壓下丙烷的冷凝溫度，使之不能很好地適應(yīng)環(huán)境溫度的變化，尤其是在極寒地區(qū)。當(dāng)單線生產(chǎn)能力達(dá)到500萬噸/年時(shí)，C3MR流程中一些主要設(shè)備，如壓縮機(jī)，已接近其工作極限。為了滿足客戶對(duì)不斷增加液化天然氣生產(chǎn)能力和降低單位液化成本的需求，APCI已開發(fā)了APX TM流程循環(huán)。APX TM由C3MR流程演變而來，APX TM循環(huán)流程是個(gè)三循環(huán)流程，由丙烷預(yù)冷循環(huán)、混合制冷劑循環(huán)、氮膨脹制冷循環(huán)組成。目前該流程已應(yīng)用于卡塔爾Ras Laffan工業(yè)區(qū)的6個(gè)LNG生產(chǎn)線中，單線建設(shè)規(guī)模達(dá)780萬噸/年。(3) DMR雙混合制冷劑流程盡管C3MR流程是LNG 行業(yè)應(yīng)用最廣泛的流程，但丙烷作為預(yù)冷制冷劑存在缺點(diǎn)，典型的丙烷預(yù)冷溫度約為35~40℃，這一溫度由丙烷的物性決定。當(dāng)環(huán)境溫度變低時(shí)，丙烷預(yù)冷循環(huán)也只能將天然氣和混合制冷劑預(yù)冷至35℃~40℃，不能更低，因此不能減輕后續(xù)混合制冷劑循環(huán)的負(fù)荷，使得流程缺乏對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)性。為了克服這一缺點(diǎn)，將丙烷預(yù)冷循環(huán)更改為混合制冷劑預(yù)冷循環(huán)，從而提高流程的靈活性。在環(huán)境溫度大幅度變化時(shí)或天然氣組分發(fā)生變化時(shí)，通過改變混合制冷劑的組分，達(dá)到合理分配預(yù)冷循環(huán)和制冷循環(huán)的熱負(fù)荷，充分利用兩個(gè)循環(huán)中壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)的功率，從而使流程處于高效運(yùn)行的狀態(tài)。典型DMR流程如圖所示。 DMR雙混合制冷劑流程示意圖中國(guó)石油在成功建設(shè)多套大型乙烯裝置和空氣分離裝置的基礎(chǔ)上，利用乙烯裝置和空分裝置低溫分離技術(shù)的工程經(jīng)驗(yàn)，自主研發(fā)了雙混合冷劑液化專利技術(shù)及專有技術(shù)，實(shí)現(xiàn)天然氣液化的技術(shù)。中國(guó)石油自主開發(fā)雙混合冷劑液化技術(shù)目前正應(yīng)用于中國(guó)在建最大的兩座天然氣液化工廠中，其中建設(shè)規(guī)模50萬噸/年天然氣液化工廠將在2012年6月開車。DMR 流程采用混合制冷劑作為預(yù)冷制冷劑具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1) 因?yàn)槭腔旌现评鋭?，在換熱器中預(yù)冷制冷劑蒸發(fā)過程是個(gè)變溫過程，這可使得換熱器的冷熱流體之間實(shí)現(xiàn)小溫差傳熱，這可使流程總體比功耗低、熱效率高。(2) 當(dāng)預(yù)冷循環(huán)的制冷劑在壓縮后進(jìn)行空冷或水冷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生氣液兩相混合物，對(duì)于C3MR流程，由于預(yù)冷制冷劑為純工質(zhì)丙烷，因此在冷凝過程中溫度不變，而對(duì)于DMR流程，由于其預(yù)冷介質(zhì)是混合物，因此在其冷凝過程中溫度會(huì)逐漸降低，當(dāng)需要冷卻到相同的出口溫度時(shí)，DMR流程的冷卻器內(nèi)冷熱流體間的傳熱溫差大于C3MR流程。因此當(dāng)產(chǎn)量相同時(shí)，DMR流程的壓縮后冷卻器尺寸將減小；若采用相同換熱面積的換熱器，則DMR流程的LNG產(chǎn)能將提高。(3) 由于是混合制冷劑，因此其組分可以調(diào)節(jié)，當(dāng)流程的運(yùn)行條件，如環(huán)境溫度、天然氣的組分發(fā)生變化時(shí)，可調(diào)節(jié)混合制冷劑組分，從而可使天然氣冷卻過程所需釋放的熱負(fù)荷在兩個(gè)循環(huán)中合理匹配，從而均衡地使用壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)的功率，實(shí)現(xiàn)整體流程的低功耗。(4) 由于預(yù)冷混合制冷劑常采用的組分為CCC3的混合物，某些情況下也使用C4。因此一般情況下其平均分子量低于丙烷，從而在同樣的流體流速下其馬赫數(shù)較低。DMR流程采用混合制冷劑作為預(yù)冷制冷劑的不足之處在于：(1) 混合制冷劑預(yù)冷循環(huán)的操作比純丙烷預(yù)冷循環(huán)操作及調(diào)節(jié)上復(fù)雜。(2) DMR流程在實(shí)際中應(yīng)用遠(yuǎn)比C3MR流程少，其實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)行數(shù)據(jù)少。(4) MFC三循環(huán)混合制冷劑流程MFC三循環(huán)混合制冷劑流程，是個(gè)三循環(huán)流程：預(yù)冷循環(huán)PC、液化循環(huán)LQ和過冷循環(huán)SC。此類MFC流程單線生產(chǎn)能力可達(dá)800萬噸/年。預(yù)冷循環(huán)中，制冷劑在壓縮機(jī)C1中被壓縮，在冷卻器CW1中被冷凝并在低溫?fù)Q熱器E1A中被過冷。一部分被節(jié)流至中間壓力并用作E1A中的制冷劑，另一部分進(jìn)一步在換熱器E1B中被過冷并節(jié)流至壓縮機(jī)C1的吸入壓力，用作換熱器E1B的制冷劑。液化循環(huán)中MR被壓縮機(jī)C2壓縮、由冷卻器CW2冷卻以及在換熱器E1A、E1B和E2中的進(jìn)一步冷卻。然后被節(jié)流降溫用作液化器E2中的制冷劑。過冷循環(huán)中MR被壓縮機(jī)C3 壓縮、由冷卻器CW3A和CW3B冷卻并在換熱器E1A、E1B、E2和E3中進(jìn)一步冷卻、經(jīng)透平膨脹機(jī)X1 膨脹降溫后流回過冷換熱器E3 作為制冷劑冷卻天然氣和高壓過冷循環(huán)制冷劑。所有壓縮機(jī)吸入流體被適度過熱至各自露點(diǎn)溫度以上，以免壓縮機(jī)產(chǎn)生液擊現(xiàn)象。 MFC三循環(huán)混合制冷劑流程示意圖MFC流程，具有所有三循環(huán)流程的復(fù)雜度和眾多的設(shè)備數(shù)量、需要對(duì)三重混合制冷劑循環(huán)進(jìn)行制冷劑的合理配比。MFC流程在LNG裝置中的首次使用，遇到了諸多問題，這可能會(huì)使該類流程的應(yīng)用前景受到影響。3) 液化工藝技術(shù)選擇縱觀各種混合冷劑技術(shù)，單線年生產(chǎn)能力在200萬噸以上的LNG裝置均采用多循環(huán)工藝。C3MR丙烷預(yù)冷工藝在基本負(fù)荷型LNG裝置中占主導(dǎo)地位，其它工藝均在概念、開發(fā)或應(yīng)用的早期階段。 不同液化工藝技術(shù)對(duì)比類型比較項(xiàng)目C3MRDMR康菲優(yōu)化級(jí)聯(lián)MFC已建裝置信息總年生產(chǎn)能力(百萬噸)186生產(chǎn)線數(shù)量(條)70291單線年生產(chǎn)能力(萬噸)130~500480150~520430第1個(gè)裝置啟動(dòng)年1972200919692007適用的生產(chǎn)規(guī)模130~500150~500150~520400~800適用的地域場(chǎng)合非極端氣候地區(qū)所有地區(qū)所有地區(qū)所有地區(qū)原料條件不限不限不限不限復(fù)雜程度中等復(fù)雜關(guān)鍵設(shè)備臺(tái)數(shù)中多處理能力的適應(yīng)度和靈活性較好好差好C3MR丙烷預(yù)冷混合制冷工藝技術(shù)成熟可靠、綜合能耗低、流程的復(fù)雜程度以及投資成本適中，因此本項(xiàng)目推薦使用C3MR丙烷預(yù)冷混合制冷工藝。 裝置工藝概述、流程及消耗定額 工藝概述本項(xiàng)目分兩期進(jìn)行實(shí)施，共建設(shè)4條LNG生產(chǎn)線。一期工程建設(shè)2條LNG生產(chǎn)線，單線LNG能力為400萬噸/年，原料氣總需求量為131108 Sm3/a。未來擬新增2條LNG生產(chǎn)線，一期工程為其預(yù)留發(fā)展用地和相關(guān)接口位置，具體擴(kuò)建計(jì)劃及實(shí)施時(shí)間根據(jù)資源和市場(chǎng)情況確定。本項(xiàng)目年操作時(shí)間為8304h，操作彈性25%~100%。液化裝置