【正文】 總含硫量 10～50 mg/Nm3 CHg ＜芳香烴類 1～10ppmV A 或 B注： A 為無限制生產(chǎn)下的累積允許值；B 為溶解度限制；C 為產(chǎn)品規(guī)格從氣質(zhì)分析報告來看，本項目原料氣中二氧化碳、硫等組分超標(biāo)，所以原料氣必須進(jìn)行進(jìn)一步凈化。 脫 CO2 工藝選擇 可行性研究報告 第 26 頁 　　CO 2 的脫除方法主要有化學(xué)吸收法和分子篩吸附法。其脫除的溶劑與流程選擇主要根據(jù)是：原料氣的組成、壓力、對產(chǎn)品的規(guī)格要求、總的成本與運(yùn)行費(fèi)用的估價等。分子篩吸附 CO2 近些年取得了較大進(jìn)步，新型、高效的產(chǎn)品不斷被發(fā)現(xiàn)應(yīng)用。例如上海 UOP 分子篩廠的 13X 分子篩就是一種 CO2 吸附能力很強(qiáng)的分子篩。在原料氣中的 CO2 濃度低于 1%（mol），吸附效果很好，投資低。但是隨著 CO2 濃度的增高，投資和運(yùn)行費(fèi)用上升很快。天然氣的脫硫通常有三種方法：化學(xué)吸收法、物理吸收法和氧化還原法。目前國內(nèi)外天然氣脫硫通常都采用化學(xué)吸收法。為了將 CO2 和 H2S 同時脫出我們推薦選用化學(xué)吸收法。這三種方法的對比見表 42。表 42 化學(xué)吸收方法對比表烷基醇胺法（Amine 法）方法 脫酸劑 脫酸情況 應(yīng)用醇胺法（MEA、MDEA）15～25% （重）乙醇胺水溶液主要是化學(xué)吸收過程，操作壓力影響較小，當(dāng)酸氣分壓較低時用此法較為經(jīng)濟(jì)。此法工藝成熟，同時吸收 CO2 和 H2S 的能力強(qiáng)，尤在 CO2 濃度比 H2S濃度較高時應(yīng)用，亦可部分脫除有機(jī)硫。缺點(diǎn)是須較高再生熱、溶液易發(fā)泡、與有機(jī)硫作用易變質(zhì)等。常用的方法，應(yīng)用廣泛。二異丙醇胺法（DIPA 法）25%～ 30%（重）二異丙醇胺水溶液脫硫情況與醇胺法（MEA 法）大致類似，可以脫出部分有機(jī)硫化物。在存在時對的吸收有一定的選擇性，腐蝕性小，胺損失小。主要應(yīng)用于煉廠氣脫硫和施柯特法硫回收裝置尾氣處理。 可行性研究報告 第 27 頁 堿性鹽溶液法改良熱鉀堿法20～35% 碳酸鉀溶液中加入烷基醇胺和硼酸鹽等活化劑主要是化學(xué)吸收過程，當(dāng)酸氣分壓較高時用此法較為經(jīng)濟(jì)。壓力對操作影響較大，尤在CO2 濃度比 H2S 濃度較高時適用。此法所需的再生熱較低。美國和日本合成氨廠在大量使用，已有90 多套裝置在使用。砜胺法環(huán)丁砜和二異丙醇胺或甲基單乙醇胺兼有化學(xué)吸收和物理吸收作用，當(dāng)酸氣分壓較高，H 2S 濃度比CO2 濃度較高時，此法較為經(jīng)濟(jì)，能脫除有機(jī)硫、對設(shè)備腐蝕小。缺點(diǎn)是價格較高，能吸收重?zé)N。為重要的天然氣凈化方法，有 130 多套裝置在使用。本裝置原料氣中含有 H2S 和 CO2，基于原料氣的組成、壓力、對產(chǎn)品的規(guī)格要求、總的成本與運(yùn)行費(fèi)用等因素的考慮。本項目選用化學(xué)吸收法中醇胺法較適合。在眾多的醇胺中，N甲基二乙醇胺（MDEA）是一種價格適中、對二氧化碳、 H2S等酸性氣體有很強(qiáng)的吸收能力，而且反應(yīng)熱小，解吸溫度低，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不降解并在國內(nèi)外廣為應(yīng)用的吸收劑，為大多數(shù)液化天然氣裝置所采用。本可研報告推薦采用 MDEA 化學(xué)吸收法脫 H2S 和 CO2 的凈化工藝。 脫水工藝選擇 天然氣脫水按原理可分為低溫脫水、固體干燥劑吸附和溶劑吸收三大類。低溫脫水和溶劑吸收法脫水深度較低，不能用于深冷裝置；因此天然氣液化脫水必須采取固體吸附法，固體干燥劑常見的是硅膠法、分子篩法或這兩種方法的混合使用。由于分子篩具有吸附選擇能力強(qiáng)、低水汽分壓下的高吸附特性，以及同時可以進(jìn)一步脫除殘余酸性氣體等優(yōu)點(diǎn)，因此本項目采用 4A 分子篩作為脫水吸附劑。 天然氣液化工藝選擇 典型的液化工藝 可行性研究報告 第 28 頁 迄今為止，世界上成熟的天然氣液化工藝流程有三種類型，分別是復(fù)迭（階）式循環(huán)流程、膨脹機(jī)制冷流程和混合冷劑制冷流程。 典型的液化工藝選擇復(fù)迭（階）式制冷液化循環(huán) 復(fù)迭式制冷液化循環(huán)亦稱階式循環(huán)，是由幾個制冷循環(huán)復(fù)迭而成，多為丙烷、乙烯和甲烷等數(shù)個不同溫度級別的循環(huán)系統(tǒng)串聯(lián)，每個系統(tǒng)均有一個壓縮機(jī)組，對各自的純冷劑進(jìn)行壓縮、節(jié)流、閃蒸，從而將原料天然氣冷凝、液化和過冷。原則流程示意見圖 41。圖 41 階式制冷液化循環(huán)原則流程示意圖在早期的天然氣液化生產(chǎn)中，復(fù)迭制冷技術(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)間不能有任何泄露，因而可靠度相對較低，在混合冷劑工藝出現(xiàn)后很快被取代。圖 41 流程是唯一的一種目前仍在使用的非混合冷劑工藝的主流天然氣液化生產(chǎn)工藝。由于其流程復(fù)雜，出于開工率考慮，主要機(jī)組需要備用，因此投資較大，也僅僅在極少數(shù)的大型的基地型 LNG 生產(chǎn)設(shè)施上應(yīng)用。 可行性研究報告 第 29 頁 我國在本世紀(jì)初采用引進(jìn)技術(shù)建設(shè)的一套很小的 LNG 裝置選擇了復(fù)迭制冷工藝，開車調(diào)試和生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的諸多問題，也充分體現(xiàn)了復(fù)迭制冷工藝本身所存在的一些特點(diǎn)。帶膨脹機(jī)的天然氣液化循環(huán) 帶膨脹機(jī)的天然氣液化循環(huán)，冷量主要是由氣體在膨脹機(jī)中的絕熱膨脹產(chǎn)生的。它又可以分為直接膨脹制冷和間接膨脹制冷兩種。直接膨脹制冷的天然氣液化循環(huán)利用天然氣的自身壓力在膨脹機(jī)中絕熱膨脹制冷，使天然氣液化，因此幾乎不消耗額外的能量，但它的液化率比較低，一般在7%?15%。 俄羅斯深冷機(jī)械制造股份公司開發(fā)了一種新的直接膨脹工藝，使其液化率提高到 30%，適用于裝置規(guī)模較小的情況。另一種是間接式膨脹機(jī)制冷液化循環(huán)，它使用另一種氣體（例如氮?dú)夂?或甲烷，亦或是經(jīng)處理后的原料天然氣自身）經(jīng)過壓縮，進(jìn)入冷箱，膨脹制冷來液化天然氣，可得到較高的液化率。膨脹機(jī)工藝的原則流程示意圖見圖 42。圖 42 膨脹機(jī)工藝的原則流程示意圖膨脹機(jī)流程循環(huán)氣量大，液化率低，工作性能受原料氣壓力和組成變化的影響很大。由于效率很低，單位產(chǎn)能的設(shè)備投入也很大。因此僅適用于產(chǎn)能很小而且特 可行性研究報告 第 30 頁 殊的場合，比如說原料天然氣壓力高，近處就有低壓管網(wǎng)，可以接收裝置在液化過程中所產(chǎn)生的沒有液化的大量的低壓天然氣。混合制冷劑液化循環(huán) 混合制冷劑液化循環(huán)，是 20 世紀(jì) 60 年代末發(fā)展起來的。它以多組分混合物做為一種制冷劑，代替了復(fù)迭式制冷液化循環(huán)中的單組分的多種制冷劑。混合制冷劑一般是 5?6 種組分的混合物，工作時利用混合物中重組分先冷凝，輕組分后冷凝。讓它們依次節(jié)流，蒸發(fā)制冷，最后使天然氣液化?；旌侠鋭┕に嚨脑瓌t流程示意圖見圖 43。圖 43 混合冷劑工藝的原則流程示意圖它既達(dá)到了類似復(fù)迭式工藝流程的目的，又克服了其系統(tǒng)復(fù)雜的特點(diǎn)。從而簡化了流程。70 年代中期以來，混合制冷劑循環(huán)已經(jīng)成為商業(yè)化天然氣液化流程的首選，逐漸被各種規(guī)模的液化天然氣生產(chǎn)設(shè)施采用。 建議本項目采用的液化工藝 三種工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較：將階式制冷循環(huán)的能耗設(shè)定為 1，各種制冷循環(huán)效率 可行性研究報告 第 31 頁 比較見左表所列，各種制冷循環(huán)的特性比較見表 4表 44。 表 43 各種制冷循環(huán)效率比較表 44 各種制冷循環(huán)特性比較指標(biāo) 階式制冷 混合制冷 膨脹制冷效率 高 中 低復(fù)雜程度 高 中 低換熱器面積 小 大 小適應(yīng)性 中 高本項目的規(guī)模為 30x104Nm3/d 和 5x104Nm3/d。30x104Nm3/d 如采用膨脹機(jī)流程，由于效率很低且設(shè)備數(shù)量較多，投資和運(yùn)行成本都將顯著增加。而和復(fù)迭流程相比，混合冷劑流程機(jī)組設(shè)備少，流程簡單，操作容易掌握，管理更加方便，效率也具有競爭性。在世界范圍內(nèi)，類似規(guī)模的天然氣液化裝置絕大多數(shù)也都使用混合冷劑流程。所以，建議本項目 30x104Nm3/d 裝置也選擇混合冷劑工藝路線，而 5x104Nm3/d 采取俄羅斯深冷機(jī)械制造股份公司的天然氣液化工藝。 典型混合冷劑工藝技術(shù)混合冷劑技術(shù)自出現(xiàn)以來，應(yīng)用于液化天然氣的生產(chǎn)已近 50 年，雖然仍僅被為數(shù)不多的幾家公司所有，但也已得到長足發(fā)展，有數(shù)種不同形式的變形和專有技術(shù)，各自都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場合。 典型混合冷劑工藝技術(shù)的選擇從工藝設(shè)計概念上來講，天然氣液化工藝流程按照循環(huán)數(shù)量可分為單循環(huán)混合冷劑工藝，雙循環(huán)冷劑工藝以及三循環(huán)混合冷劑工藝。典型單循環(huán)混合冷劑液化工藝制冷工藝 與階式制冷的相對能耗階式制冷循環(huán) 1混合制冷循環(huán) 膨脹制冷循環(huán) 可行性研究報告 第 32 頁 典型單循環(huán)混合冷劑液化工藝特點(diǎn)是在冷箱的不同溫度級別上的冷劑壓力級別也不同，這通常通過多級循環(huán)冷劑壓縮機(jī)來實現(xiàn)。該工藝功耗合理，但這類流程控制較為復(fù)雜，冷劑組分的配比非?？量蹋黾恿碎_車和操作的難度。這種流程的原則流程示意圖見圖 44。圖 44 典型單循環(huán)混合冷劑液化工藝原則流程示意圖整體合并階聯(lián)式液化流程 整體合并階聯(lián)式液化流程也是一種單循環(huán)混合冷劑工藝，其基本設(shè)計思想是混合冷劑由氮?dú)夂蜔N類組成。冷劑的低壓返流由壓縮機(jī)壓縮至中壓之后冷卻并進(jìn)入塔內(nèi)分餾，塔底的重組分進(jìn)入冷箱的上面的一部分用以預(yù)冷。塔頂組分首先在冷箱上部進(jìn)行預(yù)冷之后進(jìn)行部分冷凝，液態(tài)作為回流，而氣相被進(jìn)一步壓縮為高壓后再被預(yù)冷，之后依次節(jié)流提供冷量。原則流程示意見圖 45。此種工藝在我國上海的一套小型裝置上使用，但是運(yùn)行結(jié)果顯示，增加的冷劑精餾塔的作用非常有限，特別是對于中小型裝置，而且大大增加了操作的復(fù)雜程度，也降低了運(yùn)行的可靠性。事實上，通過對混合冷劑的組成及節(jié)流溫度的精確控制，可以同樣達(dá)到很高的能量效率但是流程可以簡化許多。 可行性研究報告 第 33 頁 圖 45 整體合并階聯(lián)式液化流程示意圖改進(jìn)性單循環(huán)混合冷劑液化藝 這類工藝和典型的單級混合冷劑工藝相比，將混合冷劑分段壓縮，并在段間分離出部分重組分，這樣達(dá)到減小二段壓縮功耗的目的。原則流程示意圖見圖 4448 。圖 46 改進(jìn)型單級混合冷劑工藝一 可行性研究報告 第 34 頁 圖 47 改進(jìn)型單級混合冷劑工藝二圖 48 改進(jìn)型單級混合冷劑工藝三 可行性研究報告 第 35 頁 雙循環(huán)混合冷劑工藝C3+MRC 流程比較于經(jīng)典的 MR 工藝多增加了一級丙烷預(yù)冷。丙烷預(yù)冷循環(huán)用于預(yù)冷混合冷劑和天然氣到約30176。C 左右，而混合冷劑用于深冷和液化天然氣。這種流程結(jié)合了階式液化流程和混合冷劑流程的優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)行效率較高，并在大型的LNG 裝置上得到廣泛應(yīng)用。原則流程示意圖見圖 49。 可行性研究報告 第 36 頁 上世紀(jì)九十年代以后，隨著世界對 LNG 需求的日益增大，基地型 LNG 裝置的規(guī)模也越來越大（單線能力在每年 250 萬噸以上），為了適應(yīng)單線產(chǎn)能的增加和進(jìn)一步改善大型裝置的能耗，一些公司推出了雙循環(huán)混合冷劑工藝的概念。這一工藝包括兩個混合制冷劑循環(huán)， 一個用于預(yù)冷，一個用于液化，通過充分利用兩個循環(huán)中壓縮機(jī)驅(qū)動機(jī)的動力，提高裝置的能力。原則流程示意見圖 4411。圖 410 雙循環(huán)混合冷劑工藝二圖 411 雙循環(huán)混合冷劑工藝三 三循環(huán)混合冷劑循環(huán)工藝