【正文】 術(shù)成熟、經(jīng)驗(yàn)豐富，由于帶膨脹機(jī)的液化流程操作比較簡單，具有啟動(dòng)快，運(yùn)行靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，易于操作和控制，安全可靠性好，維護(hù)方便，投 資 適中，特別適合液化能力為中小型的天然氣液化裝置。新能源 10104Nm3/d 液化煤層氣項(xiàng)目可行性研究報(bào)告Ⅳ 焦湯節(jié)流制冷循環(huán):天然氣進(jìn)行絕熱節(jié)流時(shí)，壓力降低，比容增大，但節(jié)流前后的焓值是不變的。天然氣的焓值是溫度和壓力的函數(shù)，在絕熱節(jié)流時(shí)，焓值雖然不變，但由于壓力的改變，其溫度也可能發(fā)生變化。這一現(xiàn)象稱為節(jié)流效應(yīng)（JouleThompson 效應(yīng) ），天然氣節(jié)流時(shí)溫度的變化與壓力的降低成比例。 焦湯節(jié) 流循環(huán)流程最簡單，投資最少，但效率也最低。膨脹機(jī)制冷循環(huán)和焦湯節(jié)流制冷循環(huán)，這兩種工 藝流程適合于小型 LNG 裝置。膨脹機(jī)制冷循環(huán)的效率比焦 湯循環(huán)高，特 別是有較大的天然氣壓差時(shí)，能實(shí)現(xiàn) LNG 生產(chǎn)的最佳經(jīng)濟(jì)性。國內(nèi)膨脹機(jī)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，在輕烴回收和液化天然氣裝置上已大量使用。本 LNG 裝置采用膨脹機(jī)制冷流程。 帶膨脹機(jī)的液化流程的選擇 帶膨脹機(jī)的液化流程常用的有以下幾種：◆ 天然氣膨脹液化流程天然氣膨脹液化流程是指直接利用高壓天然氣在膨脹機(jī)中絕熱膨脹到輸出管道壓力而使天然氣液化的流程。特別適用于管線壓力高、實(shí)際使用壓力較低、中間需要降壓的場合。這種流程最突出的特點(diǎn)是它的功耗小，由于進(jìn)入膨脹機(jī)的天然氣不需要脫除 CO2，只對需液化的那部分原料氣脫除雜質(zhì)，因而預(yù)處理的天然氣的量可以大為減少。但流程不能獲得像氮?dú)庖夯蛎浟鞒棠菢拥偷臏囟?、循環(huán)氣量大、液化率低，且膨脹機(jī)的工作性能受到原料氣壓力和組成變化的影響較大，對系統(tǒng)的安全行要求高。本項(xiàng)目不推薦使用該流程。新能源 10104Nm3/d 液化煤層氣項(xiàng)目可行性研究報(bào)告◆ 氮?dú)馀蛎浺夯鞒淘摿鞒讨械獨(dú)庵评溲h(huán)回路與天然氣液化回路分開，氮?dú)庵评溲h(huán)為天然氣提供冷量。該流程優(yōu)點(diǎn)是對原料氣組分有較大的適應(yīng)性，液化能力強(qiáng)，整個(gè)系 統(tǒng)簡單、操作方便，但冷 熱流體 間的換熱溫差和換熱面積較大，能耗 較高，與混合制冷劑液化流程高 40％左右。本項(xiàng)目不推薦使用該流程。◆ 氮－甲烷膨脹液化流程為了降低膨脹機(jī)的功耗，采用氮－甲烷混合氣態(tài)代替純氮?dú)?，發(fā)展了氮－甲烷膨脹液化流程，它可縮小冷端的換熱溫差。與混合冷劑液化流程相比較，具有啟動(dòng)時(shí)間短、流程簡單、控制容易等優(yōu)點(diǎn)。與天然氣膨脹液化流程比較，這種流程能獲得較低的溫度和較高的液化率，而且比純氮?dú)馀蛎浺夯鞒坦?jié)省 5％～15％的動(dòng)力消耗。 工藝方案的確定通過對幾個(gè)廠家的壓縮機(jī)進(jìn)行比較，在壓縮機(jī)參數(shù)相同情況下,氮和氮 甲烷軸功率相差 3%,在流程參數(shù)相同情況下,氮和氮甲烷循環(huán)氣量相差 5%,故取流量相同情況下,氮和氮甲烷軸 功相差 7%。因此本裝置采用氮 甲烷液化流程。根據(jù)上述天然氣凈化和天然氣液化流程的選擇，本裝置流程包括預(yù)處理系統(tǒng)、 凈化系統(tǒng)、液化系統(tǒng)等。（1）預(yù)處理系統(tǒng) 原料氣在 0～35℃， 條件下進(jìn)入本裝置預(yù)過濾系統(tǒng)，原料氣首先經(jīng)過原料氣過濾分離器盡可能除去可能攜帶的游離液體和機(jī)械雜質(zhì)，再經(jīng)計(jì) 量、 調(diào)壓以后 進(jìn)入原料氣壓縮機(jī)，壓力升至 后進(jìn)入凈化裝置系統(tǒng)。新能源 10104Nm3/d 液化煤層氣項(xiàng)目可行性研究報(bào)告原料氣進(jìn)裝置設(shè)置有事故聯(lián)鎖切斷閥，切斷進(jìn)入裝置的原料天然氣源，保證裝置、人員及附近設(shè)施的安全。（2）凈化系統(tǒng)? 脫碳裝置從預(yù)處理系統(tǒng)來的原料氣從吸收塔下部進(jìn)入，自下而上通過吸收塔；再生后的 MDEA 溶液（ 貧液）從吸收塔上部進(jìn)入，自上而下通過吸收塔，逆向流動(dòng)的 MDEA 溶液和天然氣在吸收塔內(nèi)充分接觸，氣體中的 H2S和 CO2 被吸收而進(jìn)入液相，未被吸收的組份從吸收塔頂部引出，進(jìn)入脫碳?xì)饫鋮s器和分離器。出脫碳?xì)夥蛛x器的氣體進(jìn)入原料氣干燥單元，冷凝液去 MDEA 地下槽。處理后的天然氣中 CO2 含量小于 50ppmV。吸收了 CO2 的 MDEA 溶液稱富液，至閃蒸塔，降壓閃蒸出的原料氣體送往界外燃料系統(tǒng)。閃蒸后的富液與再生塔底部流出的溶液（貧液）換熱后，升溫到～98℃去再生塔上部，在再生塔進(jìn)行汽提再生，直至貧液的貧液度達(dá)到指標(biāo)。出再生塔的貧液經(jīng)過溶液換熱器、貧液泵進(jìn)入貧液冷卻器，貧液被冷卻到~40 ℃，從吸收塔上部進(jìn)入。再生塔頂部出口氣體經(jīng)酸氣冷卻器，進(jìn)入酸氣分離器，出酸氣分離器的氣體送往安全泄壓系統(tǒng)，冷凝液去 MDEA 地下槽。再生塔再沸器的熱源由來自水蒸氣系統(tǒng)的低壓飽和蒸汽提供，冷凝液返回水蒸氣系統(tǒng)。? 純化裝置新能源 10104Nm3/d 液化煤層氣項(xiàng)目可行性研究報(bào)告來自脫碳單元的原料氣直接進(jìn)入純化單元。 純化單元主要由三臺(tái)吸附塔組成，其中一臺(tái)處于工作狀態(tài)，另兩臺(tái)處于再生狀態(tài)，三臺(tái)吸附塔內(nèi)都裝填有吸附劑。原料氣通過正處于工作狀態(tài)的吸附塔，原料氣中的水份及重?zé)N和汞等雜質(zhì)被全部脫除。每臺(tái)吸附塔的工作時(shí)間由原料氣 量來確定，干燥后的氣體（稱為干燥氣）直接送出界區(qū)。完成吸附工作步驟的吸附塔，停止引入原料氣，切換到再生狀態(tài)，原料氣引入 到下一臺(tái)完成再生的吸附塔。通過引入界區(qū)外再生氣（氮?dú)猓ν瓿晌焦ぷ?步驟的吸附塔進(jìn)行再生，主要包括以下步驟：1) 吸附塔的壓力通過閥門降低到再生狀態(tài)壓力；2) 再生氣通過加熱器升溫后，逆著吸附步驟原料氣流動(dòng)的方向，進(jìn)入吸附塔， 提高該吸附塔的溫度，吸附劑表面的水分被帶出；出吸附塔的氮?dú)獗辉偕鷼?冷卻器降溫后，送往界外；3) 完成水份解吸后，該吸附塔隨即引入未經(jīng)加熱的再生氣，吸附塔被冷卻；出吸附塔的再生氣進(jìn)入到再生器加熱器加熱后，用于另一塔的加熱再生。4) 通 過引入干燥后的凈化氣對吸附塔進(jìn)行緩慢升壓，直至達(dá)到吸附狀態(tài)壓力。每臺(tái)吸附塔設(shè)計(jì)滿負(fù)荷連續(xù)工作和再生時(shí)間見下表，再生過程主要由以下步驟 組成：① 降壓（D）② 加熱（H）③冷卻（C ）④充壓（R ）。干燥單元是由程序 控制的全自動(dòng)運(yùn)行，每一步驟執(zhí)行預(yù)先設(shè)定的時(shí)間，運(yùn)行程序從上一步切換到 下一步必須檢查各種條件，如溫度、壓力等參數(shù)，如果條件不滿足，程序自動(dòng)停止，程控 閥門 保持原先的開關(guān)狀態(tài)。在進(jìn)入液化單元之前，氣體必須進(jìn)行分析，以保證雜質(zhì)含量達(dá)到進(jìn)新能源 10104Nm3/d 液化煤層氣項(xiàng)目可行性研究報(bào)告入液化單元的要求。進(jìn)入液化冷箱之前乙方配備如下分析儀表：? CO2 含量在線分析儀? H2O 在線分析儀? 微量苯分析儀（色譜儀）? 微量汞分析儀（3）液化系統(tǒng)原料氣液化過程：凈化后天然氣，進(jìn)入液化冷箱的預(yù)冷換熱器的中部繼續(xù)下行進(jìn)行冷卻，在約20℃下進(jìn)入氟利昂蒸 發(fā)器冷卻到35 ℃，之后進(jìn)入重?zé)N分離器將重?zé)N凝液分離出來。分離器頂部出來的原料氣在冷箱繼續(xù)冷卻、液化和過冷到一定的溫度（根據(jù) LNG 貯存方案而定）、節(jié)流降壓到貯存壓力，進(jìn)入液化冷箱內(nèi)的 LNG 閃蒸罐，分離出的液體，即為 LNG 產(chǎn)品送入 LNG 貯槽。分離出來的氣體，在液化換熱器和預(yù)冷換熱器中復(fù)熱到常溫作為分子篩吸附系統(tǒng)的冷吹氣和再生氣，之后作為尾氣送入工業(yè)窯爐等下游用戶。氟利昂預(yù)冷氮甲烷膨脹制冷過程：采用氟利昂作為冷劑提供高溫段冷量，采用氮甲烷作為冷劑提供低溫段冷量。氮 甲烷經(jīng)氮甲烷壓縮機(jī)增壓、冷卻后進(jìn)入預(yù)冷換熱器中冷卻，依次進(jìn)入氟利昂蒸發(fā)器冷卻后分為兩路；一路進(jìn)入增壓透平膨脹機(jī)，絕熱膨脹后返回液化器，另一路繼續(xù)經(jīng)冷箱冷卻后經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流降壓后返回冷箱，提供冷量后出冷箱，進(jìn)入氮?dú)庋h(huán)壓縮機(jī)，形成閉合的膨脹機(jī)制冷循環(huán)。氮甲 烷氣體的獲得與補(bǔ)充：液氮?dú)饣到y(tǒng)為首次開車置換提供氮?dú)狻Ｔ谡＿\(yùn)行中，PSA 制氮提供液化循環(huán)補(bǔ) 充氮?dú)夂鸵夯湎湟约白有履茉?10104Nm3/d 液化煤層氣項(xiàng)目可行性研究報(bào)告母罐的氮封用氣。甲烷氣體則引至純化后的再生氣緩沖罐。 工藝流程圖 工藝流程圖見附圖 3 LNG 儲(chǔ)存及裝車系統(tǒng)本工程的產(chǎn)品：液態(tài)天然氣（LNG）儲(chǔ)罐常壓、帶壓的比較：（1）常壓儲(chǔ)存比帶壓儲(chǔ)存所需的制冷循環(huán)能耗高 10%左右。（2）工作壓力不同——常壓罐為 15~50KPa，子母罐為 ~（3）內(nèi)罐形式不同——常壓罐為一只常壓內(nèi)罐構(gòu)成，不屬于壓力容器；子母罐由數(shù)量不等的內(nèi)罐組成子罐，子罐屬于壓力容器。（4）主體材料（不銹鋼）用量不同——1000m 3 內(nèi)罐不銹鋼用量子母罐是常壓罐的 倍；而 2022m3 內(nèi)罐不銹鋼用量子母罐是常壓罐的 倍。投資上差價(jià)較大。（5）日蒸發(fā)率略微不同——由于子母罐的受熱面積較常壓罐的大，但絕熱材料更多，互相對比后蒸發(fā)率相差甚微，兩種方案沒有明顯的優(yōu)勢。（6）自動(dòng)泄放的時(shí)間間隔不同——在蒸發(fā)率沒有任何優(yōu)勢的情形下，由于子母罐的工作壓力較高，氣相空間貯存氣體的能力較強(qiáng)，壓力泄放的時(shí)間間隔較長；而常壓罐的工作壓力較低，壓力泄放的時(shí)間間隔相對較短；因此常壓罐產(chǎn)生 BOG 的量比子母罐多一倍。（7）絕熱材料用量不同——1000m 2022m3 珠光砂用量子母罐約為常壓罐的 倍左右，但子母罐沒有泡沫玻璃磚，如果把泡沫玻璃磚換算成珠光砂來對比，子母罐的絕熱材料依然更多。（8）首次投資時(shí)子母罐的投資要比常壓罐高，但日后運(yùn)行費(fèi)用較低；常新能源 10104Nm3/d 液化煤層氣項(xiàng)目可行性研究報(bào)告壓罐雖然首次投資中罐體本身價(jià)格較低，但加上低溫泵和壓縮機(jī)的設(shè)備費(fèi)以及 1015 年的運(yùn)行費(fèi)用，其費(fèi)用基本相當(dāng)。在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)設(shè)備的投資費(fèi)用基本相當(dāng)，而常壓儲(chǔ)存比帶壓儲(chǔ)存所需的制冷循環(huán)能耗高 10%左右。儲(chǔ)存天數(shù)按照 10 天計(jì)算，故本液化工廠選用 1750m3 子母罐帶壓儲(chǔ)存（、℃）。本工程日生產(chǎn) LNG 174m3，運(yùn)輸方式主要采用汽車槽車陸運(yùn)。配備2 臺(tái)流量 80 m3/h 的裝 車泵，操作日按 8 小 時(shí)( 白天)計(jì)算，可設(shè) LNG 裝車位 2 個(gè)。所有產(chǎn)品外運(yùn)均委托專業(yè)運(yùn)輸公司。 主要工藝設(shè)備選擇 設(shè)備選擇原則LNG 為國內(nèi)新興產(chǎn)品，對工藝設(shè)備的選擇應(yīng)遵循如下原則：（1）根據(jù)國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并參照美國、加拿大等發(fā)達(dá)國家的標(biāo)準(zhǔn)選擇設(shè)備。（2） 在滿足工藝要求的條件下，盡量選用國內(nèi)技術(shù)先進(jìn)、安全可靠的設(shè)備。（3）對于關(guān)鍵設(shè)備，國內(nèi)技術(shù)尚不成熟的，考慮進(jìn)口設(shè)備。 主要設(shè)備選擇（1）壓縮機(jī)：氟里昂預(yù)冷壓縮機(jī)、N 2CH4 循環(huán)壓縮機(jī)、BOG 增壓壓縮機(jī)：該類機(jī)組擬選用國內(nèi)的往復(fù)式、活塞式、離心式 壓縮機(jī)；膨脹機(jī)：選用增壓透平膨脹機(jī)組；板翅式換熱器、LNG 儲(chǔ)罐、常溫設(shè)備：可選用國產(chǎn)產(chǎn)品； （2）輸送管路煤層氣管路采用 20＃無縫鋼管，LNG 輸送管路選用奧氏體不銹鋼管。 主要設(shè)備表見表 新能源 10104Nm3/d 液化煤層氣項(xiàng)目可行性研究報(bào)告 工藝系統(tǒng)設(shè)備一覽表 表 序 號(hào) 項(xiàng) 目 數(shù)量 單位 備 注一 原料氣過濾、增壓系統(tǒng)過濾分離器 2 臺(tái) 帶精密過濾濾芯 用1 備 1天然氣壓縮機(jī) 2 臺(tái)二 原料氣脫二氧化碳系統(tǒng) 　1 進(jìn)口分離器 1 臺(tái) 　2 吸收塔 1 臺(tái) 　3 脫碳?xì)饫鋮s器 1 臺(tái) 　4 脫碳?xì)夥蛛x器 1 臺(tái) 　5 MDEA 閃蒸分離器 1 臺(tái) 　6 貧富液換熱器 1 臺(tái) 　7 再生塔 1 臺(tái) 　8 貧液冷卻器 1 臺(tái) 　9 貧液循環(huán)泵 2 臺(tái) 用 1 備 110 溶液過濾器 1 臺(tái) 　11 酸氣冷卻器 1 臺(tái) 　12 酸氣分離器 1 臺(tái) 　13 MDEA 地下罐 1 臺(tái) 　14 液下泵 2 臺(tái) 用 1 備 115 MDEA 儲(chǔ)罐 1 臺(tái) 　三 原料氣脫水及脫重?zé)N和脫汞系統(tǒng)1 吸附塔 3 臺(tái) 含分子篩2 再生氣加熱爐 1 臺(tái) 　3 再生氣冷卻器 1 臺(tái) U 形管換熱器4 再生氣分離器 1 臺(tái) 　新能源 10104Nm3/d 液化煤層氣項(xiàng)目可行性研究報(bào)告四 原料氣脫汞與過濾1 脫汞塔 2 臺(tái) 含脫汞劑 用 1 備 12 粉塵過濾器 2 臺(tái) 含濾芯 用 1 備 1五 凈化氣低溫液化系統(tǒng)1 液化冷箱 1 臺(tái) 　 預(yù)冷換熱器 1 臺(tái) 　 R22 蒸 發(fā)器 1 臺(tái) 　 重?zé)N分離器 1 臺(tái) 　 液化換熱器 1 臺(tái) 　 過冷器 1 臺(tái) LNG 閃蒸罐 1 臺(tái) 　 低溫管道 1 套 　 低溫手動(dòng)閥門 1 套 　2 膨脹機(jī)過橋 1 臺(tái) 　3 冷箱和過橋絕熱材料 足量 　4 殘液放空分離器 1 臺(tái) 　六 氟里昂預(yù)冷凍系統(tǒng) 　1 R22 壓縮 冷凝機(jī)組 1 臺(tái) 　2 附屬設(shè)備 1 套 　3 啟動(dòng)柜 1 臺(tái) 　七 增壓透平膨脹機(jī)系統(tǒng) 　1 增壓透平膨脹機(jī) 2 臺(tái) 撬裝為整體2 潤滑油系統(tǒng) 2 套 　3 增壓機(jī)后冷卻器 2 臺(tái) 不銹鋼換熱管4 膨脹機(jī)過濾器 2 臺(tái) 　5 增壓機(jī)過濾器 2 臺(tái) 　八 循環(huán)制冷劑壓縮系統(tǒng) 　1 進(jìn)口緩沖罐 1 臺(tái) 　新能源 10104Nm3/d 液化煤層氣項(xiàng)目可行性研究報(bào)告2 氮甲烷循環(huán)壓縮機(jī) 3 臺(tái) 活塞壓縮機(jī) PLC 控制用 2 備 13 出口緩沖罐 1 臺(tái) 　九 LNG 儲(chǔ)存系統(tǒng)1 LNG 貯槽 1 臺(tái) 　2 增壓汽化器 1 臺(tái) 　3 BOG 加熱器 1 臺(tái) 　4 LNG 灌裝泵 2 臺(tái) 　5 BOG 壓縮機(jī) 2 臺(tái) 用 1 備 16 BOG 緩沖罐 1 臺(tái) 　十 氮?dú)庀到y(tǒng) 　1 空壓機(jī) 1 臺(tái) 　2 壓縮空氣凈化組件 1 臺(tái) 　3 空氣貯罐 1 臺(tái) 　4 PSA 氧氮分離系統(tǒng) 1 臺(tái) 　5 氮?dú)饩彌_罐 1 臺(tái) 　6 氮?dú)飧稍镅b置 1