【正文】 子篩法對(duì)于深度脫水將原料氣中水含量降至小于 1ppmμ gNm3 的汞汞的脫除不受可凝混合物 C5烴及水的影響美國(guó)匹茲堡 Colgon公司活性炭分公司研制了一種專門用于從氣體中脫除汞的硫浸基活性炭 HGR 從脫水單元來的天然氣進(jìn)入浸硫活性炭吸附器汞與浸硫活性炭上的硫產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成硫化汞吸附在活性炭上從而達(dá)到脫除汞之目的從脫汞器出來的天然氣的汞含量小于 001μ gNm3 液化天然氣的生產(chǎn)儲(chǔ)存和處理標(biāo)準(zhǔn) 天然氣的液化是將凈 化好的天然氣變成液體狀態(tài)這方面的工藝技術(shù)在上世紀(jì) 70 年代就已經(jīng)很成熟 天然氣常用的基本液化流程有 Ⅰ 階式制冷循環(huán) Ⅱ 混合制冷劑循環(huán) Ⅲ 膨脹機(jī)制冷循環(huán) Ⅳ 焦 湯節(jié)流制冷循環(huán) 以下對(duì)這幾種基本流程進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹 Ⅰ 階式制冷循環(huán) 這種循環(huán)是由若干個(gè)不同低溫下操作的制冷循環(huán)復(fù)迭組成一般由用C3H8C2H4 和 CH4 為的三個(gè)制冷循環(huán)復(fù)迭而成來提供液化所需的冷量它們的制冷溫度分別為 40℃ 100℃和 160℃ 凈化好的天然氣進(jìn)入換熱器與 C3H8C2H4 和 CH4 制冷劑進(jìn)行熱交換經(jīng)過冷卻冷凝并節(jié)流到常壓后送入液 化天然氣儲(chǔ)罐儲(chǔ)存 階式制冷循環(huán) 1939 年首先應(yīng)用于液化天然氣產(chǎn)品裝于美國(guó)的 Clevelant 采用 NH3C2H4 為第一第二級(jí)制冷劑 優(yōu)點(diǎn)能耗低制冷劑為純物質(zhì)無匹配問題技術(shù)成熟操作穩(wěn)定 缺點(diǎn)液化效率低機(jī)組多流程復(fù)雜附屬設(shè)備多專門儲(chǔ)存制冷劑管路和控制系統(tǒng)復(fù)雜維護(hù)不便 本項(xiàng)目不推薦使用該流程 Ⅱ 混合冷劑制冷循環(huán) 混合冷劑制冷循環(huán)是 1960 年發(fā)展起來的克服了階式制冷循環(huán)的某些缺點(diǎn)它采用混合式的一種制冷劑一臺(tái)制冷劑壓縮機(jī)制冷劑是根據(jù)要液化的天然氣組分而配制的經(jīng)充分混合內(nèi)有 N2C1～ C5 碳?xì)浠衔? 多組分混合制冷劑 進(jìn)行逐級(jí)冷凝蒸發(fā)節(jié)流膨脹得到不同溫度水平的制冷量以達(dá)到逐步冷卻和液化天然氣的目的 與階式制冷循環(huán)相比其優(yōu)點(diǎn)是機(jī)組少流程簡(jiǎn)單投資省投資比階式制冷循環(huán)少 15～ 20 管理方便對(duì)制冷劑的純度要求不高混合制冷劑組分可以部分或全部從天然氣中提取和補(bǔ)充 缺點(diǎn)是能耗較高比階式制冷循環(huán)多 10～ 20 混合冷劑的合理匹配較為困難 本項(xiàng)目不推薦使用該流程 Ⅲ 天然氣膨脹制冷循環(huán) 膨脹機(jī)制冷循環(huán)是指利用高壓制冷劑通過透平膨脹機(jī)絕熱膨脹的克勞特循環(huán)制冷實(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)對(duì)外做功可用于驅(qū)動(dòng)流程中的壓縮機(jī)增壓透平 膨脹機(jī)的增壓端根據(jù)制冷劑的不同可分為氮?dú)馀蛎浺夯鞒痰?甲烷膨脹液化流程天然氣膨脹流程與混合冷劑液化流程相比膨脹液化流程簡(jiǎn)單緊湊造價(jià)較低該技術(shù)在深冷領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用故技術(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(jiǎn)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天然氣液化裝置 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(jiǎn)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(guó)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 523 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(chǎng)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(duì)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妊h(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(duì)系統(tǒng)的安全行要求高 本項(xiàng)目不推薦使用該流程 ◆ 氮?dú)馀蛎浺夯鞒? 該流程中氮?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(duì)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(jiǎn)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)獍l(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(jiǎn)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 53 工藝方案的確定 通過對(duì)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～ 5℃ MPa 條件下進(jìn)入本裝置原料氣首先經(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)施的安全從來的氣從吸收塔下部進(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 0ppmV 吸收了 CO2 的 MDEA 溶液稱富液至閃蒸塔降壓閃蒸出的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) 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)鈱?duì)完成吸附工作 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(duì)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 D②加熱 H③冷卻 C④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)入液化單元的要求 進(jìn)入液化冷箱之前配備分析儀表 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 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)入蒸發(fā)器冷卻到 35℃之后進(jìn)入分離器將凝液分離出來分離器頂部出來的氣在繼續(xù)冷卻液化和過冷到節(jié)流降壓到進(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 工藝流程圖 工藝流程圖見附圖 3 55 LNG 儲(chǔ)存系統(tǒng)本工程的產(chǎn)品液態(tài)天然氣 LNG1550KPa 子母罐為 0506MPa 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 1000m3內(nèi)罐不銹鋼用量子母罐是常壓罐的 35倍而 2021m3 內(nèi)罐不銹鋼用量子母罐是常壓罐的 412 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(duì)比后蒸發(fā)率相差甚微 兩種方案沒有明顯的優(yōu)勢(shì) 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(shì)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(zhǎng)而常壓罐的工作壓力較低壓力泄放的時(shí)間間隔相對(duì)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 1000m32021m3珠光砂用量子母罐約為常壓罐的 29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(duì)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 0MPaG1℃本工程日生產(chǎn) LNG m3 運(yùn)輸方式主要采用汽車槽車陸運(yùn) m3h 的裝車泵操作按 8小時(shí) 白天 計(jì)算設(shè) LNG裝車位個(gè)所有產(chǎn)品外運(yùn)均委托運(yùn)輸公司主要工藝設(shè)備選擇 設(shè)備選擇原則 LNG 為國(guó)內(nèi)新興產(chǎn)品對(duì)工藝設(shè)備的選擇應(yīng)遵循如下原則 根據(jù)國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并參照美國(guó)標(biāo)準(zhǔn) 在滿足工藝要求的條件下盡量選用國(guó)內(nèi)技術(shù)先進(jìn)安全可靠的設(shè) 備 對(duì)于關(guān)鍵設(shè)備國(guó)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 壓縮機(jī)壓縮機(jī)壓縮機(jī)壓縮機(jī)該機(jī)組擬選用的往復(fù)式式壓縮機(jī)換 LNG 儲(chǔ)罐常溫設(shè)備選用國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品主要設(shè)備表表 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 1 10 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 1 15 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) 四 原料氣脫汞與過 濾 1 脫汞塔 2 臺(tái) 含脫汞劑 用 1 備 1 2 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) 11 預(yù)冷換熱器 1 臺(tái) 12 R22 蒸發(fā)器 1臺(tái) 13 重?zé)N分離器 1 臺(tái) 14 液化換熱器 1 臺(tái) 15 過冷器 1 臺(tái) 16 LNG 閃蒸罐