新型天然气液化装置工艺流程及设备特点分析

新型天然气液化装置工艺流程及设备特点分析

李延华

张家口国储液化天然气有限公司河北张家口075000

摘要：随着我国能源行业的快速发展，新型天然气液化装置的节能型和合理性备受人们的关注，结合工程实例，对采用混合制冷剂循环(MRC)液化流程的天然气液化装置的全系统能耗状况进行分析，确定各单元的能耗种类和标准煤当量，从工艺优化、主要设备选型、总图布置等3个方面讨论节能措施。

关键词：天然气液化装置；能耗；节能设计；混合制冷剂循环

1前言

节能减排是我国能源发展的基本国策。在能源价格低迷、电力与煤炭行业产能过剩的今天，节能工作尤其不能放松。资源和环境压力是制约我国长期发展的重要瓶颈，需求侧的节能降耗成为重要的解决之道。近年来，液化天然气在国内得到了迅猛的发展，多套天然气液化装置已在国内陆续建设并已投产。天然气液化装置在生产的过程中消耗的主要能源是电能。本文通过对天然气液化装置各个单元用能状况进行分析，确定各个单元的能耗水平，提出设计阶段降低能耗的措施。

2国内典型中小型天然气液化装置组成

目前世界上80%的基本负荷型天然气液化装置采用混合制冷剂液化流程。混合制冷剂循环(MＲC)液化流程比带丙烷预冷混合制冷剂循环(C3/MＲC)液化流程简单，设备造价低，单位能耗略高，在中型天然气液化装置中有较强的竞争力。

近几年国内新建的中小型天然气液化装置几乎都采用混合制冷剂循环液化流程，总工艺流程是:净化采用N－甲基二乙醇胺(MDEA)吸收法脱除原料气中的CO2、H2S等酸性气体组分，分子筛脱水，专用浸硫活性炭脱汞;液化采用混合制冷剂制冷为天然气提供冷量，逐级将天然气预冷、液化至过冷。出冷箱后节流并送入LNG储罐，经LNG装车泵装车外运。制冷剂压缩机选用电动离心压缩机，冷箱选用内置铝板翅式换热器。装置组成:工艺装置主要由净化单元、液化单元、LNG储运单元与BOG增压单元组成;公用及辅助生产设施主要由空压制氮单元、循环水单元、火炬单元、配电单元、供热单元、通风空调单元、消防单元等组成。天然气液化装置消耗能源中一次能源为天然气，二次能源为电力，耗能工质为新鲜水、软化水、氮气、压缩空气等。其中，天然气、电力外购，其余耗能工质全部由项目配套建设的公用及辅助生产设施供给。

3当前常用的液化流程

我国天然气装置规模大小不一，大的年产量会达到几百万吨，而小的年产量仅有千吨。而很多液化工厂运行的类型也有所区别，这分为调峰型和基本型。其分布地点也并不一致，虽然大多数装置都在陆地上固定，但仍然有少部分是漂浮在海上，所以我们应该选取适当的液化方案。其选择指标是非常多样化的，并且也要考虑前期投资等问题。

3.1级联循环模式

对于级联循环来说，其经常选用丙烷、甲烷和乙烷这三个独立系统来提供制冷。正常来说，在所有液化循环中，级联循环其需要的换热面积最小，并且在耗能上也是最低的。但从另一方面来看，三级循环的制冷剂应该分别进行储存，所以其循环的流程比较复杂，这样看来，其优势的发挥是具有很强的选择性的，正常情况下，其存在制冷流程复杂的缺点。

3.2混合制冷循环

混合制冷循环也成为MRC，其原理是采用多组混合制冷剂中的单级制冷剂来进行制冷。这种混合制冷循环在当前的基本负荷装置中的应用是非常广泛的，尤其是在小型装置中更是如此。这种装置的最大优势在于其结构十分简单，而能耗也和前者级联循环相差不大，所以被广泛采用。而大型MRC系统经常采用的是丙烷预冷机制，其本身具有着更高的冷却效率，并且其运行费用适中，符合人们的使用需求。当前来看，MRC流程的发展方向是通过多级手段进行混合制冷，这样就可以有效提高天然气的使用效率。

3.3膨胀机循环

通过压缩之后的单质气体进行做功，这种形式运行非常简便，也就是膨胀机循环运行的形式。对于使用需求在200吨/日的小型装置来说其具有很好的适用性，并且对于海上的大型设备的适用性也非常好。虽然其本身产生较高的能耗，但是其优势在于运行流程十分简单。调峰装置操作十分频繁，所以膨胀机循环就可以起到很好的效果。另外也可以结合实际需要，在不同的温度等级设定两台膨胀机。目前来看，这种液化技术已经较为成熟了。

4LNG装置选择

4.1小型LNG设备

根据我们经验的总结，小型LNG装置在以下场合比较使用。（1）在调峰设置中，如果液化储存的天然气的供给量和使用量二者存在较明显差距的。（2）小型LNG设施中，正常来说，运用槽车来进行运输，其比管道运输的成本更为低廉。（3）有交通工具为了达到相应的清洁性而选择天然气作为燃料。所以小型LNG设备可以作为汽车能源，经过运输之后直接在各个加气站就可以使用了。

4.2中型LNG设备

中型LNG装置其产量大约是小型设备的20倍，所以其也不能采用同样的循环方式了，需要经过一些改进。当前来看，丙烷预冷的方式在所有MRC流程中是比较成熟的，其单独采用丙烷这种材料来制进行预冷。与其类似的是还可以使用单独混合制冷循环来进行遇冷操作。这两种方式都有着很好的预冷效果，但是由于多了一个预冷机制，所以整个流程都变得更为复杂，投资也就因此而大大增加了。除此之外，PRICO循环也是一种比较成熟的技术，这种方式在流程上比丙烷预冷更为简便但需要加大制冷剂的投入，所以需要较大的面积来布置换热器。

4.3大型LNG装置

大型基本负荷型LNG装置一般均采用MRC循环。由于在大型装置中对循环效率的要求较高，因而一般采用带预冷的MRC循环。APCI在过去20年中几乎所有基本负荷型装置都采用了带丙烷预冷的MRC流程。

4.4海上浮动LNG装置

海洋蕴藏着丰富的天然气资源。目前，世界海洋天然气年产量4.5×1011m3，占世界天然气年总产量的21%。海上天然气的开发不仅环境严峻、技术复杂、投资巨大，而且建设周期长、现金回收晚、风险性较大。进入20世纪90年代以来，随着海上大型气田数量的减少，海洋天然气的开发已由大规模集中型逐渐转向小规模分散型，边际气田的开发日益受到重视。随着海洋工程技术的不断进步，也使边际气田的开发成为可能。

5结语

在流程的选择上应该以实际需要作为基准，包括项目的情况和生产能力等等，经过多方分析才能选出最为合适的方案流程来。首先针对方案选择中的关键因素进行讨论，然后分析了不同装置上的选择情况。对于小型装置来说，膨胀机循环是一种非常合适的手段，就有的MRC循环仍然比较适合于大型装置的运行情况。而海上浮动装置由于其装置在大小和安全性上都存在很大不同，所以依然推荐选择膨胀机。

参考文献：

[1]刘英波.液化天然气装置净化与液化工艺关键技术研究[J].当代化工,2016,45(11):2593-2595.

[2]许云凤.液化天然气装置净化与液化工艺关键技术研究[J].冶金丛刊,2017(4):86-87.

[3]Mark,Blacklock.灵活的浮式液化天然气装置-浮式液化天然气(液化和再气化)技术的发展为全球天然气开启新机遇[J].世界石油工业,2016(3):35-38.