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

孙冲

中石化中原石油工程设计有限公司 河南郑州  450000

摘要：作为一种重要的民生产品，天然气作为一种重要的生活必需品，其主要产品为液化天然气。由于不同的液化装置在效率和能耗上都有很大的差别，因此，对其过程进行分析和选择，对于今后的具体工作系统和项目建设都有很大的帮助。本文以此为出发点，从系统的研究过程出发，归纳出各种工艺的特点，以便为选择特定的工艺方案提供必要的依据。

关键词：新型天然气；液化装置；工艺流程

引言：

近年来，国内已有许多新技术被用于天然气液化领域，大量的新技术、新设备的应用，极大地提高了液化的效率和质量。随着我国天然气需求的迅速增加，选择合适的天然气液化装置和优化工艺，将为社会输送更高质量的天然气。因此，采用这种新的天然气液化设备，对我国的天然气液化技术有重要的指导作用。

一、液化天然气装置的特点及现状

（一）液化天然气的特点

与压缩天然气相比，液化天然气具有明显的区别，其主要特征在于：第一，液化天然气的密度要高于压缩天然气，从而大大减少了运输费用，同时也减少了储存费用，从而更好地利用天然气；二是由于液化天然气气化后燃烧，其燃烧时所产生的热量要高于普通的压缩天然气；三是由于液化天然气气化燃烧时，对环境造成的污染较小，是一种比较清洁的能源，因此被广泛地用于生产和使用。

（二）液化天然气装置的技术现状

当前我国液化天然气设备技术已有相当程度的发展，但仍有许多有待提高的地方，因此必须对其相关设备的性能进行深入的研究，以提高其工作效率。在液化技术方面，混合冷剂制冷是当前的主流技术，也是当前液化技术的一个主要组成部分。在液化过程中，由于流程比较繁琐，所以在液化气系统中设定的参数信息会直接影响到液化天然气的品质。该系统参数的选取与优化是目前国内天然气液化技术研究的重点内容之一。对于液化天然气的输送，目前国内有两种主要的运输方法：一是利用陆上汽车输送；二是轮船，通常是用来运送进口的液化天然气。为提高燃气利用率，必须进一步细化其生产工艺，并对其进行详细的分析与探讨。

二、新型天然气液化装置工艺流程

（一）天然气液化装置的工艺环节分析

在液化的时候，可以选择单循环的混合制冷剂，这样的话，所需的能量就会很少，而且费用也不会太高，而且操作起来也比较简单，其中的技术步骤有三：一是预处理，这一步主要是将天然气中的CO2等杂质除去，然后进行脱水。通过预处理，可以使天然气在以后的液化过程中更加容易。二是天然气的液化和分离，在完成预处理工序后，必须使用制冷剂进行分离。通过分离工艺，即可获得所需的液化天然气。三是将液化天然气储存和运输，并补充使用后的制冷剂，以便于后续使用。

单循环混合制冷剂液化技术，可以在低温条件下进行汽化，从而达到液化的目的。该技术适用于中小型电厂，使其具有较高的经济效益。

（二）天然气液化的预处理脱水设备

在天然气原料预处理过程中，脱水是一个非常关键的过程，在此过程中，必须对原料气进行脱除CO2。在干燥工艺中，天然气通过管道进入分离机，可以滤出部分杂质。然后在经过了一段时间的烘干，然后在经过了一段时间的处理之后，再通过过滤装置将气体输送到空气中，从而达到了净化的目的。

（三）膨胀流程

在气体膨胀时，其技术原理是利用气体本身所具有的压力进行膨胀，然后通过做功来获得对应的冷量，从而达到液化的目的。该方法操作简便，适用于调峰设备。该装置在操作上也比较灵活，启动时间也比较短，具有较好的适应性。但是，这种方法也有其不足之处，即在使用时所消耗的能量比较大，因此要根据具体的情况选择合适的方法，以确保液化的质量和效率。

（四）混合制冷剂流程

在这个过程中，将碳氢化合物的混合物冷冻，然后进行冷凝、膨胀等操作，然后进行冷却。在此工艺中，需要进行节流和蒸发，这是整个工艺过程中的一个关键环节。在压缩过程中，气体会产生较高的压力，然后进行预冷却，然后将气体送入分离器，而在这一过程中，液相是一个非常重要的过程，可以起到冷却和降低压力的作用。

在这个过程中，最关键的制冷装置就是冷剂吸收槽，其中包括甲烷、乙烯、氮气等。在冷却后，将被分离的制冷剂分成液相和气体相。这一过程相对来说比较简单，而且其造价也比较低廉。在总体构造上，采用了冷柜的形式，各类设备的布置也更加紧凑，从而在某种程度上节省了成本。

三、新型天然气液化装置设备特点

（一）新型天然气液化装置设备的特点

目前，我国天然气液化装置在运行中的一些突出问题，包括运行可靠性、运行安全性等方面的问题。另外，还有一些特殊的特性，比如在混合制冷剂的循环中，各种制冷剂的种类都是由不同的制冷剂组合而成。由于在混合制冷剂的循环中，存在着大量的设计变量，因此，若不能很好地掌握不同的制冷剂比例，或设计参数不合理，就会使其性能产生很大的变化，从而影响到液化天然气的品质和效率。

通过数值模拟，可以得到最优的制冷剂组合，从而得到最优的制冷剂，从而实现了整个系统的优化。通过对比各种配方，从分子结构上对各种制冷剂进行优选，以提高热解效率，减少能耗。在具体的优化过程中，首先要建立一个最佳的制冷剂优化模型，将整个循环压力、不同制冷剂的成分比例作为优化的目标函数。在此基础上，利用鲁棒优化法，对已建好的液化系统制冷剂进行了优化，得到了不同类型的制冷剂的配比，以提高液化效率。

（二）液化天然气装置的发展趋势

未来，随着我国社会对液化天然气品质的不断提高，在未来的液化过程中，将会通过各种工艺方案的对比，最终选出最优的液化技术。若能对单循环、双循环、丙烷预冷式三种液化工艺方案进行全面的对比，从系统投资、能耗、比功率、所需压缩机的数目等方面进行了综合的对比。单循环天然气的液化工艺比较简单，而且使用的压缩机等设备也比较少，因此在液化天然气的调峰系统中使用了大量的设备，未来将会是一个重要的发展方向。

该工艺已比较成熟，可以对液化系统的能耗、总投资、设备的可操作性进行全面的评价，从而使其在实际应用中得到广泛的应用。未来，由于天然气液化技术的不断发展，以及液化石油气设备的生产和制造工艺的不断提高，将会有越来越多的先进技术被引进到我国的实际应用中，为社会提供更多的优质液化天然气，满足社会对液化天然气的需求，进而推动我国社会的发展。

结语：

文章详细地分析了天然气的特性，介绍了液化工艺和所用设备的主要特性，并论述了在液化石油气生产中制冷剂的最佳配置。利用文中提出的天然气液化技术，既能减少能耗，又能提高生产效率，是一种很好的实用方法。

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