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

张博

陕西液化天然气投资发展有限公司  陕西省杨凌示范区  712100

摘要：随着天然气不断被用于各个行业中，其天然气液化行业也采用了各种新型技术，且应用多种了新型的天然气液化装置，从而使致力于提高液化效率与质量。

随着天然气需求量不断提升，适宜选用天然气液化设备并优化天然气液化工艺，以确保社会供应优良天然气。

关键词：新型天然气；液化装置；工艺流程；设备特点

一、液化天然气工厂或装置类型

（1）基本负荷型工厂是主要从事液化天然气 (LNG) 生产的工厂，包括原料气的预处理、液化以及储装等环节。这种工厂的特点是处理的气体量较大，并且通常位于沿海地区，其生产能力与天然气供应、储存和远洋运输的能力相适应。

（2）调峰型液化天然气(LNG)工厂包括天然气预处理、液化、储存和再气化等部分。它的主要作用是调节工业和居民用气需求的不平衡性，并作为应急气源。与普通LNG工厂相比，调峰型LNG工厂的液化能力较小，而储存和再气化能力较大。为实现液化，常采用膨胀机制冷或混合冷剂制冷液化工艺。

（3）浮式LNG生产产品储卸控制装置集LNG生产、储卸为一体。具备投资低、建设周期短、户籍迁移容易等优点和缺点。特别适合海上天然气田的研究和开发。控制单元目前采用采用混合制冷机组与压缩机工作或改进的氮气膨胀压缩机工作的水蒸气处理工艺。

（4）接收站工厂用于接收由远洋运输船从基本负荷型LNG工厂运来的LNG，将其储存和再气化，然后进入分配系统供应用户。

二、液化天然气装置的特点及现状

（一）液化天然气的特点

压缩天然气与液化天然气本质上有很大的差异，其主要特点有三个：首先，液化天然气的密度较高，因此，在运输的过程中，降低了运输和存储成本，提高经济性。由此可见，液化天然气相较于压缩天然气，具有更佳的成本效益。这样一来，液化天然气的使用更经济。其次，相较于压缩天然气. 液化天然气的燃烧释放更多热量,。最后, 液化天然气在燃烧过程中对环境的污染较低, 是一种清洁能源, 因此，被广泛应用于社会各个行业中。

（二）液化天然气装置的技术现状

根据当前的情况来看，液化天然气装置已经达到一定的技术水平，但仍有潜在的提升空间。因此，我们需要进一步研究涉及天然气液化过程的装置性能，来提高天然气液化装置在运行过程中的效率。在液化天然气的制冷方式上，目前流行的技术是利用混合制冷剂。混合制冷剂在液化技术中也扮演着重要的角色。液化的工艺流程相对复杂，而液化系统中所设定的参数信息直接影响着液化天然气的生产质量。液化系统参数的重要信息包括系统的构成比例、循环参数以及原料天然气的气质等。合理设定这些参数信息是确保天然气液化效率的关键。同时，选择和优化这些参数是天然气液化技术行业中的重要环节。目前，我国的液化天然气运输方式主要有两种：第一种是利用路上管道来进行运输；第二种是利用船只的方式来运输，通常用于进口天然气的运输。为了能够提升天然气在各个行业的使用效率，则需完成对制备的流程的细化。

三、新型天然气液化装置工艺流程

（一）天然气液化的预处理脱水设备

在对原料天然气的预处理工艺流程中，脱水处理是重要的环节，在进行脱水处理之前，需要先对原料天然气进行脱除二氧化碳处理之后才能够开展。在脱水处理过程中，将天然气通入到分离器中，使得气体中的一些杂质能够过滤和清除。之后再对天然气进行干燥处理，当该操作处理完毕之后就可以将天然气再次通入到过滤器当中，这样就可以完成对天然气的处理。

（二）天然气液化装置的工艺环节分析

对于天然气的液化过程来看，可以采用单循环的混合制冷剂的方式来实现液化。这种方式相对来说能源消耗较低，且能够降低液化的成本，运维方面也会相对便利很多。液化过程包括以下三个主要环节：一是预处理环节，该环节主要是清除原料天然气中的二氧化碳等杂质，同时对其进行脱水处理。完成天然气预处理后，便可方便进行后续液化操作。其次，进行液化分离操作时，需使用制冷剂将经过预处理的天然气分离。分离后可获得所需液化天然气。最后，储存和运输得到的液化天然气，并补充用过的制冷剂，以便能够继续被使用。单循环的混合制冷剂液化技术原理图如图1所示。

单循环的混合制冷剂液化技术可实现在较低温下制冷剂蒸发，最终完成天然气的液化工艺。此技术被广泛应用于各个中小型工厂中，提升了生产工厂的经济效益。

图1单循环的混合制冷剂液化技术

（三）混合制冷剂流程

通过对该过程进行制冷，对混合物进行降温。经过对其进行冷凝及膨胀等流程，最终完成对混合物的冷却效果。与此同时，该过程还包括了节流和蒸发操作，这是处理过程的重要步骤。天然气经过压缩后形成高压，并进一步进行预冷处理。随后将其输送至分离器，其中液相起到关键作用，能够有效降低温度和压力。涉及到的关键的制冷设备是冷剂吸收罐，其中包括甲烷、乙烯和氮气等制冷剂。所分离出来的制冷剂经过冷却后进一步分离成液体和气体相。此工艺的流程较为简单，且天然气液化系统的建设成本相对来说较低。整体结构主要采用的是冷箱结构，设备的布局相对紧凑，这月也鞥能够从基础建设上降低成本。

（四）膨胀流程

对于膨胀流程来说，其主要技术原理是利用天然气内部的压力完成膨胀，通过做功获取冷量，来实现天然气的液化。这种液化方式便捷简单，适用于调峰型装置。装置运行时灵活度高，设备启动快，适应性强。然而，这种液化天然气方式也有一些缺点，主要是液化过程中能源消耗较大。因此，在选择时需要考虑实际情况，使天然气的液化效率及质量得到有效的保障。

四、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

根据新型天然气的液化装置设备来看，其在运行的过程中有着独特的特点，例如设备在运行的过程中具有安全性及可靠性的要求严格。此外，在混合制冷剂循环过程中，液化设备需要使用多种不同类型的制冷剂进行混合配制以发挥相应效果。混合制冷剂循环涉及众多设计变量。若配比不当或设计参数没有达到标准，则会导致天然气液化装置的性能变化较大，最终造成液化天然气的质量及效率底下的情况出现。

在对于不同类型的制冷配比来进行优化时，我们能够利用数值计算的方式来完成，最终获取到最优先的制冷剂组合，与此同时，还可以从液化循环的整体结构上来完成优化工作。通过将各种不同的配比方案进行比较，从分子结构的角度出发，对不同类型制冷剂进行优化组合，以提高液化效率并降低能源消耗。在实际的优化工作中，要建立起制冷剂的优化模型，从而降低整个液化循环系统的整体能源消耗。可以将液化系统的循环压力和不同制冷剂的组成配比作为优化变量进行选择。通过采用鲁棒优化方法，对构建的液化系统中的制冷剂优化模型进行求解，从而得出新型天然气液化装置中各种类型的制冷剂组成配比，以进一步提升天然气液化效率。

（二）液化天然气装置的发展趋势

由于对液化天然气的需求量及质量有了更高的要求，因此，在未来的天然气液化工作过程中，需根据不同的液化方式来选择最终的液化技术方案。例如，可以综合分析和比较单循环、双循环和丙烷预冷混合等三种不同的天然气液化技术方案，从液化系统投资、液化压缩机的能源消耗、比功耗以及所需压缩机数量等方面进行综合比较。对于天然气液化过程，单循环方式方便操控和控制，且所需设备（如压缩机）数量较少。因此，该方式被广泛应用于液化天然气调峰装置中，并且在未来将成为重要的应用趋势。

结语

总之，对于目前社会的发展来说，天然气是一种非常珍贵的清洁能源，因此，通过对天然气的液化，可以使其运输较为便利，储存也会方便很多。因此，应该在目前液化天然气工艺的基础上完成优化工作，并能够选择较为合理科学的生产设备，为天然气行业的可持续发展奠定基础。

参考文献：

[1]新型天然气液化装置工艺流程及设备特点分析[J].朱永根.科技创新与应用,2016(20)

[2]新型天然气液化装置工艺流程及设备特点分析[J].路绳治.当代化工研究,2019(04)

[3]大型天然气液化技术与装置建设现状与发展.林畅;白改玲;王红;李玉龙.化工进展,2014