您好！我是石油大学的大四生，现在正准备毕业设计，选题是关于边缘分散液化天然气工艺的，望老师指教！！
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发布时间：2022-05-21 08:29
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时间：2023-10-20 19:05
迄今为止,在天然气液化技术领域中成熟的液
化工艺有[5 ] : (1) 阶式制冷循环; (2) 混合制冷剂制
冷循环,包括闭式、开式、丙烷预冷、CII ; (3) 膨胀机
制冷循环,包括天然气膨胀、氮气膨胀、氮- 甲烷膨
胀等。
311 阶式制冷循环
阶式制冷循环又称级联式制冷循环,是用丙烷
(或丙烯) 、乙烷(或乙烯) 、甲烷等纯烃制冷剂的3
个制冷循环阶组成,通过制冷剂液体的蒸发,逐级
提供天然气液化所需的冷量,制冷温度梯度分别为
- 30 ℃、- 90 ℃及- 150 ℃左右。净化后的原料天然
气在3 个制冷循环的冷却器中逐级冷却、冷凝、液
化并过冷,经节流降压后获得低温常压液态天然气
产品,送到储罐储存。典型的阶梯式制冷循环流程
图如下图所示:
图3 典型的阶梯式制冷循环
阶式液化循环能耗最小,在目前天然气液化循
环中效率最高,所需换热面积小(相对于混合制冷
剂循环) ,且制冷循环与天然气液化系统各自独立,
相互影响少、操作稳定、适应性强、技术成熟。其缺
点是流程复杂、机组多,至少要有3 台压缩机,要有
生产和储存各种制冷剂的设备,各制冷循环系统不
允许相互渗漏,管线及控制系统复杂,管理维修不
方便,对制冷剂的纯度要求严格。阶式循环最适用
于大型装置。通过优化机器的选择,阶式循环可以
与在基本负荷混合制冷剂厂中占主导地位的带预
冷的混合制冷剂循环相竞争。
Phillips 公司对传统的阶式循环进行了优化。
Phillips 优化的阶式循环具有稳定的可靠性,因为在
设计中考虑下列四个因素:
(1) 单一组分的制冷济;
(2) 用铜焊接的铝换热器;
(3) “two - trains - in - one”流程;
(4) 适当的服务设施
该工艺显著的一点是采用“two - trains - in -
one”流程,流程中采用了两组并联的压缩机组,每
一个压缩机组有独立的驱动设备。这种结构使得
流程的操作具有很大的灵活性,可以方便的进行压
缩机组或驱动装置的维修,当原料气的进气量波动
很大时仍能保持很高的效率,还可以减少了备用的
驱动设备[6 ] 。
312 混合制冷剂制冷循环
混合制冷剂(又称多组分制冷剂) 制冷循环是
采用N2 和C1 - C5 烃类混合物作为循环制冷剂。
与纯组分制冷剂不同的是,混合制冷剂产生的冷量
是在一个连续的温度范围之内,纯组分冷剂产生的
冷量是在一个固定的温度上。混合制冷剂的加热
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新疆石油天然气2006 年
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曲线可与被冷却介质的冷却曲线很好地匹配,有效
地增加了两者的一致性。
同阶式制冷循环相比,混合制冷液化循环具有
流程简单、机组少、投资费用低、对制冷剂的纯度要
求不高等优点。但单级混合制冷剂循环的能耗要
比阶式制冷循环高。因此,为了降低能耗,采用多
级混合制冷剂循环。国外技术人员对多级循环特
性的评价结果表明,随着级数的增加能耗将有所降
低,通过技术经济优化,采用*混合制冷剂循环
较为合理,如图4 所示。
图4 典型的*混合制冷剂循环
改进的多级混合制冷剂循环(MRC) 使用了小
型铝质板翅式换热器以减少功率消耗。多股流板
翅式换热器的温度驱动力小而且能量高度结合,所
以其热力学效率很高,这使热股流和冷股流的曲线
匹配得很好。在MRC 工艺的基础上又开发出来很
多带预冷的混合制冷剂制冷循环工艺,预冷方式有
丙烷预冷、混合工质预冷、利用氨吸收制冷来预冷
等。丙烷预冷是其中应用比较广泛的一种。APCI
公司的丙烷预冷混合制冷剂液化流程(C3PMRC) 广
泛应用预国外的大型的LNG工厂中。
313 膨胀机制冷循环
膨胀制冷循环是通过透平膨胀机进行等熵膨
胀而达到降温目的。
目前膨胀制冷采用的主要循环有以下三种:
(1) 天然气直接膨胀制冷。主要用于原料气有
压力能可利用、甲烷含量高的场合。其液化率主要
取决于膨胀比,膨胀比越大,液化率也越大。该循
环具有流程简单、设备紧凑、投资小、调节灵活、工
作可靠等优点。
(2) 氮膨胀制冷。它是直接膨胀制冷的一种变
型。其优点是对原料气组分变化有较大的适应性,
液化能力强、整个系统简单、操作方便;其缺点是能
耗比较高,比混合制冷剂循环高40 %左右。
(3) 氮气- 甲烷混合膨胀制冷。它是氮膨胀制
冷循环的一种改进,与混合制冷剂循环相比较,具
有流程简单、控制容易、启动时间短,比纯氮气膨胀
制冷节省10 % - 20 %的动力能耗。但是其设计复
杂,目前国内还没有成熟的经验。
膨胀机循环与阶式循环和混合制冷剂循环相
比其优点是,它能够较迅速和简单的启动和停工。
当预计生产中有较频繁的停工时,使用此循环是非
常重要的,例如在调峰厂。与阶式循环和混合制冷
剂循环相比,膨胀机循环的主要缺点是它的功率消
耗大。但是,循环的简易性可以弥补高的功率消
耗,尤其是在功率消耗不很重要的小型工厂。
我国第一座小型的液化天然气生产装置———
长庆陕北气田液化天然气示范工程中采用了天然
气膨胀制冷循环,取得了较好的效果。
4 天然气液化流程的选择
本文以新疆呼图壁、彩南、莫北、石西三个油气
田所产的天然气为例提出相应的天然气液化方案。
四个油气田天然气的参数如表2 所示:
表2 四个油气田中天然气的参数
油气田名称呼图壁彩南莫北
压力(MPa) 3 310～410 4
流量(104m3Pd) 150 24 80
气体体
积分数
( %)
C1 94147 88131 68197
C2 3128 4142 18124
C3 0157 2128 6165
C4～ C11 0147 2124 4147
N2 112 2137 0103
CO2 0 0137 1164
4. 1 原料气的净化
从表1 可以看出,原料气中的酸性气体组分很
少,且只含有CO2 。国外很多调峰型天然气液化工
厂中,原料气的处理是单独采用分子筛吸附的方
法,因为分子筛是根据物质分子的大小进行选择型
吸附的,可以同时脱除酸性气体和水分,也使得原
料气的净化流程简化。呼图壁、彩南、莫北三个油
气田天然气的产量不大,利用分子筛吸附能够满足
工艺要求。
412 液化工艺的选择
三种基本的天然气液化流程中,带膨胀机的液
化流程适用于处理量小,有压能可以利用的情况
下。陕北油田液化天然气示范工程采用天然气膨
胀制冷循环,取得较好的效果。建议对新疆这三处
油气田的天然气采用天然气膨胀制冷循环,在膨胀
制冷循环的基础上,可以采用氮气或丙烷预冷,减
少液化循环过程中的功率消耗。
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