液化天然氣與壓縮天然氣

1、概 述天然氣液化工藝天然氣提氦壓縮天然氣,第八章 液化天然氣與壓縮天然氣,1914年天然氣液化技術開發(fā)成功； 1942年在美國的克利夫蘭建成了世界上第一座工業(yè)規(guī)模的LNG生產裝置； 1959年第一艘LNG運輸船“甲烷先鋒”號跨海運輸，這是世界第一次實現液化天然氣跨海運輸。 1975世界天然氣液化裝置達150多套（來往于中東、西歐、日本和美國之間）。,第一節(jié) 天然氣液化的發(fā)展概述,天然氣長距離輸送

2、的缺點是阻力損失大，投資高，適合平原地區(qū)；對于地形復雜，大海阻隔地區(qū)，適用于液態(tài)運輸，因為625m3/1m3液體。因此，天然氣液化技術也是天然氣加工的主要內容之一。,一、天然氣液化技術發(fā)展簡史,在LNG長距離運輸方面發(fā)展十分迅速。目前，世界天然氣貿易量的1/3是以LNG的方式成交。 我國從90年代開始陸續(xù)建成了幾套生產LNG的調峰型工業(yè)試驗裝置，為解決我國沿海一帶的能源短缺問題，計劃今后從外國進口一部分LNG。

3、因此，今后我國的LNG工業(yè)將會有較大的發(fā)展。 據2003年最新報道，美國亞美國際投資集團與濮陽民營企業(yè)雙杰油水井技術服務有限公司將共同投資６５００萬美元在濮陽建設全國最大的液化天然氣（ＬＮＧ）生產基地 ，將在４年內全部完成 。項目全部建成后，其優(yōu)質液化天然氣將極大地緩解我國中西部地區(qū)工業(yè)及民用天然氣嚴重缺乏的局面。 另據報道，由中石化欲投資45億元在青島膠南董家口碼頭建立的LNG接收站目前已進入環(huán)評階段。該項

4、目一期工程年轉接LNG300萬噸，二期工程年轉接LNG500萬噸。 計劃氣源來自與伊朗和俄羅斯。,,①基本負荷型：液化能力大，貯存能力也較大。以生產大量LNG供應用戶或出口為目的。 ②調峰型：將平時管輸來的相對富裕的天然氣液化、貯存、以供用氣高峰用。液化能力小，貯存和再汽化能力大。 ③終站裝置：用于大量接受由船從基本負荷型工廠運來的LNG，將其儲存和再汽化后分配給用戶，其特點是液化能力小(主要是將儲罐蒸發(fā)出天然

5、氣再液化)。而再氣化能力及儲罐容量很大。,二、LNG生產裝置分類,第二節(jié) 天然氣液化工藝,原料氣的預處理天然氣液化原理與工藝天然氣液化工藝中的主要設備,一、原料氣的預處理,原料預處理 主要是為深度脫除以下組分： H2O：易生成水合物，用吸附法深度脫除； CO2：與水生成水合物或固體干冰，用胺法脫除； H2S：對設備有腐蝕作用，用胺法脫除； COS：防止與水反應生成H2S、 CO2，也是用胺法脫

6、除之； Hg：對鋁制換熱器有腐蝕作用，用可再生的HgSIV吸附劑脫除； N2：會增加LNG的蒸發(fā)損失，用閃蒸分離法脫除。,二、天然氣液化原理及工藝,1．節(jié)流制冷循環(huán) 依據焦耳一場姆遜效應，使壓力氣體通過節(jié)流閥膨脹而得以冷卻并液化。這種循環(huán)的典型代表是以Linde循環(huán)。節(jié)流制冷循環(huán)的優(yōu)點是設備簡單、投資少，缺點是能耗高、效率低，一般液化比率僅為1％～2％，要用于LNG需要量少，同時氣體有壓差可供

7、利用的小型LNG裝置中。 2. 膨脹機制冷循環(huán) 即將高壓天然氣通過膨脹機膨脹，對外輸出功，同時使氣體自身冷卻和液化。膨脹機制冷循環(huán)由于操作比較簡單，投資適中，特別適合于液化能力較小的調峰LNG裝置,這種循環(huán)是使天然氣在多個溫度等級的制冷介質中分別與相應的冷劑換熱．從而使其冷卻和液化。流程圖見圖6－12,3. 階式制冷循環(huán),缺點：機組多、流程復雜、冷劑用量大、需要專門生產和儲存各種冷劑的設備、管道和控制系統

8、復雜、維修不便。因此．這種循環(huán)在70年代曾廣泛使用，現在新建的LNG裝置已基本不采用。 4. 混合冷劑制冷（MRC） 這種循環(huán)采用N2、C1～C5混合物作冷劑，利用混合物部分冷凝(或部分氣化)的特點與原料氣換熱，使其冷卻和液化。在換熱過程中混合冷劑的制冷溫度與原料氣的冷卻曲線接近一致。圖10－3是一典型的混合冷劑制冷的天然氣液化工藝流程。,優(yōu)點：能耗低、液化率高(達90％)、技術成熟、制冷循環(huán)與天然氣液化系統各自獨立、操

9、作穩(wěn)定；,優(yōu)點：只需一臺混合制冷劑壓縮機，流程簡單，投資比階式制冷少15％～20％，管理方便。缺點：能耗比階式制冷高約20％，混合冷劑組份的合理配比困難。,先用預冷冷劑將天然氣冷卻到一定溫度，再用混合冷劑冷卻液化，如右圖所示：用丙烷按3個溫度等級先將原料冷至-40℃；然后兩級混合制冷將天然氣冷卻到-160℃。液化過程換熱溫差大大降低，埇效率較高，目前應用廣泛。圖10－5為這一工藝的流程圖,5. 有冷劑預冷的混合冷劑制冷循環(huán),,,這種有

10、丙烷預冷的混合冷劑制冷循環(huán)是目前廣泛采用的—種方法，其效率幾乎接近階式制冷循環(huán)，且流程簡單，因而是今后的發(fā)展力方向。80年代后期新建和擴建的裝置幾乎無例外地采用此方法(現占有LNG裝置的一半），此為Linde公司專利流程。 有預冷的混合冷劑循環(huán)的關鍵設備是混合冷劑壓縮機、預冷系統和換熱器等,以獨立的制冷系統(如N2或N2一CH4混合氣體膨脹制冷循環(huán)等)提供冷量，從而使天然氣冷卻液化。 優(yōu)點：系統簡單，體積小，操作方便，對

11、原料氣組分變化適應性強，液化率高，原料氣預處理量少，一般用于小型LNG裝置； 缺點：能耗高。需配備氮氣供應系統。 關鍵設備：氮氣壓縮機、透平膨脹機、換熱器、制氮或儲氮設備。,6. 以低溫制冷機為冷源的制冷循環(huán),三、天然氣液化工藝中的主要設備,主要設備：壓縮機組，換熱器。共占LNG裝置總投資的80％左右。 常用的壓縮機有兩類：離心式壓縮機和軸流式壓縮機。軸流式壓縮機自80年代開始用于LNG裝置，它的優(yōu)點是效率高、功

12、率大、投資省，故目前應用較多。大中型LNG裝置的壓縮機采用的驅動機有兩種；蒸汽輪機和燃氣輪機，后者效益更好。 換熱器：繞管式(纏繞管式)換熱器、板翅式換熱器，目前多用后者。 LNG裝置的發(fā)展方向：進一步簡化工藝與設備，提高操作的靈活性，降低LNG單位能量能耗，采用高效的關鍵設備(壓縮機、膨脹機和換熱器)，減少一次性投資費用。,第三節(jié) 天然氣提氦,氦的性質與用途天然氣中氦的含量天然氣提氦技術及發(fā)展林德循環(huán)提氦工藝,

13、一、氦的性質與用途,氦是稀有惰性氣體，它具有擴散性強、導熱性好、密度低、常壓沸點(4K)接近絕對零度且無放射性等特點。因此，氦氣被大量用于低溫超導、核反應堆、航天、合成呼吸氣及特殊金屬冶煉等尖端科學及軍事領域。,二、天然氣中氦的含量,目前，世界上生產的氦氣主要來源于含氦天然氣，根據天然氣氦含量的多少，可將它分為富氦天然氣和貧氦天然氣兩類。將氦含量大于0.1％（x）的天然氣稱為富氦天然氣；將氦含量小于0.01％（x）的天然氣稱為貧氦天然氣

14、。由丁大氣中的氦含量是5.4×10-6，因此，即使目前認為無經濟價值的貧氦天然氣，其氦含量也比大氣沖含量高兩個數量級。 我國迄今只有四川威遠氣田天然氣中含有約0.2％～0.3％（x)的氦。,三、天然氣提氦技術及發(fā)展,從天然氣提氦工藝的發(fā)展過程來講，至今已經歷了三個階段，即：典型的林德節(jié)流循環(huán)工藝階段、新工藝引入階段、非燃料型天然氣提氦階段。從分離原理上講，天然氣提氯方法又可分為深冷法、膜分離法和變壓吸附法(PSA)等

15、 目前，大多數天然氣提氦工藝仍采用深冷法。,四、林德循環(huán) 提氦工藝,氦沸點：-268.9℃；氮沸點：-195.8 ℃；甲烷沸點：161.49 ℃,第四節(jié) 壓縮天然氣,CNG用作汽車燃料的特點CNG的生產及加氣站的構成,概 述,壓縮天然氣(CNG)的主要用途是作汽車燃料，故也將其稱為汽車用壓縮天然氣。隨著社會的不斷發(fā)展，在車用燃料方面，以下兩個方面的問題將日漸突出： ①隨著原油資源的不斷減少，車用燃料價格將越來

16、越貴； ②空氣中60％的污染來自于汽車尾氣，隨著汽車數量的增加，其尾氣排放物對城市大氣的污染越來越嚴重。 因此一直不斷探尋符合環(huán)保要求的汽車替代燃料，主要包括：LPG、CNG、LNG、甲醇、電力、太陽能、氫氣等。其中CNG技術成熟、安全可靠、經濟可行，因而發(fā)展最快。近年來，我國汽車用壓縮天氣的發(fā)展也很迅速。,與汽油相比．CNG用作車用燃料有以下優(yōu)點： ①研究法辛烷值高達100以上，抗爆性能強，發(fā)動機噪音降低40％

17、； ②CNG是氣態(tài)，它與空氣混合均勻，燃燒完全，氣缸不積炭，發(fā)動機磨損少，大修時間可延長1.5倍，提高效率10％以上； ③發(fā)動機排出的廢氣中，CO2減少24％，CO減少97％，烴類化合物減少72％，NOX減少39％，SO2減少90％，苯、鉛含量減少100％，顆粒雜質減少41.67％； ④進入發(fā)動機氣缸內的氣態(tài)天然氣，對潤滑油無沖刷稀釋作用，故可節(jié)省潤滑油； ⑤汽車發(fā)動機的壓縮比從7增加到l0～12。發(fā)動機

18、的效率可提高25％ ～30％； ⑥燃料費僅為汽油汽車的2／3，維修費可降低30％。,一、CNG用作汽車燃料的特點,二、CNG的生產及加氣站的構成,生產CNG一般需要的工序是： ①脫水，CNG的水露點應符合我國汽車用壓縮天然氣的質量要求或水露點為-65℃～-76 ℃ ； ②用壓縮機將天然氣壓力增加到20MPa以上。 天然氣中的CO2一般不需脫除，如H2S含量不符合要求，尚需脫硫以防腐蝕。 一個標準的