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(shù)開發(fā)成功； 1942年在美國(guó)的克利夫蘭建成了世界上第一座工業(yè)規(guī)模的LNG生產(chǎn)裝置； 1959年第一艘LNG運(yùn)輸船“甲烷先鋒”號(hào)跨海運(yùn)輸，這是世界第一次實(shí)現(xiàn)液化天然氣跨海運(yùn)輸。 1975世界天然氣液化裝置達(dá)150多套（來(lái)往于中東、西歐、日本和美國(guó)之間）。,第一節(jié) 天然氣液化的發(fā)展概述,天然氣長(zhǎng)距離輸送

2、的缺點(diǎn)是阻力損失大，投資高，適合平原地區(qū)；對(duì)于地形復(fù)雜，大海阻隔地區(qū)，適用于液態(tài)運(yùn)輸，因?yàn)?25m3/1m3液體。因此，天然氣液化技術(shù)也是天然氣加工的主要內(nèi)容之一。,一、天然氣液化技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史,在LNG長(zhǎng)距離運(yùn)輸方面發(fā)展十分迅速。目前，世界天然氣貿(mào)易量的1/3是以LNG的方式成交。 我國(guó)從90年代開始陸續(xù)建成了幾套生產(chǎn)LNG的調(diào)峰型工業(yè)試驗(yàn)裝置，為解決我國(guó)沿海一帶的能源短缺問(wèn)題，計(jì)劃今后從外國(guó)進(jìn)口一部分LNG。

3、因此，今后我國(guó)的LNG工業(yè)將會(huì)有較大的發(fā)展。 據(jù)2003年最新報(bào)道，美國(guó)亞美國(guó)際投資集團(tuán)與濮陽(yáng)民營(yíng)企業(yè)雙杰油水井技術(shù)服務(wù)有限公司將共同投資６５００萬(wàn)美元在濮陽(yáng)建設(shè)全國(guó)最大的液化天然氣（ＬＮＧ）生產(chǎn)基地 ，將在４年內(nèi)全部完成 。項(xiàng)目全部建成后，其優(yōu)質(zhì)液化天然氣將極大地緩解我國(guó)中西部地區(qū)工業(yè)及民用天然氣嚴(yán)重缺乏的局面。 另?yè)?jù)報(bào)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(jìn)入環(huán)評(píng)階段。該項(xiàng)

4、目一期工程年轉(zhuǎn)接LNG300萬(wàn)噸，二期工程年轉(zhuǎn)接LNG500萬(wàn)噸。 計(jì)劃氣源來(lái)自與伊朗和俄羅斯。,,①基本負(fù)荷型：液化能力大，貯存能力也較大。以生產(chǎn)大量LNG供應(yīng)用戶或出口為目的。 ②調(diào)峰型：將平時(shí)管輸來(lái)的相對(duì)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(fù)荷型工廠運(yùn)來(lái)的LNG，將其儲(chǔ)存和再汽化后分配給用戶，其特點(diǎn)是液化能力小(主要是將儲(chǔ)罐蒸發(fā)出天然

5、氣再液化)。而再氣化能力及儲(chǔ)罐容量很大。,二、LNG生產(chǎn)裝置分類,第二節(jié) 天然氣液化工藝,原料氣的預(yù)處理天然氣液化原理與工藝天然氣液化工藝中的主要設(shè)備,一、原料氣的預(yù)處理,原料預(yù)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(duì)設(shè)備有腐蝕作用，用胺法脫除； COS：防止與水反應(yīng)生成H2S、 CO2，也是用胺法脫

6、除之； Hg：對(duì)鋁制換熱器有腐蝕作用，用可再生的HgSIV吸附劑脫除； N2：會(huì)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(jù)焦耳一場(chǎng)姆遜效應(yīng)，使壓力氣體通過(guò)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(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少，缺點(diǎn)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(shí)氣體有壓差可供

7、利用的小型LNG裝置中。 2. 膨脹機(jī)制冷循環(huán) 即將高壓天然氣通過(guò)膨脹機(jī)膨脹，對(duì)外輸出功，同時(shí)使氣體自身冷卻和液化。膨脹機(jī)制冷循環(huán)由于操作比較簡(jiǎn)單，投資適中，特別適合于液化能力較小的調(diào)峰LNG裝置,這種循環(huán)是使天然氣在多個(gè)溫度等級(jí)的制冷介質(zhì)中分別與相應(yīng)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(diǎn)：機(jī)組多、流程復(fù)雜、冷劑用量大、需要專門生產(chǎn)和儲(chǔ)存各種冷劑的設(shè)備、管道和控制系統(tǒng)

8、復(fù)雜、維修不便。因此．這種循環(huán)在70年代曾廣泛使用，現(xiàn)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(diǎn)與原料氣換熱，使其冷卻和液化。在換熱過(guò)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(diǎn)：能耗低、液化率高(達(dá)90％)、技術(shù)成熟、制冷循環(huán)與天然氣液化系統(tǒng)各自獨(dú)立、操

9、作穩(wěn)定；,優(yōu)點(diǎn)：只需一臺(tái)混合制冷劑壓縮機(jī)，流程簡(jiǎn)單，投資比階式制冷少15％～20％，管理方便。缺點(diǎn)：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(yù)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(gè)溫度等級(jí)先將原料冷至-40℃；然后兩級(jí)混合制冷將天然氣冷卻到-160℃。液化過(guò)程換熱溫差大大降低，埇效率較高，目前應(yīng)用廣泛。圖10－5為這一工藝的流程圖,5. 有冷劑預(yù)冷的混合冷劑制冷循環(huán),,,這種有

10、丙烷預(yù)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(jiǎn)單，因而是今后的發(fā)展力方向。80年代后期新建和擴(kuò)建的裝置幾乎無(wú)例外地采用此方法(現(xiàn)占有LNG裝置的一半），此為L(zhǎng)inde公司專利流程。 有預(yù)冷的混合冷劑循環(huán)的關(guān)鍵設(shè)備是混合冷劑壓縮機(jī)、預(yù)冷系統(tǒng)和換熱器等,以獨(dú)立的制冷系統(tǒng)(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(diǎn)：系統(tǒng)簡(jiǎn)單，體積小，操作方便，對(duì)

11、原料氣組分變化適應(yīng)性強(qiáng)，液化率高，原料氣預(yù)處理量少，一般用于小型LNG裝置； 缺點(diǎn)：能耗高。需配備氮?dú)夤?yīng)系統(tǒng)。 關(guān)鍵設(shè)備：氮?dú)鈮嚎s機(jī)、透平膨脹機(jī)、換熱器、制氮或儲(chǔ)氮設(shè)備。,6. 以低溫制冷機(jī)為冷源的制冷循環(huán),三、天然氣液化工藝中的主要設(shè)備,主要設(shè)備：壓縮機(jī)組，換熱器。共占LNG裝置總投資的80％左右。 常用的壓縮機(jī)有兩類：離心式壓縮機(jī)和軸流式壓縮機(jī)。軸流式壓縮機(jī)自80年代開始用于LNG裝置，它的優(yōu)點(diǎn)是效率高、功

12、率大、投資省，故目前應(yīng)用較多。大中型LNG裝置的壓縮機(jī)采用的驅(qū)動(dòng)機(jī)有兩種；蒸汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)，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(jìn)一步簡(jiǎn)化工藝與設(shè)備，提高操作的靈活性，降低LNG單位能量能耗，采用高效的關(guān)鍵設(shè)備(壓縮機(jī)、膨脹機(jī)和換熱器)，減少一次性投資費(fèi)用。,第三節(jié) 天然氣提氦,氦的性質(zhì)與用途天然氣中氦的含量天然氣提氦技術(shù)及發(fā)展林德循環(huán)提氦工藝,

13、一、氦的性質(zhì)與用途,氦是稀有惰性氣體，它具有擴(kuò)散性強(qiáng)、導(dǎo)熱性好、密度低、常壓沸點(diǎn)(4K)接近絕對(duì)零度且無(wú)放射性等特點(diǎn)。因此，氦氣被大量用于低溫超導(dǎo)、核反應(yīng)堆、航天、合成呼吸氣及特殊金屬冶煉等尖端科學(xué)及軍事領(lǐng)域。,二、天然氣中氦的含量,目前，世界上生產(chǎn)的氦氣主要來(lái)源于含氦天然氣，根據(jù)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(rèn)為無(wú)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的貧氦天然氣，其氦含量也比大氣沖含量高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。 我國(guó)迄今只有四川威遠(yuǎn)氣田天然氣中含有約0.2％～0.3％（x)的氦。,三、天然氣提氦技術(shù)及發(fā)展,從天然氣提氦工藝的發(fā)展過(guò)程來(lái)講，至今已經(jīng)歷了三個(gè)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(shù)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(diǎn)：-268.9℃；氮沸點(diǎn)：-195.8 ℃；甲烷沸點(diǎn)：161.49 ℃,第四節(jié) 壓縮天然氣,CNG用作汽車燃料的特點(diǎn)CNG的生產(chǎn)及加氣站的構(gòu)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(huì)的不斷發(fā)展，在車用燃料方面，以下兩個(gè)方面的問(wèn)題將日漸突出： ①隨著原油資源的不斷減少，車用燃料價(jià)格將越來(lái)

16、越貴； ②空氣中60％的污染來(lái)自于汽車尾氣，隨著汽車數(shù)量的增加，其尾氣排放物對(duì)城市大氣的污染越來(lái)越嚴(yán)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(yáng)能、氫氣等。其中CNG技術(shù)成熟、安全可靠、經(jīng)濟(jì)可行，因而發(fā)展最快。近年來(lái)，我國(guó)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(diǎn)： ①研究法辛烷值高達(dá)100以上，抗爆性能強(qiáng)，發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)磨損少，大修時(shí)間可延長(zhǎng)1.5倍，提高效率10％以上； ③發(fā)動(dòng)機(jī)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(zhì)減少41.67％； ④進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的氣態(tài)天然氣，對(duì)潤(rùn)滑油無(wú)沖刷稀釋作用，故可節(jié)省潤(rùn)滑油； ⑤汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比從7增加到l0～12。發(fā)動(dòng)機(jī)

18、的效率可提高25％ ～30％； ⑥燃料費(fèi)僅為汽油汽車的2／3，維修費(fèi)可降低30％。,一、CNG用作汽車燃料的特點(diǎn),二、CNG的生產(chǎn)及加氣站的構(gòu)成,生產(chǎn)CNG一般需要的工序是： ①脫水，CNG的水露點(diǎn)應(yīng)符合我國(guó)汽車用壓縮天然氣的質(zhì)量要求或水露點(diǎn)為-65℃～-76 ℃ ； ②用壓縮機(jī)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)的