海南小型LNG工厂液化工艺方案特点Word格式文档下载.docx
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C2H6
C3H8
iC4H10
nC4H10
iC5H12
CO2
N2
H2O
73.8800
18.6700
0.4300
0.0040
0.0022
0.0010
5.8600
1.1500
饱和
2.2天然气预处理系统
天然气预处理工艺主要是脱除原料气中所含的固体杂质、酸性气体（CO2、H2S）、水和重烃。
天然气液化时，对其杂质含量的控制指标是：
要求CO2含量小于50×
10-6mg/m3，H2S含量小于5×
10-6mg/m3，水含量小于0.1×
10-6mg/m3，重烃含量小于70×
10-6mg/m3。
因此，天然气预处理工艺包括原料气分离过滤、脱酸性气体和脱水等。
2.2.1原料气分离过滤、增压
原料天然气首先进入原料天然气分液罐，将输送过程中所产生的液体从原料天然气中除去。
除去液体后的天然气进入原料气过滤器进一步过滤，将粒径大于5μm的液体和固体除去，以避免液体（重烃）被带入增压机，对增压机造成损坏。
过滤后的天然气进入增压机压缩到5.9MPa，然后经冷却器冷却至35℃后进入净化单元。
原料天然气分液罐分出的凝液排入凝液储罐。
2.2.2脱酸性气体
天然气中通常含有CO2、H2S和有机硫化物，通称为酸性气体。
这些酸性气体杂质会造成腐蚀、污染环境，在低温过程中结冰堵塞仪表和管线，当天然气作为化工原料时，它们还会导致催化剂中毒，影响产品质量，因此需要把气体中的酸性气体含量脱除到标准要求的规格。
海南LNG工厂原料气中只含有CO2，不含H2S和有机硫化物，因而只考虑脱除CO2。
天然气脱CO2通常有3种方法：
化学吸收法、物理吸收法和氧化还原法。
目前，国内外天然气脱CO2通常采用的化学吸收法。
化学吸收法是以可逆的化学反应为基础，以碱性溶剂为吸收剂脱除CO2，溶剂与原料气中的CO2反应而生成化合物；
吸收了CO2的富液在升高温度、降低压力的条件下又能分解而放出CO2，从而实现溶剂的再生。
最具代表性的是碱性溶液法和醇胺法。
其中醇胺法是天然气脱CO2工业上最基本的技术路线。
二甘醇胺（DGA）腐蚀性小、再生耗热少，故海南LNG工厂天然气净化方案选择DGA脱除CO2。
2.2.3脱水
天然气脱水按原理可分为冷冻分离、固体干燥剂吸附和溶剂吸收3大类。
冷冻分离主要用于避免天然气在温度低时出现水合物，然而它所允许达到的低温是有限的，不能满足天然气液化的要求；
溶剂吸收通常包括浓酸（一般是浓磷酸等有机酸）、甘醇（常用的是三甘醇）等，但这些方法脱水深度较低，不能用于深冷装置；
固体干燥剂脱水法常见的是硅胶法、分子筛法或这两种方法的混合使用。
因此，为了避免天然气在低温下出现冻堵，海南LNG工厂采用了4A分子筛作为脱水介质。
脱水部分设两台千燥器切换操作，其中一台脱水，另一台再生。
2.2.4天然气预处理系统工艺流程
天然气预处理系统包括过滤分离、增压、二甘醇胺（DGA）脱CO2和分子筛干燥部分。
流程简图见图1。
2.2.5预处理系统模拟计算
采用HYSYS油气加工流程模拟系统对天然气预处理系统进行流程模拟计算，通过计算机模拟，得到天然气预处理系统各物流节点的设计参数。
2.2.6CO2吸收塔参数分布
CO2吸收塔内各物流参数如表2所示。
表2CO2吸收塔内各物流参数表
塔板数
压力/kPa
温度/℃
气相流量/kmol·
h-1
液相流量/kmol·
1
5861
43.1
471.3
432.7
2
5730
48.4
472.8
433.9
3
5780
56.8
475.6
435.5
4
5830
68.7
480.8
438.3
5
5880
80.3
488.1
443.5
6
5930
79.7
495.4
450.7
2.2.7
富液再生塔参数分布
再生塔塔内各物流参数如表3所示。
表3再生塔内各物流参数表
位置
塔顶酸气
100
97.8
413.3
冷凝器
97.6
826.6
塔板1
98.8
1240.0
827.9
塔板2
102
99.4
1241.0
828.3
塔板3
104
100.0
1242.0
818.3
塔板4
107
101.0
塔板5
109
109.0
1232.0
612.3
塔板6
111
173.0
1026.0
842.2
塔板7
113
220.0
983.0
993.0
塔板8
116
224.0
911.0
1015.0
塔板9
118
225.0
933.0
1018.0
塔板10
120
226.0
936.0
1022.0
塔板11
940.0
81.8
塔底贫液
81.7
2.2.8闪蒸罐计算
DGA出CO2吸收塔，经过节流膨胀，成为气液混合状态，闪蒸罐各物流参数见表4，分离器的进口压力为400kPa，温度为79.7℃。
表4等温闪蒸罐物流参数表
组成
进料组成/mol%
进料量/kmol·
气相组成/mol%
液相组成/mol%
C1
0.0062×
10-1
3.0545×
7.2504×
0.2844
0.0043×
10-2
0.0210
C2
0.0012×
0.0609
1.4523×
0.0569
0.0008×
0.0039
C3
0.0002×
0.0096×
0.0234×
0.0091×
0.0051×
C4
0.0099×
10-4
0.0003×
0.0068×
10-6
iC4
0.0053×
0.0001×
0.0036×
iC5
0.0031×
0.0029×
7.8202×
387.4600
0.0975
0.0380
0.7826
387.420
0.5226×
25.8520
0.2298×
0.0090
0.0522
25.8430
0.0006×
0.0027
0.0068
0.0011×
DGA
1.6505×
81.7790
1.6519×
10-10
81.7900
2.3天然气液化系统工艺
天然气液化流程的选择是一个至关重要的技术、经济问题[5]。
天然气液化流程设备的投资占LNG工厂总投资的30%左右，而不同的天然气液化流程在能耗上有很大的差距。
因此，天然气液化流程需综合考虑投资、能耗、可靠性、安全性及使用环境等因素进行抉择。
2.3.1氮气二级膨胀液化工艺方案
海南LNG工厂天然气液化系统采用氮气二级膨胀制冷工艺，液化过程由天然气液化、氮气膨胀制冷循环、储存等3大部分组成。
具体流程如图2所示。
从分子筛干燥单元出来的净化气（40℃）进入液化单元。
在冷箱中，净化气被冷却，甲烷在重烃分液罐与其他重组分分离。
分离出的重组分进入重烃储存部分，而分离出的甲烷重新进入冷箱进一步冷却并液化，然后将液体甲烷送至LNG储罐中。
天然气液化采用氮气二级膨胀制冷工艺。
N2首先通过N2压缩机
（1）一级压缩并冷却，再通过N2压缩机
（2）二级压缩并冷却，又通过两个膨胀/压缩机进一步压缩并冷却，然后N2流经冷箱的C股物流通道被冷却，进入一级膨胀机膨胀，然后流经冷箱的D股物流通道被冷却，进入二级膨胀机，进一步膨胀得到低温N2，低温N2作为冷源进入冷箱为天然气制冷。
N2出冷箱后重新进入N2压缩机进行循环。
净化气被100%液化，在储存压力0.45MPa的条件下，过冷至饱和点以下，LNG以饱和状态进入LNG储罐，罐内无闪蒸（但热泄漏会导致闪蒸气体的产生），在非正常操作中，闪蒸气体可用作燃料。
2.3.2氮气二级膨胀液化工艺模拟
利用HYSYS程序对氮气膨胀液化方案进行了模拟计算，通过计算机计算出了氮气膨胀制冷主要节点物流参数，如表5所示。
表5氮气膨胀制冷主要物流节点参数表
物流号
压力/MPa
流量/kmol·
40.0
5.681
433.1
-36.1
5.667
0.0
-146.1
5.647
-144.1
0.450
7
37.0
0.448
2018.0
8
152.0
1.103
9
1.076
10
138.4
2.344
11
2.299
12
77.6
3.149
13
3.121
14
104.5
5.204
15
5.166
16
17
-2.0
5.149
18
-74.4
1.551
19
-103.8
1.538
20
-148.4
0.483
根据已知参数，得到整个天然气液化流程的模拟结果如下：
制冷剂（N2）的流量为2018kmol/h，两台压缩机（图2中的压缩机1、2）的功耗为3567kW，水冷换热器分别带走的热量为6.742×
106kJ/h、2.036×
106kJ/h、3.539×
106kJ/h、5.973kJ/h，总热量为18.29×
106kJ/h，多股流换热器中天然气得到的冷量分别为1.86×
106kJ/h、4.606×
106kJ/h，天然气液化率为100%。
2.4装置性能考核结果
海南LNG工厂采用了氮气二级膨胀制冷工艺，天然气液化装置于2005年3月成功投运。
现场性能考核表明：
该天然气液化装置工艺设计合理，工艺路线可行，工艺技术指标均达到了设计要求。
3结论
海南LNG工厂在国内首次利用氮气二级膨胀液化工艺，为此讨论了其天然气净化、液化系统技术方案的制订，设计了工艺流程，并对天然气净化系统DGA脱酸工艺和天然气液化系统的氮气二级膨胀液化工艺进行了模拟计算，得到各物流节点的设计参数，计算出了流程中压缩机能耗、制冷剂流量、各换热器的换热量。
经考核，该天然气净化、液化装置工艺技术运用合理，工艺路线可行，工艺技术指标均达到了设计要求，为国内小型LNG工厂提供了一种新的天然气液化工艺。
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