天然气液化流程工艺优化研究

摘要：本文论述了目前国内外液化天然气设备，根据不同的制冷剂，膨胀制冷循环可分为：氮膨胀制冷循环，氮甲烷气体膨胀制冷循环，天然气膨胀制冷循环。和制冷循环和混合制冷剂制冷循环过程，氮膨胀循环的过程非常简单，紧凑，成本低。启动快，热启动从2开始4小时得到全负荷，操作灵活，适应性强，容易操作和控制，安全性好，不会引起火灾或爆炸。

关键词：天然气 液化流程 氮-甲烷制冷

液化设备系统主要包括净化系统，液化系统和存储系统。工艺流程过程优化，主要体现在：在制冷模式优化和存储方式的优化，下面对制冷模式优化进行分析比较。

一、天然气液化装置的国内外现状

天然气的主要成分是甲烷，甲烷常压沸点- 161℃，临界温度-84℃，临界压力4.1mpa。液化天然气液化天然气的简称是LNG，它是天然气净化后（脱水，烃，去除酸性气体去除后的

），采取气体扩张和外部冷源制冷技术使甲烷转化成液体形式。

1、国外液化装置现状

国外液化装置规模大，工艺复杂，设备，投资高，基本采用制冷和混合制冷剂的制冷技术，目前两者在运作，新的生产设计主要是混合制冷剂制冷技术，研究的主要目的是降低能源消耗的液化。从制冷的制冷工艺改为混合制冷剂循环，有报道和Ⅱ- 2新技术，该技术具有纯组分环，如简单，无相分离和容易控制，和混合制冷剂循环的优点，如天然气和制冷剂的制冷温度的少，效率高，设备简单等。

2、国内液化装置现状

与国外的情况进行比较，我们发现不同的是，国内天然气液化的研究都是以小规模的液化技术为目标，下面对国内现有的天然气液化装置技术进行简介。

（1）四川液化天然气装置

由中国科学院北京分公司天然气液化技术和四川简阳市科阳制冷设备公司合作研制的300 L /小时天然气液化装置，是使用液化天然气的工业及民用燃气调峰，以气代油示范项目。该设备建于主要致力于天然气汽车研究。

该装置充分利用天然气压力，燃气涡轮膨胀机制冷液化天然气，用于民用天然气调峰或液化天然气生产，工艺合理，使用天然气透平膨胀机，更先进的技术。该装置不消耗水，电，属节能项目，但液化率很低，约10%，这是符合其设计原理。

（2）吉林油田液化天然气装置

通过吉林油田，中国石油天然气总公司和中科院低温中心共同开发500 /小时橇装工业试验装置在整体试车成功后，该装置采用氮作为制冷剂膨胀循环过程，整个装置由10个撬块，所有设备的国产化。该装置采用气体轴承透平膨胀机国产分子筛；深去除天然气水和二氧化碳，工艺流程简单，橇装结构，符合一个小装置的特点。纯氮作为制冷剂，制冷剂膨胀循环功率比高。没有充分利用天然气压力，气体在中压下（约5.0mpa）（高压力下液化液化氮制冷温度可以增加，可以减少制冷负荷），使该装置能耗比较大。

（3） 陕北气田液化天然气

在陕北气田天然气液化示范工程是我国液化天然气工业发展试点项目，也是中国第一家小型液化天然气工业化装置。该装置采用气体膨胀制冷循环，低温甲醇洗和分子筛干燥的原料气净化，气波制冷机和透平膨胀机结合低温制冷，燃气发动机为动力源使用循环压缩机，内燃机尾气作为热源加热分子筛再生。设备全部国产化。成功操作装置中的我国边远油田上使用的天然气生产液化天然气提供了经验。

二、天然气液化流程工艺优化

根据制冷剂的不同，膨胀机制冷循环可分为：氮膨胀机制冷循环、氮-甲烷膨胀机制冷循环、天然气膨胀制冷循环。

1、氮气膨胀循环流程

和制冷循环和混合制冷剂制冷循环过程，氮膨胀循环的过程非常简单，紧凑，成本低。启动快，热从2开始4小时得到全负荷，操作灵活，适应性强，容易操作和控制，安全性好，不会引起火灾或爆炸通风。制冷剂用单组分气体，从而消除混合制冷剂的制冷循环的过程，分离和储存的制冷剂的麻烦，也避免了由此带来的安全问题，使液化工艺更加简化紧凑。但能量比混合制冷剂液化流程高出40%左右。

2、N2-CH4膨胀机制冷循环

最好降低功耗的膨胀制冷循环的方式，是采用N2-CH4双组分混合气体代替纯氮气，研发了N2-CH4膨胀制冷循环。和混合制冷剂循环相比，N2-CH4膨胀制冷循环的起动时间短，工艺简单，易于控制，测量和计算制冷剂等。同时由于减少了冷端传热温差，它比纯氮膨胀制冷循环，节省能耗，但投资较高。

N2-CH4膨胀制冷循环液化天然气液化过程的系统和N2-CH4膨胀制冷系统在不同的地方。在天然气液化系统，经过预处理装置酸气，脱水后的天然气，预冷器冷却后，气液分离器分离重碳氢化合物，气相部分进入液化液化，过冷器冷，节流后加入液化天然气储罐。

在N2-CH4制冷系统，制冷剂N2-CH4循环压缩机及压缩机（压缩机压缩制动）的工作压力，水冷却器冷却，冷却到预冷器入口温度膨胀机。一部分制冷剂进入膨胀机膨胀循环压缩机入口压力，和胃食管反流混合制冷剂循环液化，作为冷源，膨胀的能量用来驱动压缩机的制冷剂；另一部分通过液化和过冷器冷凝器和冷却，节流阀节流冷却回流冷却器的冷却能力，太。

膨胀机制冷流程中，由于换热器的传热温差很大，可采用预冷的方法对制冷剂和天然气进行预冷，则液化过程的能耗可大幅度降低。

三、结束语

从以上的比较表明，级联循环制冷能耗最低，效率高，但系统的复杂程度最高，所以复叠制冷循环逐渐取代混合制冷剂的制冷循环。带膨胀机的制冷循环是复杂度最低，但最高能耗，运行成本高，经济不好，并利用高速旋转机械，可靠性低，和其他制冷循环比没有优势。和混合制冷剂的制冷循环的优点在于工艺简单，适应性强，易操作，通过比较来看能耗较低，是广泛地用于工程中，因此建议使用混合制冷剂的制冷循环过程。

参考文献

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