液化天然气装置的液化工艺选择

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液化天然气装置的液化工艺选择

时间：2018-10-09 16:22 来源：

随着全球液化天然气（LNG）贸易的快速发展，液化工艺的选择存在挑战性，尤其是液化天然气项目的关键因素变得越来越重要，选择更具通用性且成本效益较好的液化技术，以满足严格的环保排放标准的要求，是新项目的重点所在。近年来，由于液化装置的液化工艺选择对较大运载能力和可重复性的潜在经济性极为关注，且一些大型设施使用多个小运载能力组合的解决方案，基础液化天然气装置的液化工艺选择研究在范围上有突破。因此，本文介绍了 LNG 生产装置的概况，并对最常见的液化天然气液化的基础设施进行了分析。

LNG 装置概况

在典型的 LNG 生产装置中，现场生产流体首先在入口接收设施中分离，其去除烃液体（冷凝物）和水相，并将原料气体路径转到处理路径。随后，对气体进行预处理，以除去任何干扰液化过程的杂质或在最终产品中不需要的杂质。所要满足的要求是将硫化氢去除到低于4ppm，二氧化碳为 50ppm，总硫30ppm 以下，水到 0.1ppm，汞为0.01mg/nM3.2。

天然气凝析液 (natural gasliquids, NGL) 也从冷冻干燥天然气中除去，以满足 LNG 产品的BTU 要求，并防止液化装置中的设备冻结和随后堵塞。剩余的气体主要由甲烷组成，含有小 0.1 mol% 的戊烷和较重的烃，在深冷段中进一步冷却至约160℃（-256 ℉），并被完全液化。对于含氮（N2）含量大于 1mol%的进料气体，N 2 将通过在 LNG 生产装置中的附加处理进行除去，以防止在运输过程中转换。通过调整所产生的末端闪蒸气体的数量，可以满足规范的要求。

天然气液化

厂装置根据其规模和功能可分为基础设施、中型、调峰和小型装置。基础设施通常由一个或多个装置组成，通过海洋运输将天然气作为液化天然气供应给消费国家。在过去的 40 年里，基础设备的液化装置规模稳步增加，容量超过 4MtPy，如 7.8MMtpy 的单个装置正在卡塔尔进行工作。大型单独的 LNG 装置往往会降低总的单位生产成本，有助于使新建项目和棕地项目在市场上更具竞争力。

为了充分认识这些大型装置的成本优势，必须使装置保持高的可靠性和可用性。此外，设计必须是稳健的，并且应反映小型装置的设备数量，以确保实现规模经济。天然气液化液化技术以制冷循环为基础，采用热、预处理的进料气体，并通过低温换热器将其冷却成液体产物。为了产生 LNG 生产所需的低温，工作必须通过压缩进入制冷循环，且必须通过空气或水冷却器将热量从循环中排除到环境中。

使用制冷剂冷却和液化气体的基本原理是尽可能紧密地匹配进料气体和制冷剂的冷却 / 加热曲线，这会使更高效的液化过程，要求每单位 LNG 产生低的功率消耗。观察典型的气体液化过程的冷却曲线，可以看到三个区域（预冷、液化和过冷结束）。这些区域的特征是沿着该过程具有不同的曲线斜率或特定的热。所有 LNG 工艺都是为了接近液化气体的冷却曲线而设计的。这是通过使用混合（多组分）制冷剂，多组分和单组分制冷剂循环的组合，或多个单一制冷剂，将匹配液化过程的不同区域 / 阶段的冷却曲线，以实现高制冷效率。

NCY 并尽量减少能耗，同时保持制冷级的数量合理。对于已经开发的许多液化过程来说，主要的区别在于所使用的制冷循环类型。这些过程大致分为两组：混合制冷剂过程和级联液化过程（使用纯组分作为制冷剂）。这里不考虑基于膨胀的过程，因为这些通常用于小型 LNG、调峰和浮动LNG（FLNG）。典型的级联液化过程减少了不可逆的热交换损失，通过利用含有制冷剂在不同恒定温度下蒸发的几种制冷循环。级联循环在操作上是灵活的，因为每个制冷剂回路可以单独控制，这避免了需要用制冷剂组合物追踪进料组合物或接触风险曲线。然而，级联技术的缺点是与设备计数相关的资本投资相对较高。

设备数量与总投资成本之间的关系并不总是直接的。混合制冷剂（MR）循环涉及使用精心选择的制冷剂混合物（通常是轻烃和 N 2 的混合物）连续冷却天然气流，可以模拟天然气从环境到低温的冷却曲线。相关人员已经评估了基于单混合制冷剂（SMR）和双混合制冷剂（DMR）循环的陆上液化技术。SMR 工艺除了降低设备计数外，还具有操作简单和灵活性的好处。

然而，它比 DMR 循环的效率低，这更好地将整个混合制冷剂沸腾曲线与进料冷凝曲线相匹配。多种具有混合制冷剂的一个或两个循环的双级冷却循环已经得到开发。丙烷预冷混合制冷剂（C 3 MR）循环是应用最广的液化技术，与SMR 和基于膨胀机的系统相比，具有更有效的设备设计和更低的功率。与简单的配置相比，这种修改的缺点是较高的工艺复杂性和更高的处理设备计数。

用于基础设施的技术

大多数 LNG 装置的基础设施具有两个或三个制冷回路，在较宽的温度范围内冷却液化天然气流。对于这些过程中的每一个过程，在过程的配置中存在若干选项，这些选项将影响容量和整体吸引力。过程中的这些变化来自特定的燃气轮机驱动装置和低温换热器。丙烷预冷混合制冷剂（C 3 MR）工艺。

这种液化循环由空气产品和化学品公司（APCI）开发，由多级丙烷（C 3 ）预冷系统组成，接着使用氮气、甲烷、乙烷和丙烷的 MR系统进行液化。APCI C 3 MR 工艺，其热效率超过 93%，是专有的螺旋缠绕式热交换器（SWWE）。使用并联制冷剂压缩机 / 驱动装置来设计大于 5MtPy 的大容量装置，虽然增加了设备的数量，但也减少了设备的规模，因此可以刺激设备供应商之间的竞争。

此外，LNG 装置可以使用并行压缩机流，有效性可高达 95%。优化的级联工艺。优化的级联过程，由康菲公司提供，使用多个丙烷、乙烯和甲烷制冷回路来平衡制冷负荷。这个过程围绕着“两装置合一 ”（two-train-in-one）的概念来设计，以提高可靠性。最为显著的特点是具有平行的压缩线和 Frame 5 变速燃气轮机。这将产生较高的有效性，且容易操作。混合流体级联（MFC）过程。这项技术由 LIDE/StATORE 技术联盟开发，是一个典型的级联过程，通过三个独立的 MR 循环，来预冷、液化和冷却天然气。与级联相比，效率较高，因为 MRS 允许更接近温度的方法。然而，在所有三个循环中，功率不同，与级联过程不同。

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