液化天然气工厂生产装置及工艺技术研究论文

2021-04-12 论文

　　摘要：为了满足液化天然气工厂的可持续发展要求，本文将从概况、工艺技术分析、LNG工厂主要设备这三方面入手，就这类工厂的工艺装置展开论述。

　　关键词：液化天然气工厂;生产装置;工艺技术;可持续发展

　　1概况

　　卤阳湖LNG工厂属于基本负荷型液化天然气工厂。日处理天然气30×104m3，LNG日平均产量197.8t，装置正常生产的波动范围为50～110%，LNG储罐的容积为5000m3，生产的LNG由专用运输车通过公路运输至各LNG接收站。气源通过中石油煤层气管道输送至工艺装置区，以1.5～1.7MPa，温度范围为3～20℃的工艺条件经计量调压后进入压缩机增压，压力稳定在4.9MPa进入装置进行处理。原料气主要组分如下表所示。

　　2工艺技术分析

　　卤阳湖液化天然气工厂主要包括天然气压缩、天然气预处理、液化、储存及装车、BOG回收系统。2.1天然气预处理系统（1）脱碳系统二氧化碳在液化过程中极易形成干冰，堵塞管道，为满足低温工作状态的要求，天然气经过脱碳系统净化后CO2的体积分数应低于50×10-6，H2S体积分数应低于4×10-6，硫化物总质量浓度低于10mg/m3。工厂脱碳单元采用了MDEA+活化剂的方式进行脱碳，为一段吸收一段再生流程，MDEA和水形成的混合溶液配比MDEA为40%，活化剂为5%，脱盐水为55%。（2）脱水系统天然气液化的温度非常低，对含水量要求相应很高，主要是防止天然气中水分析出，在液化时结冰，使管道和仪表阀门发生冻堵、同时，由于该工作机制中存在着一定量的液态水，导致腐蚀作用下的压力管道及相关器件工作性能受到了潜在威胁，无形之中加大了应力腐蚀问题发生率。因此，应采取深度脱水的方式予以应对，且要求脱水后的天然气中含水量为1×10-6。采用两塔分子筛脱水工艺，选用4A分子筛，分子筛对一些化合物的吸附强度按以下顺序递减：H2O＞NH3＞CH3OH＞CH3SH＞H2S＞COS＞CO2＞CH4＞N2,所以水较各种硫化物更有限强烈吸附，同时，在4A分子筛的支持下，可实现对水与CO2等杂质的吸附处理。在此期间，分子筛净化作用的充分发挥，一定程度上给予了脱碳装置的稳定运行相应的支持。正常生产中，一塔吸附，一塔再生、冷吹。双塔之间的切换通过DCS时序程序控制，循环周期为16小时。分子筛再生采用降低压力提高温度的方法达到吸附床再生的目的，再生气经过换热器将温度提高至280℃，自下而上通过分子筛，使水分脱附，且通过对床层的.针对性处理，可使干气有着良好的质量。此时，在冷却、降温的配合作用下，可使经过处理后的床层应用中具备了吸附能力，进而在冷吹的作用下，可增强分子筛热量的散失效果。再生气/冷吹气均来自脱汞系统后液化冷箱前的净化气，通过换热器的旁路进行切换。（3）脱苯脱重烃系统为防止低温冻堵，要求进冷箱的芳香烃和重烃含量低于10ppm，本系统芳香烃和重烃按100ppm进行设计。工厂采用两塔活性碳吸附流程，活性碳为孔状纳米级材料，从孔吸附角度来说，纳米级是指尺寸在0.1mm-100mm的范围，而苯分子的键长为1.4mm，苯分子长度为2.8mm。完全可以进入活性炭的纳米空洞之中，从而对苯分子产生吸附。正常操作下，一个塔处于吸附状态，另一个塔处于再生、冷吹状态。双塔之间的切换由DCS系统通过时序控制切断阀的启闭时间来完成，循环周期为16小时。具体工艺与脱水系统相同。（4）脱汞系统为了实现对液化天然气工厂工艺装置的高效利用，则需要对脱汞系统的功能特性即运行过程有所了解。具体表现为：实践中因铝制板翅式换热器应用中会受到汞作用下的腐蚀影响，使得最终得到的天然气中的汞含量不达标。针对这种情况，可通过对载硫活性炭的合理使用，实现脱汞处理，且需要将该活性炭视为一种载体，满足脱汞处理中反应物质均匀分布方面的要求。在此期间，活性炭中的反应物与汞发生反应生成汞齐，且该生成物会存在于反应中的载体，满足单质汞有效分离要求，实现对汞的脱除处理。2.2天然气液化及储存系统（1）液化及混合冷剂循环系统在混合冷剂循环技术的支持下，可满足天然气的液化要求，该技术应用中可在混合冷剂的作用下，满足天然气液化过程中的工艺优化要求，使得其工艺装置有着良好的实践应用效果。通过对天然气工艺要求的考虑，可在预处理系统的支持下，对水、二氧化碳等进行针对性处理，确保它们能够达标，进而在液化区中对天然气进行进一步处理。此时，板翅式换热器、气液分离器配合作用下可形成液化区，箱体中填充珠光砂用来隔绝外界空气，保持冷量不流失。天然气首先在预冷换热器中预冷，将温度冷却至-50℃，并在重烃分离器中除去可能存在的重烃组分，然后进入液化换热器中液化，将温度冷却至-120℃，最后经过过冷换热器过冷到-159℃。液化的冷量由多组分混合冷剂的循环量提供，混合冷剂由氮气、甲烷、乙烯、丙烷和异戊烷组成。入口分离器会对混合冷剂进行处理，进而在压缩机、水冷却器的作用下，使得进而到二级进口分离器中的气体和液体可达到分离的目的，且其产生的气体需要进一步压缩。液相由增压泵送至循环压缩机二级出口冷却器，与二级出口气相混合后，经水冷却器冷却后进入二级出口分离器。此时，在预冷器的预冷作用下，能够对泵流进行处理，满足天然气对冷量的实际需求。同时，通过对预冷换热器实际作用的发挥，可对来源于二级出口分离器的气相进行冷却处理，并通过对高压分离器的配合使用，能够达到对分离器中流出液体冷却处理的目的，从而为天然气液化阶段提供冷量，同时，液化段中气体的冷凝，需要在该工序实施后进一步进行过冷处理，确保天然气能够得到所需的冷量。膨胀后的循环气流，在冷箱板翅式换热器的预冷段、液化段和过冷段共用返流流道中复热后出冷箱，再进入压缩机入口分离器循环压缩。（2）LNG储存系统及装车系统LNG自液化装置进入LNG低温储罐，进液可以通过储罐上部，也可通过储罐下部注入，或采用同时进液的方式。进液的方式根据储罐内的液体密度和温度条件而定，保证进罐LNG和储罐内的LNG能够充分混合，避免储罐内液相产生分层，防止“翻滚”现象的发生，保持低温储罐运行的稳定性和安全性。LNG储罐外置两台离心泵，泵出口设置回流管线，可将罐内的LNG经装车泵重新注入储罐内，起到循环、混合储罐内LNG的作用，减小LNG分层现象的发生。装车时经LNG泵输送至专用槽车，气相返流管线既可与储罐内气相空间相连，也可经汽化器后进入BOG压缩机，以平衡装车时槽车内的压力，提高装车速度和液相充满率。

　　3LNG工厂主要设备

　　3.1冷箱冷箱采用四川空分集团设计制造的板翅式换热器，三台换热器及五台低温分离器共用一个箱体，箱体中充满珠光砂粉末和氮气，用来隔绝外部热量。冷外形尺寸4200×3400×22000mm，从功能上分为预冷、液化和过冷3段，各尺寸分别为1856×1250×4800mm，896×1200×4500mm，467×500×2100mm，作为整体设备，直接运行现场安装。3.2LNG储罐LNG储罐采用四川空分集团研制的LNG常压储罐，容积为5000m3。储罐为立式圆形，双层壁，平底、固定顶拱盖结构，夹层采用珠光砂粉末堆积和氮气绝热，底部采用泡沫玻璃砖保温，为目前国内大型低温液体储罐使用较为成熟的技术。

　　4结语

　　目前该LNG液化装置已经安全投入生产，LNG工厂所采用的工艺技术先进可靠，相关技术和设备国产化程度高，为伴生气资源的开发利用开创了新的方式，取得了显著的社会效益。

　　参考文献：

　　[1]中华人民共和国石油天然气行业标准[P]．天然气脱水设计规范SY/T0076-2008.

　　[2]顾安忠.液化天然气技术[M].机械工业出版社，2010．

　　作者：白江涛单位：长庆油田采气一厂伴生气综合利用第八项目部

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