天然气液化装置及其应用.docxVIP

无标题文档 天然气液化装置及其应用 一、 简介 天然气是清洁的优质燃料，也是很好的化工原料，它的主要成分是甲烷。由于甲烷与丙、丁烷不同，不能在常温下加压液化，只能在低温下变成液体，因此天然气在使用时，一般只能铺设管道，在气体状态下输送和使用。丙、丁烷则可以在常温下加压液化（称液化石油气）罐装使用。在最近十几年来，用低温制冷的方法将天然气液化的技术发展得很快，液化天然气（ Liquefied Natural Gas ，简称 LNG ）在世界上的产量每年平均递增10％以上。天然气在液化以后，体积缩小了600多倍，使得远距离运输更为方便。现在海上运输，各国已普遍采用了低温运输槽船运送LNG。 LNG技术除了用来解决运输问题外，还广泛地用在天然气使用的调峰装置上，即在用气低峰时，将气体液化并储存起来，在用气高峰时，再将储存的液体气化输入管道使用，以解决高峰时供气不足的问题。这种方法比压缩球罐调峰的方法，在投资和占地面积上都要节省一半以上。 近年来，一些国家又在进行以液化天然气代替燃油作汽车燃料的试验。因为天然气燃烧清洁，价格便宜，是理想的汽车燃油代用品，因而采用压缩天然气作汽车燃料的技术已经在一些国家推广。然而压缩天气容器重量重、压力高、贮气不多，促使人们又去探索采用液化天然气作汽车燃料。为了在我国发展天然气液化技术，充分利用 零散气井的天然气资源，同时进行天然气汽车的开发工作，以缓解燃油紧张的矛盾并减少城市污染，中科院低温中心北京科阳气体液化技术联合公司（现中国科学院理化技术研究所低温系统关键技术组）先后分别与四川省绵阳燃气集团总公司、中国石油天然气总公司勘探局、吉林油田管理局等单位合作，设计制造了两台天然气液化设备，一台产量为每小时300升LNG ，采用了天然气自身压力膨胀制冷的循环，另一台产量为每小时500升LNG ， 采用了氮气膨胀制冷闭式循环。两台装置均采用了气体轴承透平膨胀机技术，同时还进行了LNG汽车的改装和运行试验。 二、天然气液化的几种方案 1、 天然气膨胀制冷LNG装置 如果天然气气源有较高的压力，我们也可以利用这一压力直接膨胀制冷，产生的冷量达到使天然气部分液化的目的。这种方法一般来说最高的液化率只有10~15% 。我们做过的这样的装置是设计产量为每小时300升LNG，它是以天然气为制冷工质，以气体轴承透平膨胀机为主要制冷部件，利用输配气调压站管线进、出口压差来膨胀制冷的天然气液化装置。该装置因充分利用了天然气自身的压力能，省去了压缩机组等动力设备，不仅大大降低了电力消耗（整个系统只有少量的仪表用电），而且也节省了设备投资费用。 原料天然气（甲烷含量96.03％，乙烷含量2.84％，氮气0.17％，丙烷0.34％，二氧化碳0.44％）以4MPa，30℃的状态分两路进入干燥器，一路气量为每小时1500多标准立方米，为透平膨胀机膨胀制冷用气，这一路天然气在干燥器中主要是脱除水分；另一路气量为250多标准立方米，是在冷箱中节流液化的天然气，它在干燥器中除了脱除水分以外，还要脱除二氧化碳，因此采用了两组干燥器。膨胀路的天然气在冷箱中经过一级热交换器，温度降至200K左右，然后在透平膨胀机中膨胀，压力由4MPa降低至0.8MPa，温度降低至164K，然后与节流路未液化的天然气汇合，返流依次进二级换热器和一级换热器，用来冷却和液化节流路的天然气，最后从一级换热器出来，温度变为常温，压力为0.8MPa ， 进入管网给用户使用。节流路的天然气从干燥器出来后进入冷箱，经过一级和二级换热器，温度降至176K，节流后温度进一步降至144K，每小时生产出300多升LNG ，少量节流后出现的气体与膨胀机膨胀后的天然气汇合，返流进入二级热交换器。生产出的液化天然气准备灌装槽车运往供气点作为汽车的燃料，在需要的时候也可以气化进入管网用于民用天然气的调峰。 两套干燥器各设有两个吸附筒，可切换使用，切换周期为8小时， 再生加热气采用了透平膨胀机增压涡轮的温度较高的排气，经过气体加热炉加热后进入吸附筒对分子筛进行再生。为了保证系统的安全稳定运行，配备了较为齐全的监测、控制仪器仪表，其中透平膨胀机的转速和干燥器再生加热炉的温度均采用了自动控制系统。 这套装置的特点是，利用天然气自身的压力能膨胀制冷，节省了能耗和设备投资，采用以天然气为介质的气体轴承透平膨胀机，长期运行可靠。但装置尾气排放量大，每小时有近1600标准立方米的天然气，以0.8MPa的压力进入管网，需要一个稳定的用户使用掉，这就使得这种装置的推广使用受到了一定的限制。 实际上现场能够提供的气源压力最高只有2MPa，所以设备没法达到设计要求，产量没有达到300升/小时。 2、 氮气膨胀制冷LNG装置 氮气膨胀制冷的LNG装置采用氮气闭式循环膨胀制冷，这样的装置适应性强，原料气组分在一