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1、2 工艺流程和设备说明工艺流程和设备说明2.1 工艺原理及特点2.1.1 工艺原理天然气液化工厂的工艺过程基本包括预处理(净化)、液化、储 存、装车及辅助系统等,主要工艺流程包括天然气净化和液化工艺。1)原料气脱酸性气体酸性气体是指原料气中的二氧化碳和硫化氢,本装置采用溶剂吸 收法来脱除酸性气体,吸收溶剂为活性MDEA水溶液。MDEA水溶液吸收酸性气体的原理如下:甲基二乙醇胺(MDEA),分子式为CH3- N(CH2CH2OH)2,分子量119.2,沸点246248,闪点260,凝固点 - 21,汽化潜热519.16KJ/kg,能与水和醇混溶,微溶于醚。在一定条 件下,对二氧化碳等酸性气体有很
2、强的吸收能力,而且反应热小,解 析温度低,化学性质稳定,无毒而不降解。纯MDEA溶液与CO2不发生反应,但其水溶液与CO2可按下式反应 :CO2 + H2O = H+ + HCO3- (1)H+ + R2NCH3H+ = R2NCH3H+ (2)式(1)受液膜控制,反应速率极慢,式(2)则为瞬间可逆反应 ,因此式(1)为MDEA吸收CO2的控制步骤,为加快吸收速率,在M DEA溶液中加入活化剂(R2/NH)后,反应按下式进行:R2/NH + CO2 = R2/NCOOH (3)R2/NCOOH + R2NCH3 + H2O =R2/NH + R2CH + R2CH3NH+HCO3- (4)供热
3、单元供热单元供氮单元供氮单元消防单元消防单元(3)+(4):R2NCH3 + CO2 + H2O = R2CH3NH+HCO3- (5)由(3)(5)可知,活化剂吸收了CO2,向液相传递CO2,大大加快 了反应速率。MDEA分子含有一个叔胺基团,吸收CO2后生成碳酸盐 ,加热再生时远比伯仲胺生成的氨基甲酸盐所需的热量低得多。2)原料气深度脱水分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物,主要有硅铝通过 氧桥连接组成空旷的骨架结构,在结构中有很多孔径均匀的孔道和排 列整齐、内表面积很大的空穴。此外还含有电价较低而离子半径较大 的金属离子和化合态的水。由于水分子在加热后连续地失去,但晶体 骨架结构不变
4、,形成了许多大小相同的空穴腔,空腔又有许多直径相 同的微孔相连,这些微小的空穴直径大小均匀,能把比孔道直径小的 分子吸附到空穴的内部中来,而把比孔道大的分子排斥在外,因而能 把形状直径大小不同的分子,极性程度不同的分子,沸点不同的分子 ,饱和程度不同的分子分离开来,即具有“筛分”分子的作用,故称为 分子筛。分子直径小于分子筛晶体空穴直径的物质可以进入分子筛晶体, 从而被吸附,否则,被排斥。分子筛还根据不同物质分子的极性决定 优先吸附的次序。一般地,极性强的分子更容易被吸附。分子筛是人工合成的水合硅铝酸盐晶体Mex/m(Al2O3)x(SiO2)yM h2O,分子筛吸附水是一个放热过程,降低温度
5、有利于放热的吸附过 程,高温则有利于吸热的脱附过程。温度低,水的平衡吸附容量高; 反之,则低。正是利用该特性,使得在变温和变压时实现分子筛吸附 水和解析水而重复使用。分子筛脱水属于吸附法脱水,一般用于水露点要求控制较低的场 合,其露点深度可达到-90,保证含水量在1ppm以下。3)原料天然气深度脱汞汞在低温下会对铝制设备和管道造成严重腐蚀,因此必须脱除。本装置采用活性碳来脱除原料气中的汞。4)净化天然气液化原理净化后的天然气主要成分为甲烷,从甲烷的PH图上可以看出,常 压下的天然气冷却到- 162时将冷凝变成液体;压力下的甲烷将在较高温度下液化,过冷 和降压后得到液化甲烷。正是利用此原理,可以
6、采用多种液化制冷循 环,将天然气冷却。冷凝和过冷到- 162,生产液化天然气(LNG)。2.1.2 工艺特点本装置的主要工艺特点:1) 采用活性胺法(aMDEA)脱酸气(CO2和H2S),较MEA法具有发泡 小、腐蚀性小、胺液损失小等特点。2) 进CO2吸收塔前设置了过滤分离器,可以将大于10um的固体和液体( 包括液态烃)颗粒过滤干净。设置了活性炭吸附器,来吸附循环溶液 中的液烃,以及吸附溶液的降解物。3) 采用特殊的吸收塔结构,即使吸收塔产生液泛,能够使溶液从塔顶返 回到塔底,不会使液泛溶液进入到下一工序。并且吸收塔出口的原料 天然气管线上设置了脱碳气分离器(利用重力和丝网分离液体)、过
7、滤分离器(利用聚集分离液体)。通过连续分离和过滤,防止液体静 茹吸附塔来破坏分子筛。4) 采用分子筛吸附,可以深度脱水,即使在低水汽分压下仍具有很高吸 附特性。5) 采用活性炭来脱汞,保证脱汞后的天然气中汞含量不大于0.01ug/Nm3 ;6) 吸附塔内置粉尘过滤器,对分子筛粉尘实现粗过滤。在脱汞后和进入液化冷箱前设置专门的粉尘过滤器,对分子筛粉尘以及脱汞剂粉尘实 行经过滤,使分子筛和活性炭粉尘过滤到10um以下。阀门的切换采用 时间程序控制,以及阀位开关联锁,在阀门开关未到位的情况下实现 联锁,并留有足够的切换时间,保证切换顺利进行。7) 液化和制冷系统所选择的工艺方法为MRC(混合冷剂)循
8、环制冷,其 能耗低,本方法是目前常用的制冷方法中能耗最低的,使产品价格具 有市场竞争力。并且采用板翅式换热器,使冷箱结构紧凑,方便工厂 内组装和整体运输到现场。2.1.3 调节范围天然气液化装置的产能可调节范围手下列因素影响: MRC压缩机的调节范围。压缩机进口导叶、ABB变频器、以及压缩机进出口回流调节的方 式,使其负荷调节范围为50110%。2.2 主要工艺操作条件原料气的进厂压力为73barg98barg,气体进厂温度为40,通 过过滤然后调压到54.8barg。液化过程中的最低温度为-163- 165。再生气的最高温度为250,压力为49barg。MRC的最高压力为31barg、最低压
9、力为1.9barg;在液化冷箱中的 最低温度-163-168。2.3 工艺流程说明2.3.1 原料气过滤与计量单元1) 系统功能原料气管线可能存在施工过程中残留诸如铁锈、焊渣类的机械杂 质,以及管道压力试验过程中残留的液态水,这些杂质会损害装置, 因此需要除去。2) 设计参数处理气量 30104Nm3/d(满足最大负荷110%)工作压力 7.39.8Mpa工作温度 40过滤精度 颗粒直径10um3) 适用范围过滤分离器采用1用1备。通过切换和滤芯清洗方法可以连续运行 时间共8000h。负荷调节范围为0110%。4) 工艺流程描述原料气来自甲方的管道天然气,首先通过装置入口的临时过滤器 ,再经过
10、原料气紧急切断阀,之后进入过滤分离器分离机械杂质和有 可能存在液体颗粒。原料气过滤杂质后,进入计量装置进行计量。经 节流阀降压至5.48MPa后进入下一单元。2.3.2 原料气脱酸气单元1) 系统功能原料气中含有CO2,它们的存在会造成金属腐蚀、污染环境,并 在低温环境下产生冰冻而堵塞管道和设备。因此,必须严格控制天然 气中酸性组分的含量,以达到工艺和LNG产品质量的要求。针对原料气条件,本装置从适用性和经济性的角度考虑,以复合 胺溶液为吸收剂、采用一般吸收、一段再生流程脱除原料混合气中酸 性气体。2) 设计参数原料气进口流量 30104Nm3/d(满足最大负荷110%)吸收塔操作压力 5.4
11、8MPa吸收塔操作温度 4060再生塔的操作压力 0.05MPa再生塔的操作温度 95116再生塔的热源 低压蒸汽脱碳气中CO2气体的含量 50ppm吸收溶液的循环量 1317m3/h3) 适应范围综合考虑原料天然气中二氧化碳的含量,本单元按二氧化碳最大 含量0.5%进行设计,原料气的负荷调节范围为35110%。4) 工艺流程描述从原料压缩单元来的原料气从吸收塔下部进入,自下而上通过吸 收塔;再生后的MDEA溶液(贫液)从吸收塔上部进入,自上而下通 过吸收塔,逆向流动的MDEA溶液和天然气在吸收塔内充分接触,气 体中的CO2被吸收而进入液相,未被吸收的祖份从吸收塔顶部引出, 进入脱碳气冷却器和
12、脱碳气分离器,再进入过滤分离器分离微小液滴 ,出过滤分离器的气体进入原料气干燥单元。吸收了CO2的MDEA溶液称为富液,通过液位控制阀降压后去至 闪蒸分离器,降压闪蒸出的天然气体送往放空系统。脱碳气分离和过 滤分离器的冷凝液也通过液位控制阀降压后到闪蒸分离器。闪蒸后的富液与再生塔底部流出来的溶液(贫液)在贫/富液换热 器中换热后,升温到9397去再生塔顶部,在再生塔进行汽提再生 ,直至贫液的贫液度达到指标。出再生塔的贫液经过贫/富液换热器冷却到70左右,进入贫液泵 增压到5.8MPa,之后在贫液冷却器冷却到45,大部分进入吸收塔顶 部来吸收二氧化碳,实现MDEA溶液的循环。出贫液冷却器的少量液
13、 体旁通进入溶液过滤器,采用耐水活性炭吸附过滤MDEA溶液的降解 物,之后返回到贫液泵入口。再生塔顶部流出的气体经酸气冷却器,进入酸气分离器,出酸气 分离器的气体送往安全泄压系统(排气筒,由于原料气中H2S含量未检出即非常低)。冷凝液去回流泵增压,之后返回到再生塔顶部,维 持脱酸气系统的水平衡。再生塔再沸器的热源由低压蒸汽提供。2.3.3 原料气干燥单元1) 系统功能天然气中水分的存在往往会造成严重的后果:水分与天然气在一 定条件下形成水合物阻塞管路,影响冷却液化过程;由于天然气液化 温度低,水的存在还会导致设备冻堵,故必须脱水。本单元采用三个同样的吸附塔吸附水分,采用等压的TSA方法解 析分
14、子筛中吸附的水分,同时使用冷凝的方法来冷凝分离从吸附剂中 解析出来的水分。预留再生气放空接口(至放空火炬)。2) 设计参数原料气处理量 30104Nm/d(满足最大负荷110%)吸附压力 5.38MPa吸附温度 38再生压力 5.45MPa再生温度 180220再生热源 次高压蒸汽净化气中H2O的含量 1ppm分子筛 4A3) 适应范围原料天然气的负荷调节范围为35110%。4) 工艺流程描述从脱酸气单元来的天然气为饱和含水,在进入液化单元之前必须 彻底干燥以防止低温冻堵。为保证装置安全稳定运行,装置采用三塔吸附流程,吸附剂采用 4A分子筛。干燥单元设三台吸附器,在给定的吸附周期内,一台处于吸附状 态来脱除原料气中的水分,第二台处于预吸附状态(吸附再生气的水 分),第三台处于再生状态(加热并且然后冷却)来脱除吸附在分子 筛中的水分。天然气进入吸附器顶部,通过吸附剂吸附脱除水分后,从吸附器 底部出来,干燥后天然气中水含量小于1ppm,之后进入下游单元。当处于吸附状态的吸附器饱和后,切换到预吸附状态的吸附器。 被饱和吸附器紧接着加热再生循环,然后冷却。每台吸附器的完整循 环周期为36h,吸附状态12h、加热状态6.5h、冷却状体6.5h、