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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、
