天然气液化技术

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1、天然气液化技术,提纲,一、液化天然气综述,二、天然气液化技术现状及发展趋势 三、天然气液化技术关键设备,四、天然气液化项目建设及发展新思路 五、国内天然气液化项目建设模式 六、寰球公司液化天然气业务,一、液化天然气综述,1、液化天然气工业发展历史,LNG发展历史大事记：,1877年： 甲烷在实验室被液化,1917年： 美国在氦回收装置中实现了天然气液化 1941年： 在美国Cleveland建成了LNG调峰站,1959年： “甲烷先锋号”实现了LNG的海运，首次运载了5000吨LNG 1964年： 世界上第一套LNG工厂在阿尔及利亚ARZEW建成（2010年4月,停运），开始了LNG的商业运营

2、及正式国际贸易 1965年： 第一艘LNG运输船在法国制造成功,2006年：第一艘LNG船到达中国，开始了中国的LNG国际贸易,2011年：第一艘LNG船到达江苏LNG接收站，开始了中石油的国际LNG贸易,一、液化天然气综述,2、LNG、NG、CNG 、LPG、NGL之不同,一、液化天然气综述,3、液化天然气产业链,从上世纪初开始，经过近百年的发展，LNG产业已步入成熟期，逐步形成了 包括天然气开采及集输、天然气净化及液化、LNG船运、LNG接收及再气化、,天然气利用等环节的紧密相联、具有浓厚的链系色彩LNG产业链。,LNG产业链将天然气资源与最终用户紧密连接起来。,LNG产业链示意图,LNG

3、产业链各环节是刚性 连接非常强、相互依存的 上下游设施。,一、液化天然气综述 4、LNG工厂类型 LNG工厂的四种类型： 基本负荷型（BASELOAD），也称液化厂或输出终端,液化型工厂 气化型工厂,调峰型（PEAK SHAVING），也称调峰站 接收终端型（RECEIVING TERMINAL），也称接收站 卫星型（SATELLITE），也称气化站 中国模式：LNG转运站 ？,Dock-2,Dock-3,印尼邦坦天然气液化厂 LPG : 5 X 40,000 m3,5,LNG : 4 x 95,000 m3+ 2 x 125,000 m3 Dock-1,6,4,3,H,G,1 AB 2 C

4、D,F,E,8条生产线已经投产，生产能力为每年2225万吨LNG、100万吨LPG和 1000万吨凝析油,一、液化天然气综述,4、天然气液化工厂（国内小型）,一、液化天然气综述,4、LNG卫星站（气化站）,一、液化天然气综述,4、LNG卫星站（气化站）,一、液化天然气综述,型-,4、LNG工厂类型-LNG接收站,的LNG,一、液化天然气综述 5、液化天然气船运（浮动的LNG管道） 货舱型式：自支撑和薄膜，球型、棱型、薄膜型和C型船，薄膜型和球型为主,船,容：,小型、中型、大型，120000m3以上的船达到90%以上,发展趋势： 大型化、薄膜型为主流船型，最大LNG船：Q-Max(薄膜船、 26

5、7000m3),一、液化天然气综述,中国到港的,第一艘LNG运输船,2006年5月26日,中石油到港的,第一艘LNG运输船,2011年5月24日,一、液化天然气综述,6、LNG的安全问题,和LNG ：NG,，LNG,天然气和LNG是本质安全的烃类物质：NG比空气轻、在空 气中自然扩散、爆炸范围窄，LNG既不可燃、又不爆炸。,在处理LNG 时，应从下面三 个方面考虑安全措施： a） LNG 的低温特性；,b） LNG气化后体积急剧扩大； c） 气化后为甲类气体特性。,甲烷的爆炸范围：,5%15% 体积含量,有40,LNG行业具有40年以上安全运行业绩,一、液化天然气综述 6、LNG的安全问题 关

6、键词：,翻滚 分层 溢出,ROLLOVER STRATIFICATION SPILLAGE,蒸气云 VAPOR CLOUDS 压力波 PRESSURE WAVE,点燃 低温,IGNITION CRYOGENIC,提纲,一、液化天然气综述,二、天然气液化技术现状及发展趋势 三、天然气液化技术关键设备,四、天然气液化项目建设及发展新思路 五、国内天然气液化项目建设模式 六、寰球公司液化天然气业务,二、天然气液化技术现状及发展趋势 1、天然气液化装置典型工艺流程方块图,燃 料,气,排放气,酸气,废水,热油系统,废热回收,燃料气 透平,热油,热 油,热 油,热 油,燃 燃 料 料 气 气,蒸发气 （燃

7、料气） 压缩,富,溶剂 再生 贫,天然气,气 相,制冷 系统 液 相,液,液,NG,净,化 NG 后,天然气 压缩,天然气 净化 CO2脱除,天然气 净化 脱水,干,燥 NG,天然气 液化,冷,剂,冷,剂,LNG,LNG 储存,LNG,LNG 槽船,LNG 计量,LNG,LNG 装船码头,LNG,MCR 补充系统,消防系统,公用工程,火炬,LNG 槽车 装车站,LNG 计量,二、天然气液化技术现状及发展趋势,2、天然气液化技术,天然气液化技术及装置主要工 艺系统：,天然气净化 天然气液化 LNG储运,天然气液化是技术核心和关键,亚DARWIN （370 吨/,澳大利亚DARWIN天然气液化工厂

8、（370万吨/年）,二、天然气液化技术现状及发展趋势,3、天然气净化技术,天然气深度净化：包括脱除重金属、硫及硫化物、二氧化碳、水、重烃等。,脱除酸气： ：CO2、H2S等酸性气体，化学吸收法、物理吸收法、联合吸,收法、膜分离法等,MDEA、 Sulfinol-,胺液吸收法，如 如MDEA DIPA法；砜胺法，如Sulfinol-D、 Sulfinol- -M,4A。,脱除水：固体吸附法，分子筛、 、4A 脱除重金属：固体吸附法，活性炭。 脱重烃：冷冻法、分馏等。,二、天然气液化技术现状及发展趋势 3、天然气净化技术（续）,S3.5,O1,管输天然气净化指标（一类：GB 17820） CO23

9、 % = 30000 ppmv H2S6 mg/Sm3 总硫100 mg/Sm3 H2O：低于最低环境温度5,天然气液化要求的指标： CO250 ppmv H2 3.5 ppmv 总硫30 mg/Sm3 H2 1 ppmv 苯1 ppmv 汞0.01 mg/Sm3 重烃100 ppmv,二、天然气液化技术现状及发展趋势,4、天然气液化技术 按照流程特性划分, 级联流程 （Cascade） 经典级联流程 康菲优化级联流程 混合制冷剂流程 （Mixed Refrigerant） SMR： 单混合制冷剂流程 C3MR： 丙烷预冷混合制冷剂流程 DMR： 双混合制冷剂流程 AP-X： C3MR+N2膨

10、胀流程 MFC： 混合制冷剂级联流程 PMR： 带预冷混合制冷剂流程 膨胀型流程 （Expansion） 单级氮气膨胀流程 双级氮气膨胀流程 氮气-甲烷膨胀流程 带预冷双级氮气膨胀流程,二、天然气液化技术现状及发展趋势,4、天然气液化技术 按照循环数划分,单循环工艺技术 双循环工艺技术 三循环工艺技术,二、天然气液化技术现状及发展趋势,4、天然气液化技术（续）,方法： 加压 冷却,Q-T图,二、天然气液化技术现状及发展趋势,4、天然气液化技术,在保证安全情况下，增加单系列生产能力、降低能耗、提高热力学效率、提 高可靠性是天然气液化技术的发展方向，最先进的液化技术是将三种基本液 化工艺技术结合原

11、料天然气的实际条件进行组合和优化，形成以混合冷剂为 基础的复合型工艺技术。,吨/,剂+,已建成的天然气液化装置单系列最大液化能力达到780万吨/年，使用了美国 AP公司的丙烷预冷混合冷剂+氮气膨胀液化技术，项目建设地点为卡塔尔。,二、天然气液化技术现状及发展趋势,4、天然气液化技术（续） 专利商（国外）,国AP,型LNG,了BV,世界上80%以上的LNG产能是由美国AP公司的天然气液化技术生产的，AP公司处于 天然气液化技术的绝对领先地位，AP公司的 的C3MR技术被称为LNG的工业标准。 美国及加拿大的多套中小型LNG调峰装置使用了BV公司的技术，国内已建和在建的 多套中小型天然气液化装置采

12、用了BV公司的技术。,二、天然气液化技术现状及发展趋势 4、国外天然气液化技术典型流程 典型SMR,BV公司的SMR流程,SMR：混合冷剂进行预冷、液化和 过冷；,二、天然气液化技术现状及发展趋势,4、国外天然气液化技术典型流程,典型C3MR,C3MR：丙烷循环预冷、混合 冷剂进行液化和过冷；,AP公司的C3MR流程,二、天然气液化技术现状及发展趋势,4、国外天然气液化技术典型流程,典型流程DMR,SHELL的DMR流程,DMR技术特色：, 流程简单、设备台数少，节省投资与占地；, 传热效率高、温差小，液化比功耗与综合能耗低；, 规模适应性好，应用于大、中型天然气液化装置技术经济优势明显； 对

13、原料气气质条件与环境条件适应性广。,二、天然气液化技术现状及发展趋势 4、国外天然气液化技术典型流程 流程AP-X,AP公司的AP- -X流程,AP-X：在C3MR工艺流程的基础上增加一 个氮膨胀循环，解除目前液化装置中关键设 备制造能力的瓶颈问题，进一步提高单线产 能。,二、天然气液化技术现状及发展趋势 4、国外天然气液化技术典型流程 典型流程MFC 三个独立循环，三种混合冷剂，分别实现天 然气的预冷、液化和过冷。 若将三个循环的工质更换为丙烷、乙烷/乙 烯、甲烷，则与康菲级联流程级别相同；然 而工质不同，所采用的设备不同，工艺操作,LINDE公司的MFC流程,参数也存在差异。,二、天然气液

14、化技术现状及发展趋势,级联式液化流程 - 康菲级联流程 开式流程,4、国外天然气液化技术典型流程 闭式流程,三个纯工质循环：丙烷循环、乙烷循环和甲烷循环； 开式与闭式两种流程：与闭式相比，开式流程增加了对液化天然气闪蒸气 （BOG）的利用与冷量回收； “two-train-in-one”设计理念，每个冷剂循环均采用250%两台压缩机并 联配置。,二、天然气液化技术现状及发展趋势,4、天然气液化技术（续） 适应性,天然气液化技术的选择对液化装置的投资和操作成本有较大影响； 每一种技术均在某一单线生产能力范围内具有竞争力；不同的液化技术， 均将在LNG工业中发挥作用，不存在某一种标准或者唯一可行的

15、技术； 三种混合冷剂工艺的最经济的单线生产能力适应范围如下表：,二、天然气液化技术现状及发展趋势,4、天然气液化技术比较,Q-T图,级联（阶式、 复叠） C3MR DMR,OSMR,二、天然气液化技术现状及发展趋势,4、天然气液化能耗比较,注释：此处给出的数据仅包含天然气液化单元的能耗，鉴于天然气液化项目原料,和建设条件的差别对天然气液化能耗影响较大，基于完全相同基准的综合能耗比较 几乎不可能，因此没有相关的公开数据。,AP-X,二、天然气液化技术现状及发展趋势 5、国外天然气液化技术现状及分析,MFC 1.1%,DMR 5.5%,市场份额,Conocophillips cascade 9.9%,不同工艺的 生产线条数,C3MR 65.9%,C3MR/SplitMR 11.0% TM 6.6%,AP-X,二、天然气液化