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1、工艺技术方案4.1 工艺技术方案的选择4.1.1 工艺路线确定的原则（1）先进性原则先进性是指在工艺流程选择时技术上的先进程度和经济上的合 理可行。先进性的评价包括基建投资、生产成本、消耗定额以及劳动 生产率等方面。选择的生产方法应达到物料损耗较小、物料循环量较 少并易于回收利用、能量消耗较少和有利于环境保护等要求。（2）可靠性原则可靠性主要是指所选择的生产方法和工艺流程是否成熟可靠。要 选择一些比较成熟的生产方法和工艺，避免只考虑先进性的一面，而 忽视不成熟、不稳妥的一面。另外，要考虑原料供给的可靠性，对于 一个建设项目，必须保证在其服务期限内有足够的、稳定的原料来源。（3）合理性原则 合理
2、性是指在进行工艺流程选择时，应该结合我国的国情，从实 际情况出发，考虑各种问题，即宏观上的合理性。4.1.2 国内、外工艺技术概况1941 年在美国克利夫兰建成了世界第一套工业规模的 LNG 装 置，液化能力为8500 m3 /d。从60年代开始，LNG工业得到了迅 猛发展，规模越来越大。据相关资料显示，目前各国投产的 LNG 装 置已达160多套，LNG出口总量已超过46.18 x 106 t/a。4.1.2.1 国外研究现状国外的液化装置规模大、工艺复杂、设备多、投资高，基本都采 用阶式制冷和混合冷剂制冷工艺，目前两种类型的装置都在运行，新 投产设计的主要是混合冷剂制冷工艺，研究的主要目的
3、在于降低液化 能耗。制冷工艺从阶式制冷改进到混合冷剂制冷循环，目前有报道又 有CII-2新工艺，该工艺既具有纯组分循环的优点，如简单、无相 分离和易于控制，又有混合冷剂制冷循环的优点，如天然气和制冷剂 制冷温位配合较好、功效高、设备少等优点。法国 Axens 公司与法国石油研究所 (IFP) 合作，共同开发的一 种先进的天然气液化新工艺-Liquefin首次工业化，该工艺为LNG 市场奠定了基础。其生产能力较通用的方法高 15%-20% ，生产成本 低25%。使用Liquefin法之后，每单元液化装置产量可达600 x 104 t/a 以上。采用 Liquefin 工艺生产 LNG 的费用每吨
4、可降低 25%。 该工艺的主要优点是使用了翅片式换热器和热力学优化后的工艺，可 建设超大容量的液化装置。Axens已经给美国、欧洲、亚洲等几个主 要地区提出使用该工艺的建议，并正在进行前期设计和可行性研究。 IFP 和 Axens 开发的 Liquefin 工艺的安全、环保、实用及创新特点 最近已被世界认可，该工艺获得了化学工程师学会授予的“工程优秀 奖” 。美国德克萨斯大学工程实验站，开发了一种新型天然气液化的技 术-GTL技术已申请专利。该技术比目前开发的GTL技术更适用于 小规模装置，可加工 30.5 x 104 m3 /d 的天然气。新工艺比原有技术 简单的多，不需要合成气，除了发电之
5、外，也不需要使用氧气。其经 济性、规模和生产方面都不同于普通的费托 GTL 工艺。4.1.2.2 国内研究现状早在 60 年代，国家科委就制订了 LNG 发展规划， 60 年代中 期完成了工业性试验，四川石油管理局威远化工厂拥有国内最早的天 然气深冷分离及液化的工业生产装置，除生产 He 外，还生产 LNG 。 1991 年该厂为航天部提供 30t LNG 作为火箭试验燃料。与 国外情况不同的是，国内天然气液化的研究都是以小型液化工艺为目 标，以下就国内现有的天然气液化装置工艺作简单介绍。（1）膨胀制冷工艺膨胀制冷工艺，是指利用高压制冷剂通过透平膨胀机绝热膨胀的 克劳德循环制冷实现天然气液化的
6、制冷循环。气体在膨胀机中膨胀降 温的同时，对外做功，可用于驱动流程中的压缩机。流程中的关键设 备是透平膨胀机。根据制冷剂的不同，可分为天然气膨胀液化流程、氮气膨胀液化 流程、氮-甲烷膨胀液化流程。这类流程的优点是：流程简单、调节灵活、工作可靠、易起动、易操作、维护方便； 如有可利用的管网压差，可用天然气本身做制冷工质，能省去专 门生产、运输、储存制冷剂的费用。缺点是：送入装置的气体必须全 部深度干燥；回流压力低，换热面积大，液化率低，势必出现部分再 循环，其结果引起功耗增大。带膨胀机的液化流程操作比较简单，投资适中，特别适合液化能 力较小的调峰型天然气液化装置。（2）混合冷剂制冷工艺混合冷剂制
7、冷循环克服了阶式制冷循环的某些缺点。它采用混合 式的制冷剂、制冷剂压缩机。制冷剂是根据要液化的天然气组分而配 制的，经充分混合，内有N2、CC5碳氢化合物。多组分混合制冷剂，进行逐级冷凝、蒸发、节流膨胀得到不同温 度水平的制冷量，以达到逐步冷却和液化天然气的目的。与阶式制冷循环相比，其优点是：机组少、流程简单、投资省， 投资比阶式制冷循环少1520%；管理方便；制冷剂可从天然气中提 取和补充。缺点是：混合冷剂操作时合理调配较为困难，但可通过阶段性的 模拟计算重新配制冷剂或通过冷剂重组分流量控制来解决。4.1.3 工艺技术方案的比较和选择天然气液化装置包括原料气的净化处理、净化天然气的液化和液
8、化天然气储存三个过程。工艺方案的比较和选择主要是针对以上三个 过程。原料气的净化处理包括原料气增压、原料气净化两个主要工艺 过程。净化的天然气液化处理主要包括液化冷箱、制冷剂储存、自冷 及循环三部分。4.1.3.1 原料气增压液化过程的液化压力直接关系到液化温度，即关系到液化能耗。 天然气压力越高其冷凝（即液化）温度越高。根据制冷原理，取得不同 温度下的同样制冷量所消耗的制冷功率是不一样的，温度越低则消耗 的制冷功率就越高。因此，提高原料气的压力，可以节省压缩原料气 和制冷的总功率，但同时考虑到压力过高将会增加静设备的投资，并 且增加压缩机的级数。因此，确定原料气增压到 5MPa。4.1.3.
9、2 原料气净化天然气在进行液化前，应对其进行彻底净化，即除去原料气中的酸性气体、水分和杂质，如H2S、CO2、H2O、Hg和芳香烃等，以免 它们在低温下冻结而堵塞、腐蚀设备和管道。下表列出了天然气液化工艺要求原料气净化后净化气中最大允许杂质含量。表 4.1-1 净化气质量要求杂质组分允许含量X10-6杂质组分允许含量HO2CO2COS芳烃类150 100 0.1110总硫汞HS2C +51050 mg/ms 0.01“ g/ms3.5 mg/ms20%)，其特点是原 料气中酸性气含量越高，经济上越有利。综上所述，根据本项目原料气的情况，确定选用甲基二乙醇胺 (MDEA)脱除 CO2。脱co2系
10、统特点如下：专用活化剂配方，CO2脱除精度高；活化MDEA为吸收剂，对设备基本无腐蚀；已在多套LNG脱CO2装置中成功应用，成熟可靠。( 2)脱水工艺选择 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；另外，由于水分 的存在也会造成不必要的动力消耗；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。天然气脱水工艺方法一般包括：低温脱水、固体干燥剂吸附和溶 剂吸收三大类。冷冻分离主要用于避免天然气在温度低时出现水化 物，然而它所允许达到的低温是有限的，不能满足天然气液化的要求；溶剂吸收通常包括浓酸（一般是浓磷酸等有机酸）、甘醇
11、（常用的是三甘醇）等，但这些方法脱水深度较低，不能用于深冷装置；固体干燥剂脱水法常见的是硅胶法、分子筛法或这两种方法的混合使用。其脱水方法比较见下表：表 4.1-2 脱水方法比较类别方法脱湿度安装面积运转维修主要设备适用范围冷却脱水加压、降温、节 流、制冷方式等冷冻机、换热器或节流设备、透平膨胀机大量水分的粗分离溶剂吸收脱水醇类脱水吸收剂吸收塔、换热器、泵大型液化装置中，脱除原料气所含的大部分水分固体吸附脱水活性氧化铝硅胶、分子筛吸附塔、换热器、转换开关、鼓风机要求露点降高或小流量的脱水由以上比较可以看出，本项目的脱水采用固体吸附法脱水。由于分子筛具有吸附选择能力强、低水汽分压下的高吸附特性，
12、以及同时可以进一步脱除残余酸性气体等优点。因此，本装置采用4A分子筛作为脱水吸附剂。采用分子筛吸附脱水时，可以采用2 个吸附塔或 3个吸附塔两种方案（分别简称两塔方案、三塔方案）。在两塔流程中，一塔进行脱水操作，另一塔进行吸附剂的再生和冷却，然后切换操作。在三塔或多塔流程中，切换的程序有所不同，在三塔流程中，三台干燥器中两台为主吸附器，一台为辅助吸附器。吸附器吸附及再生交替进行,再生过程分为加热和冷却两个步骤。两种干燥方式比较如下：表 4.1-3 干燥工艺比较序号项目两塔工艺三塔等压工艺1工艺过程2塔PTSA或TSA，工作过程：1 塔吸附，另一塔加热-冷却再生3塔TSA，工作过程：1塔吸 附，另2塔分别处于加热和冷 却的不同阶段序号项目两塔工艺三塔等压工艺2工艺成熟度成熟成熟3再生气无须外供再生气，再生气内部 循环，可根据操作情况自由调 节再生气量须外供冉生气，气里为大然气总 量的12-18%，可增加压缩机来 实现再生气循环4热量消耗较咼吹冷过程中的吸附塔（剂）内 蓄热吹至需要加热的再生塔， 省能5再生温度250-280 C200-220 C6吸附剂用量吸附时间=加热时间+吹冷时间， 故需要单塔吸附剂量大吸附时间=加热时间=吹冷时 间，故单塔吸附剂用量小7投资投资较低多一台吸附塔，一次
