LNG装置液化工艺技术研究

张欢 周姿潼 李简（中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司， 河北 任丘 062550）

LNG装置液化工艺技术研究

张欢 周姿潼 李简（中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司， 河北 任丘 062550）

LNG液化处理前，要进行杂质（H2S、CO2、重烃和水）脱除，一般采用较多的是醇胺法进行酸性气体的脱除处理，采取分子筛进行脱水处理，液化天然气方面主要将使用较多的两种方案进行对比分析，保证液化率97.2%的条件下，对比阶式制冷与复迭式制冷工艺各项性能指标，阶式制冷在设备使用功率方面低于复迭式制冷，但复迭式制冷工艺在总体资金投入、回收率、收益率、技术成熟度方面占优，而且使用的液化设备数量较少，占地面积较小，工艺流程简单，操作方便，因此，基于综合评价指标以及经济回报方面的考虑，推荐使用复迭式制冷工艺方案。

装置；净化工艺；液化工艺；投资；回收期

0 引言

LNG液化处理效果受到天然气杂质的影响，在进行液化处理前，必须将含有的杂质（H2S、CO2、重烃和水）脱除，这些杂质的存在有可能造成管道、装置内壁产生结晶体，缩小流通管径，严重时，酸性气体会造成金属设备的腐蚀，影响工艺的正常运行。LNG技术作为一种储存技术，在常压与温度-165℃下，可将625×103m天然气体积液化处理为1×103m体积，以液态的形式进行储存与运输，大大降低了运行与管理成本，而且在安全性方面得到大大改善。我国开始天然气液化技术研究较晚，在对液化工厂原料气预处理方面显得经验不足，净化装置设备以及液化技术还有很多需要改进的地方，因此，对液化天然气工厂原料气进行深入的净化与液化技术研究是一项重要的课题，下面主要进行天然气液化方面的工艺技术进行研究，找出最为可行、液化效果最佳的工艺方案。

1 LNG处理流程

原料气从液化天然气工厂出来后，要进行净化预处理，主要是将原料气中含有的酸性气体（H2S、CO2）、重烃与水进行脱除，达到行业要求的标准含量，才能进行下一环节的处理。脱除酸性气体的方法有很多种，主要方法包括：Benfield法、醇胺法和矾股法。通过对比这三种脱除方法的优缺点以及对使用条件，设计时，结合原料气的组分、运行压力以及温度来确定脱除方法［1-3］。一般采用较多的是醇胺法进行酸性气体的脱除处理，采取分子筛进行脱水处理，下图为LNG液化天然气处理总体流程框架。

图1 LNG处理总体流程框架

2 天然气液化工艺

通过对原料气净化预处理后，确保H2S、CO2、重烃和水含量达标后，将剩余气体导入液化装置进行液化处理，一旦H2S、CO2、重烃和水含量超标，工艺系统会自动识别，随后向操作室发送报警信号，切断剩余气体向液化单元导入管线，回输净化单元进行再次预处理。

2.1 复迭式制冷液化工艺

复迭式制冷液化工艺相对液化设备较为简单［2］，以丙烷为预冷剂，氮气为制冷剂，首先将净化后的天然气导入冷箱，先经过丙烷预冷剂预冷（-30℃），然后与N2制冷剂充分接触，经过压缩机第一、二级增压后膨胀制冷到-146℃，气态变为液态，降压至0.35MPa，获得LNG液体产品，随后将液化好的LNG产品进行储存与装车运输。

图2 复迭式制冷液化流程

2.2 阶式制冷液化工艺

图3 阶式制冷液化流程

阶式制冷液化工艺（CASCADE）相对复迭式制冷液化工艺装置和技术要求比较高，由于是国外引进，技术操作娴熟度较差，而且设备也需要进口［3］。该工艺要求的制冷剂比较多，以丙烷作为预冷剂，以乙烯或乙烷、甲烷+氮气作为制冷剂、经过多轮分级制冷得到液态LNG产品。操作较为繁琐，该工艺也称为级联式液化工艺，通过分级制冷处理，根据压沸点的不同，制冷剂逐级降低制冷温度，减小压缩机功率损耗以及提高冷凝效果。阶式制冷液化工艺是20世纪60～70年代常用的液化天然气方法，其优点是能耗低，气体液化率高（可达90%以上）；缺点是液化设备数量较多，占地面积较大，制冷剂要求较多，流程操作繁琐，总体投资较大。

2.3 液化工艺对比分析

阶式制冷与复迭式制冷工艺在保证液化率的条件下，虽然阶式制冷液化工艺在设备使用功率方面低于复迭式制冷液化工艺，但复迭式制冷工艺在总体投资、回收率、收益率、技术成熟度方面占优，而且使用的液化设备数量较少，占地面积较小，工艺流程简单，操作方便，因此，基于综合评价指标以及经济回报方面的考虑，推荐使用复迭式制冷工艺方案。

3 结语

原料气从液化天然气工厂出来后，经过净化预处理，达标后再进行液化工艺处理，合理选择净化工艺技术以及液化工艺方案，这对获得LNG液态产品品质有着直接的关系。一旦H2S、CO2、重烃和水含量超标，工艺系统会自动识别，再次进行净化处理直到符合液化进液标准要求。对来气源的液化进行各种方案的对比分析，综合考虑合理采用技术成熟的复迭制冷液化方式，这种方式非常适合目前中国的国情，虽然在能耗上偏高，但综合技术指标优于阶式制冷液化方式，尤其是在设备供应和技术支持方面国内已经很成熟并具有自己的知识产权，因此，对于类似的小型的LNG工程是优先的制冷液化方式。

［1］徐正康.我国城市天然气的利用和发展［J］.煤气与热力，2001，（6）:526-529.

［2］郭揆常.液化天然气（LNG）应用与安全［M］.北京:中国石化出版社，2010.

［3］顾安忠，鲁雪生，汪荣顺，等.液化天然气技术［M］.北京:机械工业出版社，2003:18-20.

张欢（1984- ），男，山东省枣庄市人，中级工程师，2008年毕业于石油大学（华东）化学工艺专业，主要从事油田地面建设、油气藏地下储气库及LNG液化工厂设计工作。