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天然气液化工艺对比及应用

 论文栏目:天然气论文     更新时间:2018/2/12 9:31:39   

摘要:天然气具有无色、无味、无污染、无腐蚀性的特点,被誉为地球上最干净的化石能源。油气田开采出来的天然气经过脱水、脱酸性气体,去除杂质,并经过一连串压缩冷却以后,变成液体,存储在低温储存罐中,因此,被广泛应用在化工、家庭、发电厂等各个领域。文章主要对天然气液化净化、液化循环工艺,通过对两者比较,找到各自的优势,希望能进一步提升天然气液化工艺。

关键词:天然气;净化工艺;液化循环

工业发展过程中,人类大量开采煤炭、石油等化工燃料,这些化工燃料在燃烧过程中,会释放大量的二氧化碳、二氧化硫等氧化物,造成大气环境污染和生态环境的破坏。为实现人类的可持续发展,天然气是作为一种既环保又清洁的能源,近年来在世界范围广泛应用。由于液体天然气的质量轻、体积小,同等质量条件下,液态天然气是气态天然气的1/625,其重量是同等体积水的45%,但是发热量达到了548×108J/t。天然气经过液化工艺处理以后,便于运输、存储,有利调节城市资源供需平衡。但是我国没有大型的天然气液化技术和工厂,导致我国天然气的液化技术发展缓慢。因此,探讨天然气液化工艺,对促进我国天然气液化技术的发展具有重要意义。

1天然气的净化

1.1脱酸性气体

酸性气体在天然气原料中含量比较多,所以,从油气田中开采出来的天然气净化过程中,首先就是要脱除酸性气体,常见的方法有低温甲醇法、醇胺法、Bnefidld法。低温甲醇法是上个世纪50年代初期德国林德公司与鲁奇公司共同开发出来的一种气体净化工艺。这种工艺利用甲醇低温条件下对酸性气体溶解度比较好的特点,将甲醇作为吸收溶剂,脱除气体中的酸性气体。经过半个多世纪的发展,该项技术已经相对比较成熟,在低温环境下对二氧化碳、二氧化硫、硫化氢等酸性气体吸收性比较强、损耗量少、净化度高等优点。醇胺法通过醇胺溶液吸收原料中的酸性气体达到净化的目的。比较常见的醇胺溶液有:一乙醇胺、二乙醇胺、甲基二乙醇胺等。一乙醇胺溶剂的反应能力强、化学稳定性好、净化度比较高,吸收二氧化碳的速率最高,但是对二氧化碳和硫化氢的选择性比较低。溶剂蒸发的时候损失比较大、腐蚀行比较强,所以使用一乙醇胺溶剂净化天然气原料的时候,溶液的浓度范围一般在10%~15%。二乙醇胺和一乙醇胺相比,溶剂蒸发损失小,但是净化度低于一乙醇胺溶剂,腐蚀性相对比较小,所以成本相对比较低。甲基二乙醇胺的选择性比较好,能够提高酸性气体的浓度,硫化氢的含量可高达95%。甲基二乙醇胺溶液中的氮原子不能直接与二氧化氮、一氧化硫等直接反应,所以不会产生降解物。同时,甲基二乙醇胺溶液腐蚀小,可以使用高浓度的容量进行脱除,溶液可以循环使用,成本相对比较低。

1.2原料气脱水

对原天然气进行脱气以后,还要脱除原料中的水分,避免液化过程中,原料出现结冰堵塞管道或者阀门,另外一方面,也避免液态水对设备的腐蚀,使其达到液化的要求。原料气脱水常见的方法有固体吸附法、甘醇吸收法、冷却法。目前,比较常用的就是固体吸附法,固体吸附法又分成硅胶吸附法、分子筛吸附法、活性氧化铝吸附法等。分子筛吸附法的吸附能力强、在脱水的时候还能脱除部分酸性气体,脱除天然气的水分子含量小于1ppmm,所以被广泛应用在天然气脱水工艺中。

2天然气的液化循环

目前,天然气的液化循环工艺系统比较多,其中,常见的有阶梯式制冷循环工艺、膨胀剂制冷循环以及混合制冷剂制冷循环等。本文主要对这三种常见的制冷循环工艺进行详细的分析。

2.1阶梯式制冷循环

阶梯式制冷循环工艺,指通过甲烷、乙烷、丙烷等常见的纯烃制冷剂的三环阶液化制冷循环技术。其运行原理是,通过甲烷、乙烷、丙烷等制冷剂液体蒸发出来提供天然气液化所需的冷量,确保液化制冷工艺循环进行。三阶制冷温度梯度温度分别是-30℃、-90℃、-150℃。净化以后的天然气经过冷却、冷凝和液化以后,能够用于农业生产、工业生成以及家庭生活所需的液化天然气。液化以后的天然气经过节流降压以后存储在存储罐中,并通过天然气运输车辆将液化天然气统一运输。阶式液化循环技术的液化能耗小,但是液化率比较高,在液化处理过程中,冷循环和液化循环系统独立运行,适应性强、稳定性好。但是阶式液化循环工艺相对比较复杂,所需的生成工艺设备比较多,生成设备、压缩设备、存储设备等,需要3台压缩机才能达到液化的目的,所以液化的成本相对比较高。

2.2混合制冷剂制冷循环

混合制冷剂制冷循环是常用的天然气液化处理技术,这种工艺原理是将氮气与C1-C5烃类混合物作为液化制冷剂,通过逐级的冷凝、蒸发、膨胀等处理,将得到不同温度水平的制冷量,满足制冷循环所需的冷量,逐渐冷却以后得到液化天然气。这种混合制冷剂制冷循环工艺所需的设备少,成本相对比较低。但是这种制冷工艺混合制冷剂组分和比例对系统的功耗影响比较大,如果制冷剂组分越多,换热器内的冷热流换热温差平衡度越高,那么制冷剂的配套系统也越复杂,所以要选择合适的制冷剂。为了降低制冷循环系统的能耗,目前大部分企业使用混合制冷剂制冷循环系统。混合制冷剂循环液化工艺需要C1-C5烃化物以及氮气等五种以上的组分混合作为制冷剂。

2.3膨胀机制冷循环

膨胀机制冷循环也是目前天然气企业常见的处理工艺。这种工艺通过膨胀机对天然气进行降温处理,达到制冷液化目的。国内常见的膨胀剂制冷循环工艺有三种:天然气直接膨胀制冷、氮气—甲烷混合膨胀制冷、氮气膨胀制冷。天然气直接膨胀制冷工艺适合天然气原料中气压比较高、甲烷含量高的天然气处理。这种处理工艺所需设备少、处理工艺简单,成本相对比较低。氮气膨胀制冷工艺将氮气作为制冷剂,制冷剂经过压缩机、空冷器等压缩和冷却以后,达到碰撞机碰撞制冷的效果,然后,经过换热器与原料天然气逆流交换为制冷工艺系统提供冷量。这种制冷工艺对天然气原气体的组分变化适应能力比较好,液化率高、操作简单。目前,这一项技术在我国相对来说已经比较成熟。氮气—甲烷混合膨胀制冷是在氮气膨胀剂制冷工艺的基础上改进的,这种工艺的启动时间短、能耗低,但是工艺比较复杂,目前还没有进行大规模的应用。

参考文献:

[1]鲁红敏.天然气液化工艺的对比及应用[J].中国化工贸易,2014,(27):114.

作者:黄俊之 单位:厦门华润燃气有限公司

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