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LNG工艺与技术汇总LNG工艺与技术第一章LNG工业概述1.1液化天然气及其用途什么叫液化天然气(LNG)?为什么要将天然气液化?LNG是液化天然气英文LiquefiedNaturalGas的缩写。天然气经净化处理(脱除CO2、硫化物、烃、水等杂质)后,在常压下深冷至-162℃,由气态变成液态,称为液化天然气,液化天然气的体积量为同量气态天然气体积的1/625,重量为同体积水的45%左右。NGL—naturalgasliquid,天然气凝液。LPG—LiquefiedPetroleumGas,液化石油气。LNG—LiquefiedNaturalGas,液化天然气。液化后的天然气温度约为-160℃,处于超低温状态。LNG的化学性质、成分决定着LNG低污染的特点。天然气经过深冷过程,由于硫的成分以固体形式析出、分离,LNG就不含有硫化物。也就是说,在燃料前根除了产生SOx的生成源,这是与天然气的不同之处。与煤相比,LNG不含灰份,NOx的排放量仅为煤的19.2%,CO2的排放量仅为42.1%。因为LNG具有如上对能源利用与环境方面有利的特点,正在引起国际上的关注。特别是日本,每年引进约5000万吨LNG,共建20多座LNG发电厂,总装机容量约为4万MW,占全国发电容量的22%。LNG储存效率高,占地少。投资省,10m3LNG储存量就可供1万户居民1天的生活用气。LNG使用安全。由于LNG汽化后密度很低,只有空气的一半左右,稍有泄漏立即飞散开来,不致引起爆炸。LNG无毒,泄露后不会对人体造成伤害。1.3LNG工业LNG工业总体如图1-2所示,包括天然气的预处理、液化、储存、运输、接收站、再汽化装置等。液化储存运输储配站LNG的液化、储存、运输及气化1.3.1LNG工厂类型LNG生产厂按使用情况一般分为基地(基本负荷)型、调峰型、终站型、卫星型四种类型。(1)基本负荷型(BaseLoad)基地型LNG工厂主要供远离气源的用户或出口LNG。单线液化能力大。(2)调峰型(Peakshaving)主要是调节用户高峰负荷或为冬季提供燃料。平时液化管输来的相对富裕的天然气。这类装置液化能力小,而储存容量、LNG再气化能力较大。(3)终站型(Terminal)用于大量接收由船从基地型LNG厂运来的LNG,加以贮存和汽化后再分给用户。液化能力小(主要是再液化贮罐中LNG蒸发的气体)而汽化能力很大,储罐容量也大。目前共有38个,分布在日本、韩国等11个国家。(4)卫星型(Satellite)为调峰型的一种,用船或特殊槽车从中心运来LNG加以储存,到高峰时气化补充使用,无液化能力。1.3.2LNG工厂的特点LNG工厂具有以下几个突出的特点:(1)投资费用大一个有2条LNG生产线,产量为5106t/a的生产厂,其投资费用可能超过50亿美元。(2)操作条件特殊操作压力从高压到低压(大气压);操作介质从气相(原料气)到液相(LNG),操作温度从环境温度到-162℃(LNG产生)。这要求生产设备和材料必须适应这种操作条件。(3)配套要求严格由于LNG工厂整体性强,投资大,要求LNG生产装置的能力必须与上游的气源、输气设施能力和下游的LNG装运能力相匹配。1.4目前的权威标准包括:美国防火协会NFPA59A:液化天然气(LNG)生产、储运和装运欧盟:EN1160:液化天然气的设备与安装-液化天然气的一般特性中国:GB/T19204-2003液化天然气的一般特性GB/T20368-2006液化天然气(LNG)生产、储存和装运LNG工艺与技术第二章LNG的生产工艺—预处理2.1天然气的预处理预处理的目的脱除原料气中的有害杂质及深冷过程中可能固化的物质。如:硫化氢、二氧化碳、水分、重烃和汞等。不同类型的LNG工厂所处理的原料气不一样,因此处理方法和工艺也不尽相同。调峰型工厂基本负荷型工厂注:1.A为无限时生产下的累积允许值;B为溶解度限制;C为产品规格。杂质含量极限依据H2O0.1mg/lACO250~100mg/lBH2S3.5mg/Nm3CCOS0.1mg/lC总含S量10~50mg/Nm3CHg0.01µg/Nm3A芳香烃族1~10mg/lA或B表2.2最大允许杂质含量2.1.2脱水-脱水的目的-常用方法:包括冷却法、吸收法、吸附法。冷却脱水冷却脱水是利用天然气的含水量随温度降低而减少的原理实现天然气脱水。此法只适用于大量水分的粗分离。通常用冷却脱水法脱除水分的过程中,还会脱除部分重烃。高压天然气的冷却脱水低压天然气的冷却脱水吸收脱水吸收脱水是用吸湿性液体(或活性固体)吸收的方法脱除气流中的水蒸气。用作脱水吸收剂的物质应具有以下特点:对天然气有很强的脱水能力;热稳定性好,脱水时不发生化学反应;容易再生;粘度小;对天然气和液烃的溶解度较低;起泡和乳化倾向小;对设备无腐蚀性;同时还应价格低廉,容易得到。1、甘醇脱水的基本原理甘醇是直链的二元醇,其通用化学式是CnH2n(OH)2。从分子结构看,每个甘醇分子中都有两个羟基(OH)。羟基在结构上与水相似,可以形成氢键,氢键的特点是能和电负性较大的原子相连,包括同一分子或另一分子中电负性较大的原子,所以甘醇与水能够完全互溶,并表现出很强的吸水性。因此甘醇水溶液可将天然气中的水蒸气萃取出来形成甘醇稀溶液,使天然气中水汽量大幅度下降。(1)甘醇胺溶液优点:可同时脱除水、CO2和H2S,甘醇能降低醇胺溶液起泡倾向。缺点:携带损失量较三甘醇大;需要较高的再生温度,易产生严重腐蚀;露点降小于三甘醇脱水装置,仅限于酸性天然气脱水。(2)二甘醇水溶液优点:浓溶液不会凝固;天然气中有硫、氧和CO2存在时,在一般操作温度下溶液性能稳定,高的吸湿性。缺点:携带损失比三甘醇大;溶剂容易再生,但用一般方法再生的二甘醇水溶液的体积分数不超过95%;露点降小于三甘醉溶液,当贫液的质量分数为95%一96%时,露点降约为28℃;投资高。(3)三甘醇水溶液优点:浓溶液不会凝固;天然气中有硫、氧、CO2存在时,在一般操作温度下性能稳定;高的吸湿性;容易再生,用一般再生方法可得到体积分数为98.7%的三甘醇水溶液;蒸气压低,携带损失量小,露点降大,三甘醇的质量分数为98%~99%时,露点降可达33~42℃。缺点:投资高;当有轻质烃液体存在时会有一定程度的起泡倾向,有时需要加入消泡剂。三甘醇脱水由于露点降大和运行可靠,在各种甘醇类化合物中其经济效果最好,因而国外广为采用。我国主要使用二甘醇或三甘醇,在三甘醇脱水吸收剂和固体脱水吸附剂两者脱水都能满足露点降的要求时,采用三甘醇脱水经济效益更好。(4)甘醇法脱水工艺流程流程中各设备的作用是:雾液分离器分离干气携带的TEG吸收塔是气流传质的场所,使气相中的水分转入TEG中;泵输送设备;贫液冷却器冷却贫甘醇以达到需要的温度;闪蒸器使富液闪蒸除去进入富液中的轻组分,减少再生塔的再生负荷;贫/富液热交换器使贫液温度下降,富液温度升高,充分利用热能;再生塔提浓富液的场所(精馏原理);缓冲罐缓冲、贮存、补充液体;过滤器过滤溶液,除去腐蚀产物及其它杂质,减少溶液发泡的可能性。利用此法须注意防止甘醇分解,当再生温度超过204℃及系统中有氧气及液态烃存在时,都会降低甘醇的pH值,促使甘醇分解。因此需要定期检查甘醇的pH值,要控制pH值大于7。在有条件时将甘醇用氮气保护,以防止氧化。甘醇法适用于大型天然气液化装置中脱除原料气所含的大部分水分。与采用固体吸附剂脱水的吸附塔比较,甘醇吸收塔的优点:①一次投资较低,压降少,可节省动力;②可连续运行:③容易扩建;④塔易重新装配;⑤可方便地应用于在某些固体吸附剂易受污染的场合。吸附脱水“吸附”的意思是一个或多个组分在界面上的富集(正吸附或简单吸附)或损耗(负吸附)。其机理是在两相界面上,由于异相分子间作用力不同于主体分子间作用力,使相界面上流体的分子密度异于主体密度而发生“吸附”。按吸附作用力性质的不同,可将吸附分为物理吸附和化学吸附两种类型。物理吸附是由分子间作用力,即范德华力产生的。由于范德华力是一种普遍存在于各吸附质与吸附剂之间的弱的相互作用力,因此,物理吸附具有吸附速率快,易于达到吸附平衡和易于脱附等特征。化学吸附是由化学键力的作用产生的,在化学吸附的过程中,可以发生电子的转移、原子的重排、化学键的断裂与形成等微观过程。吸附质与基质之间形成的化学键多为共价键,而且趋向于基质配位数最大的位置上。化学吸附通常具有明显的选择性,且只能发生单分子层吸附,还具有不易解吸,吸附与解吸的速率都较小,不易达到吸附平衡等特点。物理吸附和化学吸附是很难截然分开的,在适当的条件下,两者可以同时发生。(1)吸附法脱水的优缺点与液体吸收脱水的方法比较,吸附脱水能够提供非常低的露点,可使水的体积分数降至1×10-6m3/m3以下;吸附法对气温、流速、压力等变化不敏感;相比之下没有腐蚀、形成泡沫等问题;适合于对于少量气体的深度脱水过程。它的主要缺陷是基本建设投资大;一般情况下压力降较高;吸附剂易于中毒或碎裂;再生时需要的热量较多。吸附法脱水一般适用于小流量气体的脱水。对于大流量高压天然气脱水,如要求的露点降仅为22~28℃,一般情况下采用甘醇吸收脱水较经济;如要求的露点降为28~44℃,则甘醇法和吸附法均可考虑,可参照其它影响因素确定;如要求的露点降高于44℃,一般情况下应考虑吸附法脱水,至少也应先采用甘醇吸收脱水,再串接吸附法脱水。在某些情况下,特别是在气体流量、温度、压力变化频繁的情况下,由于吸附法脱水适应性好,操作灵活,而且可保证脱水后的气体中无液体,所以成本虽高仍应采用吸附法脱水。(2)常用吸附剂与目前在天然气净化过程中,主要使用的吸附剂有活性氧化铝、硅胶和分子筛三大类。活性炭的脱水能力甚微,主要用于从天然气中回收液烃。活性氧化铝其主要成分是部分水化的、多孔的和无定型的氧化铝,并含有少量的其它金属化合物。稳定性好,它常用于气体、油品和石油化工产品的脱水干燥。活性氧化铝干燥后的气体露点可低达-73℃。活性氧化铝宜在177-316℃下再生,因此其再生时耗热量较高。活性氧化铝吸附的重烃在再生时不易除去。氧化铝呈碱性,可与无机酸发生化学反应,故不宜处理酸性天然气。典型活性氧化铝组成硅胶这是一种坚硬无定形链状和网状结构的硅酸聚合物颗粒,为一种亲水性的极性吸附剂。硅胶对极性分子和不饱和烃具有明显的选择性,因此可用于天然气脱水。其吸附性能和其它吸附剂大致相同,一般可使天然气的露点达-60℃。硅胶很容易再生,再生温度为180~200℃。虽然硅胶的脱水能力很强,但易于被水饱和,且与液态水接触很易炸裂,产生粉尘。为了避免进料气夹带的水滴损坏硅胶,除了湿进料气进吸附塔前应很好地脱除液态水外,有时也采用在吸附床进口处,加一层不易被液态水破坏的吸附剂,称做吸附剂保护层。粗孔硅胶,如W型硅胶即可用于此目的。硅胶是粉状或颗粒状物质,粒子外观呈透明或乳白色固体。分子式为mSiO2·nH2O,它是用硅酸钠与硫酸反应生成水凝胶,然后洗去硫酸钠,将水凝胶干燥制成。其典型组成如表所示。天然气脱水用的是细孔硅胶,平均孔径20~30Å分子筛分子筛这是一种天然或人工合成的沸石型硅铝酸盐,天然分子筛也称沸石,人工合成的则多称分子筛。分子筛的物理性质取决于其化学组成和晶体结构。在分子筛的结构中有许多孔径均匀的孔道与排列整齐的孔穴。这些孔穴不仅提供了很大的比表面,而且它只允许直径比孔径小的分子进人,而比孔径大的分子则不能进人,从而使分子筛吸附分子有很强的选择性。分子筛是具有骨架结构的碱金属的硅铝酸盐晶体。是的一种高效、高选择性的固体吸附剂。其分子式如下:M2/nOAl2O3xSiO2yH2OM—某些碱金属或碱土金属离子,如Li、Na、Mg、Ca等;n—M的价数;x—SiO2的分子数;y—水的分子数。分子筛同其它吸附剂相比,具有以下优点:吸附选择性强,只吸附临界直径比分子筛孔径小的分子;另外,对极性分子也具有高度选择性,能牢牢地吸附住这些分子。脱水用分子筛
本文标题:LNG工艺与技术汇总
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