福建天然气液化及储运技术

    液化天然气(LNG)的工艺流程大致分为两部分，即净化过程和液化过程，净化是天然气液化的首要过程。

    1. 天然气净化

    天然气净化主要是“三脱”过程，即干燥脱水、脱烃类成份以及脱酸性气体。此外，根据地质条件不同，通常还需进行其他一些净化过程，如除去油脂、除去汞、除去CO₂等工艺。

    (1) 酸性气体脱除 采用溶剂与流程的选择主要根据原料气的组份、压力、对产品的规格要求、总成本与运行费用的估算而定。

    世界上通用的LNG工厂的酸气吸收工艺主要有三种，即MEA(单乙醇胺法)洗涤吸收

过程、BENFIELD(钾碱法)过程和SULFINOL(砜胺法)过程。

    MEA法：脱酸剂为15%～25%的单乙醇胺水溶液。主要是化学吸收过程，操作压力影响较小，当酸气分压较低时用此法较为经济。此法工艺成熟，同时吸收CO₂和H₂S的能力较强，尤其在CO₂浓度比H₂S浓度较高时应用，亦可部分脱除有机硫。缺点是须较高再生热、溶液易发泡、与有机硫作用易变质等。

BENFIELD法：脱酸剂为20%～35%的碳酸钾溶液中加入烷基醇胺和硼酸盐等活化剂。主要是化学吸收过程，在酸气分压较高时用此法较为经济。该方法流程图如图8-2所示，压力对操作影响较大，在CO₂浓度比H₂S浓度较高时适用，此法所需的再生热较低。

    SULFINOL法：脱酸剂为环丁砜、二异丙醇胺和甲基二醇胺水溶液，兼有化学和物理吸收作用。天然气中酸气分压较高，在H₂S浓度比CO₂浓度较高时，此法较经济，净化能力强，能脱除有机硫化物，对设备腐蚀小。缺点是价格较高，能吸收重烷。

    (2) 脱水干燥 天然气采用的脱水方法大都是分子筛吸附。因为它具有吸附选择能力强，低水汽分压下的高吸附特点以及同时可以进一步脱除残余酸性气体等优点。当前使用最多的是0.4nm分子筛。这种分子筛是用适当的粘合剂把人造沸石晶体结合成较大颗粒，比如1.6～3.2mm直径的小球，当天然气通过充满这种分子筛的填料床时，就可以除去水分，得到干燥。

    (3) 去汞处理 若天然气中含有汞，即使是极少量的汞成份(包括单质汞、汞离子及有机汞化合物)，都会造成铝合金材料设备的腐蚀，还会引起催化剂中毒，造成环境污染及检修时对人体的危害，而当有水分存在时会增强这种伤害，最好的干燥方法也不能保证100%的去除水分，因而必须把汞减少到尽可能低的程度。目前，LNG工艺生产中，采用的是再生的汞吸收剂法去除汞。

    2. 天然气的液化过程

    预处理(净化和干燥)后的天然气被送到液化装置液化。天然气液化主要是通过气体深

冷凝结实现的，在常压下需深冷至-162℃制取LNG，在压力下操作深冷温度可稍高一些。此外，也可采用液氮的深低温补冷工艺。在深低温制冷生产LNG工艺中，往往可利用天然气压力经膨胀机实现低温制冷，一般温度可达-80～-90℃，若天然气压力高，可实现更低的温度。由于地质结构不同，天然气的井口压力差异较大，若天然气的压力较低，往往需要压缩机进行气体压缩，实施膨胀制冷。对于膨胀制冷无法达到所需的深低温程度，也可利用液氮实施LNG装置的补冷，使温度达到-162℃，完成天然气的低温液化。

    归纳上述天然气的液化过程，可有三种实现低温的技术，即天然气自身压力膨胀制冷、压缩机压缩膨胀制冷和液氮低温制冷。

    一般要求在LNG的生产工艺中，必需对天然气脱净CO₂，防止形成的固体二氧化碳堵塞管道和阀门等。

液化的工艺流程装置框图如图8-3所示。

    在天然气液化生产工艺中，制冷系统通常采用气体膨胀制冷机，一方面可达到深低温制冷，另一方面可利用天然气自身具有较高压力的特点，实现能量的自身转化和简化工艺流程。图8-4和图8-5分别为气体膨胀制冷的原理流程和热力过程循环。

      

    气体膨胀制冷是利用气体的状态变化，实现逆向循环来制冷。它属于显热形式制冷，因此效率较低。由于气体比热较小，比容高，所以气缸容积必须很大，机体体积大，制冷量低。但理论上讲，若充分膨胀可便于实现深低温制冷。

    压缩机及其驱动机是天然气液化的主要设备，压缩机是制冷系统的重要组成部分。气体压缩制冷系统可选用离心式压缩机和轴流式压缩机，在有预冷工艺流程中一般选用离心式压缩机，因离心式压缩机适应于较低的流率和较高的压缩比。但对于大流量制冷系统，轴流式压缩机更为理想，其应用较为灵活，比离心式压缩机热效率高，可靠性强，且容易启动，可以减少旋转机械的数量，增加了可靠性，相应地减少投资。对比同样功率用量的离心式压缩机，轴流式压缩机的LNG产量可提高5%，因而生产每吨LNG的运行成本可大大降低。