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常用天然氣液化流程
在日常學(xué)習(xí)、工作和生活中，許多人都有聽說過天然氣吧，但是你知道使用天然氣有很多講究嗎？以下是小編整理的常用的天然氣液化流程，歡迎大家借鑒與參考，希望對大家有所幫助。
天然氣液化流程有哪些
不同液化工藝流程，其制冷方式各不相同。在天然氣液化過程中，常用天然氣液化流程主要包括級聯(lián)式:液化流程、混合制冷劑液化流程與帶膨脹機(jī)的液化流程，它們的制冷方式如下。
一、級聯(lián)式液化流程
由若干個(gè)在不同溫度下操作的制冷循環(huán)重疊組成，其中的高、中、低溫部分分別使用高、中、低溫制冷劑。高溫部分中制冷劑的蒸發(fā)用來使低溫部分中的制冷劑冷凝，低溫部分制冷劑再蒸發(fā)輸出冷量，用幾個(gè)蒸發(fā)冷凝器將這幾部分聯(lián)系起來。蒸發(fā)冷凝器既是高溫部分的蒸發(fā)器又是低溫部分的冷凝器。對于天然氣液化，多采用由丙烷、乙烯和甲烷為制冷劑的三級復(fù)疊式制冷循環(huán)。
級聯(lián)式液化流程的優(yōu)點(diǎn)主要包括：
1、逐級制冷循環(huán)所需的能耗最小，也是目前天然氣液化循環(huán)中效率最高的流程。
2、與混合制冷劑循環(huán)相比，換熱面積較小；
3、制冷劑為純物質(zhì)，無配比問題；
4、各制冷循環(huán)系統(tǒng)與天然氣液化系統(tǒng)彼此獨(dú)立，相互影響少、操作穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)、技術(shù)成熟。
級聯(lián)式液化流程的缺點(diǎn)：
1、流程復(fù)雜、所需壓縮機(jī)組或設(shè)備多，至少要有3臺壓縮機(jī)，初期投資大；
2、附屬設(shè)備多，必須有生產(chǎn)和儲存各種制冷劑的設(shè)備，各制冷循環(huán)系統(tǒng)不允許相互滲漏，管線及控制系統(tǒng)復(fù)雜，管理維修不方便；
3、對制冷劑的純度要求嚴(yán)格。
根據(jù)級聯(lián)式液化流程的以上特點(diǎn)，該流程無法滿足小型撬裝式LNG裝置對設(shè)備布局要求簡單緊湊的要求，因此只適用于大型裝置，常用于2 X 104~5 X 104m3/d的裝置。通過優(yōu)化設(shè)備的配置，級聯(lián)式液化流程可以與在基本負(fù)荷混合制冷劑廠中占主導(dǎo)地位的帶預(yù)冷的混合制冷劑循環(huán)相媲美。
二、混合制冷劑液化流程
該工藝是20世紀(jì)60年代末期，由級聯(lián)式制冷工藝演變而來的，多采用烴類混合物(N2、C1、C2、C3、C4、C5)作為制冷劑，代替級聯(lián)式制冷工藝中的多個(gè)純組分，其組成根據(jù)原抖氣的組成和壓力確是，利用多組分混合物中重組分先冷凝、輕組分后冷凝的特性，將其依次冷凝、分離、節(jié)流、蒸發(fā)得到不同溫度級的冷量，又據(jù)混合制冷劑是否與原料天然氣相混合，分為閉式和開式兩種混合制冷工藝。
混合制冷劑液化流程的特點(diǎn)是什么?
以C1~C5的碳?xì)浠衔锛癗2等五種以上的多組分混合制冷劑為工質(zhì)，進(jìn)行逐級的冷凝、蒸發(fā)、節(jié)流、膨脹得到不同溫度水平的制冷量，以實(shí)現(xiàn)逐步冷卻和LNG的工藝流程稱之為混合制冷劑液化流程（Mixed-Refrigerant Cycle， MRC），這種流程一般用于液化能力為7 443X 10~30 X I0m/d的裝置。
與級聯(lián)式液化流程相比，MRC的優(yōu)點(diǎn)是：
1、機(jī)組設(shè)備少、流程簡單、投資省，比經(jīng)典級聯(lián)式液化流程的投資費(fèi)用低15%~20%左右；2、管理方便；
3、對制冷劑的純度要求不高；;
4、混合制冷劑組分可以部分或全部從天然氣本身提取與補(bǔ)充。
其缺點(diǎn)是：
1、單級制冷劑的循環(huán)能耗比級聯(lián)式液化流程高，一般高10%--20%左右；
2、混合制冷劑的合理配比難確走;
3、流程計(jì)算需提供各組分可靠的平衡數(shù)據(jù)與物性參數(shù)，計(jì)算固難。
MRC是目前最具活力和生命力的制冷工藝，其最大特點(diǎn)是混合工質(zhì)在換熱器內(nèi)的熱交換過程是一個(gè)變溫過程，能與同樣是混合組分的天然氣相匹配，因此可使冷熱流體間的換熱溫差保持較低的水平，這實(shí)質(zhì)上等價(jià)于級聯(lián)式液化流程在無窮級數(shù)時(shí)的極限，而且又避免了級聯(lián)式系統(tǒng)復(fù)雜的缺點(diǎn)。MRC代表了天然氣液化技術(shù)的發(fā)展趨勢。
從以上分析可以看出，混合制冷劑液化流程由于具有設(shè)備少、流程簡單等優(yōu)點(diǎn)，因此可以作為小型LNG裝置的候選流程。雖然能耗比級聯(lián)式高，但是通過合理的流程設(shè)計(jì)，可以顯著降低其能耗指標(biāo)。
三、帶膨脹機(jī)的液化流程
膨脹制冷循環(huán)多采用逆布雷頓循環(huán) (Reverse-Brayton)，在該循環(huán)中工質(zhì)通過壓縮機(jī)等熵壓縮，經(jīng)冷卻器冷卻，然后在透平膨脹機(jī)內(nèi)等摘絕熱膨脹并對外做功，從而獲得低溫氣流來制取冷量。在天然氣液化過程中，膨脹制冷主要采用以下四種形式：天然氣直接膨脹制冷、氮?dú)馀蛎浿评�、氮�(dú)?甲烷混合膨脹制冷、氣波制冷機(jī)--透平膨脹機(jī)聯(lián)合制冷。
帶膨脹機(jī)液化流程的制冷原理及特點(diǎn)是什么?
帶膨脹機(jī)液化流程(Expandler Cyde)是指利用高壓制冷劑，通過透平膨脹機(jī)絕熟膨脹的克勞德循環(huán)制冷，實(shí)現(xiàn)天然氣液化的流程。其關(guān)鍵設(shè)備是透平膨脹機(jī)，它具有較高的等熵效率及膨脹功可回收的優(yōu)點(diǎn)。因此，這種流程越來越受到液化能力較小的調(diào)峰型LNG裝置的青睞，一般用于液化能力為7 X 104~ 70 X104m3/d的裝置。帶膨脹機(jī)液化流程制冷的基本原理是：氣體在膨脹機(jī)中膨脹降溫的同時(shí)輸出功，可用于壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)；當(dāng)進(jìn)入裝置的原料氣與離開裝置的商品氣存在"自然"壓差時(shí)，液化過程將無需“從外界”補(bǔ)充能量，而是靠"自然"壓差通過膨脹機(jī)制冷來實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)制冷劑的不同，可分為氮?dú)馀蛎浺夯鞒�、氮�(dú)鈤甲烷混合膨脹液化流程和天然氣直接膨脹液化流程.
1、天然氣直接膨脹液化流程
該流程是指直接利用氣田來的高壓天然氣，在膨脹肌中絕熱膨脹到輸送管道的壓力，從而實(shí)現(xiàn)天然氣液化的流程，特別適用于管線壓力高、實(shí)際使用壓力較低、中間需要降壓的場合。由于進(jìn)人膨脹機(jī)的天然氣不需要脫除C02，而只需對液化部分的原料氣進(jìn)行C02的脫除，預(yù)處理氣量大為減少。裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，儲罐蒸發(fā)的天然氣經(jīng)返回氣壓縮機(jī)壓縮后，回到系統(tǒng)進(jìn)行液化。該流程可省去專門生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲存制冷劑的費(fèi)用；具有流程簡單、設(shè)備緊湊、投資小、調(diào)節(jié)靈活、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。但是，該液化流程不能獲得像氮?dú)馀蛎浺夯鞒棠菢拥偷臏囟�、循環(huán)氣量大、液化率低，且膨脹機(jī)的工作性能受原料氣壓力和組成變化的影響較大，對系統(tǒng)的安全性要求較高。
2、氮?dú)馀蛎浺夯鞒?/strong>
它是直接膨脹液化流程的一種變型，氮?dú)庵评溲h(huán)回路與天然氣液化回路分開，氧氣制冷循環(huán)為天然氣提供冷量。其優(yōu)點(diǎn)是對原料氣組分變化有較大的適應(yīng)性，液化能力強(qiáng)，整個(gè)系統(tǒng)簡單、操作方便；但冷熱流體間的換熱溫差和換熱面積較大，能耗較高，比混合制冷劑循環(huán)高40%左右。
3、氮?dú)鈤甲烷混合膨脹液化流程
它是氮膨脹液化流程的一種改進(jìn)，可縮小冷端的換熱溫差。與混合制冷劑循環(huán)相比較，具有流程簡單、控制容易、啟動(dòng)時(shí)間短，比純氮?dú)馀蛎浿评涔?jié)省10%--20%的動(dòng)力能耗等優(yōu)點(diǎn)。
四、如何選擇液化裝置的液化流程
如果液化裝置的處理能力不大(2 X 104 --5 X 104m3 /d)，則前述液化流程都可采用；而對于所生產(chǎn)的LNG是供海運(yùn)的大型液化裝置（1.5 X 106 -5 X 106 m3 /d），則只能采用純制冷劑或多組分制冷劑的級聯(lián)式液化流程，這主要是因?yàn)榧壜?lián)式液化流程盡管從工藝上看較復(fù)雜，但與其他液化流程相比，其動(dòng)力費(fèi)用卻較低。
對于液化裝置的液化流程的選擇，必須綜合考慮以下因素：
1、裝置的用途及處理能力；
2、被液化的天然氣組成、壓力以及產(chǎn)品組分、壓力和溫度等要求；
3、主要設(shè)備類型及性能。
不同液化流程的運(yùn)行可靠性不僅依賴于液化流程與機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定性，而且與控制回路的復(fù)雜程度有關(guān)，無論采用何種液化流程，當(dāng)啟動(dòng)液化設(shè)備時(shí)，必須保證設(shè)備的冷卻速率在20--30C/h之間，以防止產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。然而，各種液化流程的復(fù)雜程度與流程設(shè)備數(shù)量的不同，都將引起啟動(dòng)時(shí)間的差異。因此，只有在對比分析不同液化流程的投資成本、比功耗、運(yùn)行要求以及操作靈活性的基礎(chǔ)上，才能確定最佳的液化流程。
首先，可以根據(jù)原料氣的組成性質(zhì)及液化產(chǎn)品要求，提出多種液化流程的候選方案；其次，采用適當(dāng)?shù)膶I(yè)軟件對這些候選液化就程進(jìn)行模擬計(jì)算，目前，可供選擇的國外專業(yè)軟件主要包括HYSYS、HTFS、ASPEN PLUS、PRO/B和CHEMCAD等；最后，分析和比較關(guān)鍵的流程參數(shù)，從而確定最佳的液化流程方案.
基本負(fù)荷型液化裝置常用什么液化流程
基本負(fù)荷型天然氣液化裝置的液化單元常用級聯(lián)式液化流程和混合制冷劑液化流程。20世紀(jì)60年代，最早建設(shè)的天然氣液化裝置多來用級聯(lián)式液化流程； 20世紀(jì)70年代，多采用混合制冷劑液化流程；20世紀(jì)80年代后，新建與擴(kuò)建的基本負(fù)荷型天然氣液化裝置，幾乎全部來用丙烷預(yù)冷混合制冷劑液化流程。
調(diào)峰型天然氣液化裝置常用什么液化流程
調(diào)峰型天然氣液化裝置常用以下三種類型的液化流程
1、鍛聯(lián)式液化流程，早期應(yīng)用廣泛，后來基本上停用；
2、混合制冷劑融化流程；
3、膨脹機(jī)液化硫程，由于該流程操作比較簡單、投資適中，因此特別適用于液化能力小的調(diào)峰型天然氣液化裝置。
天然氣常見液化流程
1、級聯(lián)式液化流程
基本原理：
較低溫度級的循環(huán)將熱量傳遞給相鄰的較高溫度級的循環(huán)，通過換熱器的熱量交換，逐步降低天然氣的溫度，直至天然氣液化。
優(yōu)點(diǎn)：
能耗較低，因?yàn)橹评鋭榧兾镔|(zhì)，故無配比問題，各制冷劑與天然氣液化系統(tǒng)彼此獨(dú)立，相互影響較少，操作較穩(wěn)定，適應(yīng)性較強(qiáng)。
缺點(diǎn)：
工藝較復(fù)雜，所需壓縮機(jī)和設(shè)備較多，初期投資較大。附屬設(shè)備較多，必須有生產(chǎn)和儲存各種制冷劑的設(shè)備，各制冷劑循環(huán)不允許相互滲透，管線和控制系統(tǒng)復(fù)雜，造成工廠投產(chǎn)設(shè)備聯(lián)動(dòng)調(diào)試?yán)щy，維修管理不方便。對制冷劑純度要求較為嚴(yán)格，且不適用于含氮量較多的天然氣液化過程。
帶膨脹機(jī)的液化流程
基本原理：
氣體在膨脹機(jī)中膨脹降溫的同時(shí)輸出功，可用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。
根據(jù)制冷劑的不同，可分為氮?dú)馀蛎浺夯鞒獭⒌獨(dú)猓淄榕蛎浺夯鞒毯吞烊粴庵苯优蛎浺夯鞒獭?/p>
系統(tǒng)液化流程主要取決于膨脹比和膨脹效率。
優(yōu)點(diǎn)：
流程簡單、調(diào)節(jié)靈活、工作可靠，易啟動(dòng)、易操作、維護(hù)方便。
缺點(diǎn)：
液化率低。
混合制冷劑液化流程
基本原理：
以C1至C5的碳?xì)浠衔镆约暗獨(dú)獾任宸N以上的多組分混合制冷劑為工質(zhì)，進(jìn)行逐級節(jié)流膨脹得到不同的溫度水平，已達(dá)到逐步冷卻和液化天然氣的目的。
優(yōu)點(diǎn)：
流程短、機(jī)組少、投資較低。
缺點(diǎn)：
能耗較高，對混合制冷劑各組分的配比要求嚴(yán)格，設(shè)計(jì)計(jì)算比較困難
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