国内混合制冷剂液化工厂液化流程分析
国内混合制冷剂液化工厂液化流程分析
赵兵杰张建护王克宽牛虎理
（中国石油集团工程技术研究院）
摘要：目前世界上环保先进的国家都在推广使用液化天然气，我国对液化天然气与日剧增的需求极大的促进了液化天然气产业的蓬勃发展。但我国液化技术起步比较晚，尚没有完全掌握产业化的天然气液化技术和LNG装置成套技术。近几年来，国内陆续建立了一些小型的天然气液化装置，设计、调试、开车和培训大多依赖国外技术。本文就我国目前已投产及在建的天然气液化工厂混合制冷剂液化流程进行分析并对该技术进行了展望。
关键词：液化天然气液化LNG 混合制冷剂液化流程
Analysis of Liquefaction Process for Mixed Refrigerant Liquefaction
Plants in China
Bingjie Zhao  Jianhu Zhang  Kekuan Wang Huli Niu
CNPC Research Institute of Engineering Technology Abstract: Currently the world's advanced countries in environmental protection are promoting the use of liquefied natural gas, China's sharp increase of enormous demanding on liquefied natural gas that promotes liquefied natural gas industry to flourish. However, liquefaction technology in China started relatively late. It was not yet fully grasped the industrialization of liquefied natural gas plant technology and complete sets of LNG technology. In recent years, China gradually established a number of small-scale natural gas liquefaction plant, design, commissioning, and driving and training relies mainly on foreign technology. Then the liquefaction process of the China's current production and under construction liquefied natural gas plants in mixed refrigerant are analyzed, and proposed development of the mixed refrigerant liquefaction technology foresight.
Keywords: liquefied natural gas (LNG) ; liquefaction; mixed refrigerant; liquefaction process.
1 引言
液化天然气是世界公认的清洁能源，其应用有利于生态环境保护，尤其在工业中心和人口密集地区，使用液化天然气更具有优越性，目前世界上环保先进的国家都在推广使用液化天然气。中国对液化天然气与日剧增的需求极大的促进了液化天然气产业的蓬勃发展。但我国尚没有完全掌握产业化的天然气液化技术和LNG装置成套技术。液化技术掌握不仅能大
幅减少降低液化工厂的建设成本，而且能够为海洋石油天然气开发提供撬装式液化装置技术以及海上浮式液化装置技术[1]，在海上生产平台直接把天然气转变成液态，为我国南海小气田、边际气田及不宜铺设海底管道深海地区天然气开采储存运输提供技术保障，推动我国南海海洋石油天然气工业的快速发展。
2 天然气液化技术
作为液化装置的原料气，首先必须对天然气进行预处理。天然气的预处理包括脱除天然气中的水分，使天然气中水的露点足够低，从而防止低温下水凝结、冻结及水合物的形成；脱除酸性气体，如二氧化碳、硫化氢等，防止酸性气体对人体造成伤害以及堵塞和腐蚀管道及设备；脱除重烃，防止天然气液化时阻塞设备；脱除汞杂质，防止腐蚀换热冷箱铝制设备。经过与处理后，再经过低温冷冻工艺在-162℃下形成低温液体混合物(LNG)。以制冷方式天然气液化流程分为如下几种类型[2]。
2.1级联式液化流程
级联式液化流程也被称为介式液化流程、复叠式液化流程或串联蒸发冷凝液化流程，主要用于基本负荷型天然气液化装置。级联式液化流程的基本原理是较低温度级的循环将热量转移给相邻的较高温度级的循环，通过换热器的热量交换，逐步降低天然气的温度，直至天然气被液化、过冷，经节流降压后获得低温常压态液化天然气（LNG）。
级联式液化流程的优点是能耗较低，因制冷剂为纯物质，故无配比问题。各制冷系统与天然气液化系统彼此独立，相互影响较少，操作较稳定，适应性较强；该工艺流程的缺点是工艺较复杂，所需压缩机组和设备较多，初期投资较大。附属设备较多，必须要有生产和储存各种制冷剂的设备，各制冷循环系统不允许相互渗透，管线和控制系统复杂，造成工厂投产设备联动调试困难，管理维修不方便。对制冷剂纯度要求较为严格，且不适用于含氮量较多的天然气。该流程无法满足小型撬装式LNG装置，且有日益被混合冷剂液化流程取代的趋势。
隆重造句2.2带膨胀机的液化流程
带膨胀机液化流程是指利用高压冷剂，通过透平膨胀机绝热膨胀的克劳德循环实现天然气液化的流程。该流程制冷基本原理是：气体在膨胀机中膨胀降温的同时输出功，可用于压缩机驱动。当进入装置的原料气与离开装置的商品其存在“自然”压差时，液化工程就不需要“从外界”补充能量，而靠“自然”压差通过膨胀机制冷，使进入装置中的天然气液化。
根据制冷剂的不同，可分为氮气膨胀液化流程、氮气—甲烷混合膨胀液化流程和天然气
直接膨胀液化流程。系统液化率主要取决于膨胀比和膨胀效率。该流程具有如下优点：流程简单、调节灵活、工作可靠、易启动、易操作、维护方便；用天然气本身为工质时，省去专门生产、运输、储存冷冻剂的费用，投资适中，适用于天然气输送压力较高、而实际使用压力较低、中间需要降压的气
周的拼音
源场合，故给流程常用与液化能力较小的调峰型天然气液化装置，缺点是该流程液化率低，输入装置的气流需全部干燥。
2.3混合制冷剂液化流程彩铅画
混合冷剂液化流程（MRC）是以C1至C5的碳氢化合物及N2等五种以上的多组分混合制冷剂为工质，进行逐级的冷凝、蒸发、节流膨胀得到不同温度水平的制冷量，以达到逐步冷却和液化天然气的目的。
与级联式制冷工艺相比，混合制冷工艺具有流程短、机组少、投资低等优点；其缺点是能耗比阶式高，对混合制冷剂各组分的配比要求严格，设计计算较困难。根据制冷剂循环跟天然气液化过程是否分开，各自成一个独立的循环，分为闭式混合制冷剂液化流程和开式混合制冷剂液化流程。
春天朋友圈文案简短3 国内液化天然气工厂混合制冷剂液化流程对比
从液化技术的发展来看，早期的液化工厂主要采用阶梯式液化流程，后来逐渐被流程紧凑、操作便捷、投资较低的混合冷剂液化流程所替代，目前国际上新建的基本负荷型天然气液化工厂基本采用混合冷剂液化流程，即使是调峰型液化工厂混合冷剂液化流程也占有相当大的比例。因此，混合冷剂液化技术是目前世界液化技术研究的重点，国际上较为流行的商业化混合冷剂液化技术主要有APCI公司
MCRTM流程，SOFREGAZ的CII流程，B&V的Prico流程，Statoil/Linde公司的MFCP流程，Kryopak公司的PCMR流程，ConocoPhillips 公司的OCR流程。国内混合冷剂工艺的液化工厂已有4座，这为液化流程的总结、对比、优化提供了可行的客观条件。
3.1上海LNG工厂
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我国上海浦东的LNG调峰工厂是我国第一座调峰型天然气液化装置。该装置由法国燃气公司提供工艺设计、设备供应及技术服务，采用混合制冷剂液化流程（CII），如图1.该液化工厂日处理量为10×104 m3，液化能力为165 m3/d，汽化能力为120 m3/h，拥有2×104m3的液化天然气储罐，可满足上游最大停产期10天的下游供气量。
图1 CII 液化流程示意图
1.分馏塔
2.冷箱
3.低压压缩机
4.高压压缩机5、6、7、8 气液分离器9、10、11 节流阀 12、13 冷却器
预处理的天然气进入冷箱上部被冷却，在重烃分离器中进行气液分离，脱除重烃组分，分离出的天然气气相部分进入冷箱下部被冷凝和过冷，最后经节流阀节流降温，经管道输送至LNG储罐储存。在混合制冷剂循环中，冷箱出口的低压混合制冷剂蒸汽被压缩至中间压力，经中压级后冷却器部分冷凝后进入分馏塔。分馏塔底部的重组分液体进入冷箱上部蒸发制冷，用于预冷天然气和混合制冷剂；分馏塔上部的轻组分气体进入冷箱上部被冷却并部分冷凝，液体作为分馏塔的回流液，气体经高压压缩机压缩后进入冷箱预冷，气液分离后节流降温返回冷箱为天然气和混合制冷剂提供冷量，实现天然气的冷凝和过冷。
混合制冷剂液化天然气工厂装置液化单元包括制冷机压缩机组、混合制冷剂闪蒸塔、重烃分离器、整体式冷箱等核心该设备。技术特点如下：
(1) 该混合制冷剂液化流程采用CII液化流程，与级联式液化流程相比，具有装置工艺流程简单、动备数量少的特点，降低了工程投资和维护费用。
(2) 采用新型高效板翅式冷箱，换热效率高，装置占地面积小。
3.2新疆广汇LNG工厂
新疆广汇LNG工厂是国内第一座大规模基本负荷型LNG工厂[3~4](在世界天然气液化工业来说是个小型的)。该液化工厂采用德国LINDE公司高效闭式混合制冷剂剂液化工业技术。液化部分如图2。一期工程天然气日处理量为150×104m3 , LNG储罐容量为3×104m3。预处理后的天然气被输送至冷箱进行液化，冷区由集成在1个壳中的3个螺旋缠绕式换热器和几个气液分离器组成，冷箱包括三段：预冷段、液化段、深冷段。来自干燥单元的天然气首先在预冷段冷却到19℃，然后进入原料气重烃分离器分离掉重烃，气体在液化段管程中-102℃的温位下大部分被冷凝成液体，然后又在深冷段管程中冷却到大约-155℃, 过冷器温度由通过调节用作燃气透平机组运行所需的燃料气的储罐闪蒸气量来控制，最后经节流降温至-162℃，经管道输送至LNG储槽。
闭式混合制冷剂循环通过调节阀在三个不同的温度级节流膨胀降低冷剂温度为冷箱提供冷量。从冷箱返流的混合制冷剂蒸气经三级压缩机压缩，风冷器冷却，进入分离器进行气液分离，气液两相分别进入冷箱预冷段。液体在预冷段过冷，再经过节流阀节流膨胀降压降温，与后续流程的返流气混合后共
同为预冷段提供冷量，冷却天然气、气态混合制冷剂和需过冷的液态制冷剂；气态制冷剂经预冷段冷却后以气液混合状态进入混合冷剂分离器分离，气相和液相分别流入液化段，液相经过冷和节流阀节流膨胀降压降温后，与返流气混合为液化段提供冷量，天然气进一步降温，气相流体也被部分冷凝；过冷段中的换热过程与预冷段和液化段相同，制冷剂在液化段中被冷却后，在过冷段中进行过冷，然后经节流阀节流降压降温后返回该段，冷却天然气和制冷剂，为天然气的过冷提供最终冷量。
新疆广汇LNG工厂液化单元具有如下特点：
（1）由重烃分离器分离出的重烃去做透平机燃料。
（2）液化流程用螺旋缠绕式冷箱，在大型基本负荷型液化装置中通常采用此类型冷箱。
（3）冷箱为三段式：预冷/-19℃、液化/-102℃、深冷/-155℃。冷剂通过三级节流膨胀降温制冷，最终将天然气全液化。液化天然气为冷箱上部出液。
（4）冷箱内天然气压力为6.0MPa，提高了天然气的临界液化温度。
图2新疆广汇LNG工厂液化流程图
1.重烃分离器
2.冷箱
3. 混合冷剂分离器4、5、6调节阀
3.3中海石油珠海LNG工厂、新星能源鄂尔多斯LNG工厂
中海石油珠海LNG工厂、新星能源鄂尔多斯LNG工厂均采用美国B&V公司的Prico 液化流程，液化部分如图3。中海石油珠海LNG工厂天然气日处理量为60×104m3 , LNG储罐容量为3850m3，液化工厂现已投产，是目前国内本地化程度最高的基本负荷型液化天然气工厂。
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预处理后的天然气从顶部进入冷箱，向下流动至冷箱底部的冷端。该冷箱为高效板翅式

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