【精品推荐】小型氮膨胀天然气液化流程的设计及优化分析

天然气液化工艺流程分析及其优选作者：马琳来源：《科技创新与应用》2017年第25期摘要：天然气是重要的民生物资，在实际对接市场的过程中往往以液化气的形式而存在。

不同的液化装置在效率、能耗等方面存在一定的差异，故而做好其流程分析与优选对后续具体的工作体系构建与相关的工程建设具有积极意义。

文章以此为切入点在系统探究流程的基础上对不同工艺的特征进行总结，旨在为具体的优选提供必要基础。

关键词：天然气；液化工艺；流程分析；工艺优选中图分类号：TE646 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）25-0065-02天然气是重要的清洁能源物质，对人民的生活与生产具有决定性作用。

在实际的运行过程中，往往通过液化技术来做到对天然气的提纯与压缩，进而帮助其更好的参与运输、销售及应用。

在实际的工艺流程中，其大致可以分为如下三个环节，即提纯、液化、分装。

其中提纯与液化为主要的质量控制过程。

而从实践经验来看，不同的工艺选择往往决定于相关液化流程的实际产能、成本规划等，也各自具有不同的特征。

根据企业的实际情况进行合规的优选能够有效的形成对生产成本的控制、对生产质量的控制以及对设备效能的提升。

本文以此为研究目的，对相关流程工艺进行分析，并探究不同模式下的优劣，旨在为后续的优选提供决策参考。

1 天然气液化工艺优化原则分析天然气液化工艺是天然气生产与输送的关键，该环节也是运输与销售过程中的主要耗能环节，并对安全生产有着较高的要求。

在此基础上，现阶段针对其工艺流程的设计与优化成为了研究的重点。

按照现行不同的工艺流程其安全系数、操作难度、设备场地、设备成本、工艺运维均存在较大的不同。

探究各类工艺与设备的原理与工况不同是形成有效选择与工艺优化的基础。

在实际的设计与应用过程中工艺优化应该本着如下原则来进行：一是需要保障工艺的合规性：所谓的合规性主要是指工艺的设计需要符合相关的科学事实以及现阶段的技术特征。

尤其是在天然气液化的过程中由于对生产安全具有较高的要求，更是对其技术的成熟程度有着较高的要求，通过实验工艺以及试运行工艺的方式来确定新型技术的稳定性与参数是一种可行模式，而不能贸然的大范围引入并不成熟的相关技术，以免形成安全生产事故；二是需要保障工艺的适应性：所谓的适应性主要是指不同的天然气液化工艺流程需要根据天然气的原料气特性来进行规划。

天然气液化工艺流程分析及其优选天然气是重要的民生物资，在实际对接市场的过程中往往以液化气的形式而存在。

不同的液化装置在效率、能耗等方面存在一定的差异，故而做好其流程分析与优选对后续具体的工作体系构建与相关的工程建设具有积极意义。

文章以此为切入点在系统探究流程的基础上对不同工艺的特征进行总结，旨在为具体的优选提供必要基础。

标签：天然气；液化工艺；流程分析；工艺优选天然气是重要的清洁能源物质，对人民的生活与生产具有决定性作用。

在实际的运行过程中，往往通过液化技术来做到对天然气的提纯与压缩，进而帮助其更好的参与运输、销售及应用。

在实际的工艺流程中，其大致可以分为如下三个环节，即提纯、液化、分装。

其中提纯与液化为主要的质量控制过程。

而从实践经验来看，不同的工艺选择往往决定于相关液化流程的实际产能、成本规划等，也各自具有不同的特征。

根据企业的实际情况进行合规的优选能够有效的形成对生产成本的控制、对生产质量的控制以及对设备效能的提升。

本文以此为研究目的，对相关流程工艺进行分析，并探究不同模式下的优劣，旨在为后续的优选提供决策参考。

1 天然气液化工艺优化原则分析天然气液化工艺是天然气生产与输送的关键，该环节也是运输与销售过程中的主要耗能环节，并对安全生产有着较高的要求。

在此基础上，现阶段针对其工艺流程的设计与优化成为了研究的重点。

按照现行不同的工艺流程其安全系数、操作难度、设备场地、设备成本、工艺运维均存在较大的不同。

探究各类工艺与设备的原理与工况不同是形成有效选择与工艺优化的基础。

在实际的设计与应用过程中工艺优化应该本着如下原则来进行：一是需要保障工艺的合规性：所谓的合规性主要是指工艺的设计需要符合相关的科学事实以及现阶段的技术特征。

尤其是在天然气液化的过程中由于对生产安全具有较高的要求，更是对其技术的成熟程度有着较高的要求，通过实验工艺以及试运行工艺的方式来确定新型技术的稳定性与参数是一种可行模式，而不能贸然的大范围引入并不成熟的相关技术，以免形成安全生产事故；二是需要保障工艺的适应性：所谓的适应性主要是指不同的天然气液化工艺流程需要根据天然气的原料气特性来进行规划。

天然气液化工艺流程方案选择优化液化厂的工艺系统主要包括净化工艺系统、液化工艺系统和存储系统。

工艺优化主要体现在：液化中制冷方式的优化和储存方式的优化。

一、液化制冷方式的选择：天然气液化为低温过程。

天然气液化所需冷量是靠外加制冷循环来提供，配备的制冷系统就是要使得换热器达到最小的冷、热流之温差，并因此获得极高的制冷效率。

天然气液化的制冷系统已非常成熟，常用的工艺有：阶式制冷循环、混合冷剂制冷循环、膨胀机制冷循环。

1、阶式制冷循环阶式制冷循环1939 年首先应用于液化天然气产品，装于美国的Cleveland，采用NH3、C2H4为第一、第二级制冷剂。

经典阶式制冷循环由三个独立的制冷系统组成。

级联式液化流程图第一级采用丙烷做制冷剂，经过净化的天然气在丙烷冷却器中冷却到-35～-40℃，分离出戊烷以上的重烃后进入第二级冷却。

由丙烷冷却器中蒸发出来的丙烷气体经压缩机增压，水冷却器冷却后重新液化，并循环到丙烷冷却器。

第二级采用乙烯做制冷剂，天然气在第二级中被冷却到-80～-100℃，并被液化后进入第三级冷却。

第三级采用甲烷做制冷剂，液化天然气在甲烷冷却器中被过冷到-150～-160℃，然后通过节流阀降压，温度降到-162℃后，用泵输送到LNG 贮槽。

甲烷冷却器中蒸发出来的气体经增压、水冷后，在丙烷冷却器中冷却、在乙烯冷却器中液化后，循环到甲烷冷却器。

经典阶式制冷循环，包含几个相对独立、相互串联的冷却阶段，由于制冷剂一般使用多级压缩机压缩，因而在每个冷却阶段中，制冷剂可在几个压力下蒸发，分成几个温度等级冷却天然气，各个压力下蒸发的制冷剂进入相应的压缩机级压缩。

各冷却阶段仅制冷剂不同，操作过程基本相似。

从发展来看，最初兴建LNG 装置时就用阶式制冷循环的着眼点是：能耗最低，技术成熟，无需改变即可移植用于LNG 生产。

随着发展要求而陆续兴建新的LNG 装置，这时经典的阶式制冷循环就暴露出它固有的缺点：1）经典的阶式制冷循环由三个独立的丙烷、乙烯、甲烷制冷循环复迭而成。

天然气液化流程工艺优化研究摘要：本文论述了目前国内外液化天然气设备，根据不同的制冷剂，膨胀制冷循环可分为：氮膨胀制冷循环，氮甲烷气体膨胀制冷循环，天然气膨胀制冷循环。

和制冷循环和混合制冷剂制冷循环过程，氮膨胀循环的过程非常简单，紧凑，成本低。

启动快，热启动从2开始4小时得到全负荷，操作灵活，适应性强，容易操作和控制，安全性好，不会引起火灾或爆炸。

关键词：天然气液化流程氮-甲烷制冷液化设备系统主要包括净化系统，液化系统和存储系统。

工艺流程过程优化，主要体现在：在制冷模式优化和存储方式的优化，下面对制冷模式优化进行分析比较。

一、天然气液化装置的国内外现状天然气的主要成分是甲烷，甲烷常压沸点- 161℃，临界温度-84℃，临界压力4.1mpa。

液化天然气液化天然气的简称是LNG，它是天然气净化后（脱水，烃，去除酸性气体去除后的），采取气体扩张和外部冷源制冷技术使甲烷转化成液体形式。

1、国外液化装置现状国外液化装置规模大，工艺复杂，设备，投资高，基本采用制冷和混合制冷剂的制冷技术，目前两者在运作，新的生产设计主要是混合制冷剂制冷技术，研究的主要目的是降低能源消耗的液化。

从制冷的制冷工艺改为混合制冷剂循环，有报道和Ⅱ- 2新技术，该技术具有纯组分环，如简单，无相分离和容易控制，和混合制冷剂循环的优点，如天然气和制冷剂的制冷温度的少，效率高，设备简单等。

2、国内液化装置现状与国外的情况进行比较，我们发现不同的是，国内天然气液化的研究都是以小规模的液化技术为目标，下面对国内现有的天然气液化装置技术进行简介。

（1）四川液化天然气装置由中国科学院北京分公司天然气液化技术和四川简阳市科阳制冷设备公司合作研制的300 L /小时天然气液化装置，是使用液化天然气的工业及民用燃气调峰，以气代油示范项目。

该设备建于主要致力于天然气汽车研究。

该装置充分利用天然气压力，燃气涡轮膨胀机制冷液化天然气，用于民用天然气调峰或液化天然气生产，工艺合理，使用天然气透平膨胀机，更先进的技术。

天然气液化工艺及设备的研究与设计近年来，随着工业和生活用气需求的增加以及能源结构转型的推动，液化天然气已经成为全球能源市场上备受瞩目的能源形式之一。

液化天然气的生产、储存、运输与利用，都需要相关的天然气液化工艺和设备来支撑。

那么，天然气液化工艺与设备都有哪些研究方向和发展趋势呢？一、天然气液化工艺的研究与发展天然气液化工艺是将天然气通过一系列的处理、分离、压缩、 cooled、稳定、恢复能量等步骤，将其逐渐转化为液态状态，并且实现其长时间和高效地储存和运输。

天然气液化工艺根据其采用的冷却方式和工艺流程的形式，一般被分为深冷工艺和间接式工艺两种类型。

其中，深冷工艺又称为极端冷却工艺，采用“均相”深冷的方法，将天然气冷却至-160°C以下，再实现其液化。

而间接式工艺则是在经过一系列的净化和压缩处理后，将天然气进一步冷却至-40°C左右，利用液化烃类物质来实现天然气的液化。

当前，我国天然气液化工艺的研究与发展已经较为成熟，具有较强的实际应用价值。

但是，依旧需要关注以下几个方面的发展：1. 提高天然气液化效率提高天然气液化效率是当前天然气液化工艺的重点研究方向。

其核心是控制工艺流程，减少能量损失，达到更加高效和环保的目的。

2. 降低液化成本目前，天然气的开采和加工都需要投入很大的资金，在生产环节会有所降低，但是液化加工是天然气成本中的重要组成部分。

因此，降低成本是天然气液化工艺的一个非常重要的发展趋势。

3. 探索新的液化工艺当前世界上常用的液化天然气工艺仍然是相对传统的深冷和间接式工艺，未来还需要探索新的液化工艺，并尝试实现液化天然气生产的更加自动化和智能化，为实现能源的清洁和可持续性发展提供应用基础。

二、天然气液化设备的研究与设计天然气液化设备是天然气液化工艺的重要组成部分，主要包括压缩机组、冷却器组、储罐和装载机组等方面的设备。

针对现有开采工艺、天然气纯度和贮存容器等情况，需要设计不同的液化设备和配置设施。

低温与超导第36卷　第5期制冷技术Refrigerati on Cryo .&Supercond .Vol .36　No .5收稿日期:2008-03-04作者简介:张维江(1980-),男,博士研究生,主要从事天然气液化方面的研究。

几种国外新型的小型天然气液化流程分析张维江,石玉美,汪荣顺(上海交通大学制冷与低温工程研究所,上海200240)摘要:液化流程的设计是小型天然气液化装置开发研制的关键。

文中介绍了国外天然气液化装置研究机构和设计制造公司所提出的几种小型天然气液化流程,阐述和分析了其液化方法和特点,指出国外小型天然气液化流程制冷主要采用了天然气膨胀循环,制冷剂膨胀循环和混合制冷剂循环;其液化装置采取了模块化定制成撬块的思路,并且考虑了环保性。

认为膨胀制冷方法在小型天然气液化流程中将得到广泛的应用。

关键词:液化流程;液化装置;液化方法;膨胀制冷Flows ana lysis on severa l k i n ds of fore i gn new sma ll -sca le na tura l ga s liquefacti onZhangW eijiang,Shi Yu mei,W ang Rongshun(I nstitute of Refrigerati on and Cryogenic Engineering,Shanghai J iaot ong University,Shanghai 200240,China )Abstract:The design of liquefacti on fl ow is i m portant f or s mall -scale natural gas liquefier .Several abr oad ne w s mall -scale natural gas liquefacti on fl ows are intr oduced in the paper and its liquefacti on methods and features are described and ana 2lyzed .Some conclusi ons are discl osed:(1)Natural gas expander cycle,refrigerant expander cycle and m ixed refrigerant cycle are mainly adop ted in abr oad s mall -scale natural gas liquefacti on fl ow .(2)Abr oad s mall -scale natural gas liquefier is modular 2ized .(3)Envir on ment p r otecti on is considered when designed s mall -scale natural gas liquefier .(4)Expander cycle will be wide 2ly used in s mall -scale natural gas liquefacti on fl ow .Keywords:L iquefacti on fl ow,L iquefier,L iquefacti on method,Expander cycle1　引言我国天然气资源丰富,但对于大量储量较少的零散气田和开采成本较高的边际气田,由于无法承担长距离管道运输的成本,难以进入天然气市场。

2016年9月气体膨胀式天然气带压液化流程的设计与优化李长宇（新地能源工程技术有限公司燃气技术分公司，河北廊坊065000）摘要：采用天然气带压液化技术后，可以在较好的温度与压力下将天然气液化，以此来实现海上天然气的液化。

然而，文献资料中关于该技术运行中的参数、性能优化论述的非常少。

所以，本文根据气体膨胀式天然气液化系统的优点，设计出了一种二氧化碳含量较低的气体膨胀天然气带压液化流程。

同时，在相关软件的支持下，进行了模拟与优化。

在优化参数的基础上，得出了其最优值。

实践证明，采用优化后的氮膨胀天然气带液压化流程，具有占地面积小、流程简单、投资低、性能良好、耗能低的优势。

与常规流程相比，具有更大的优势。

关键词：气体膨胀；天然气；带压液化；设计；优化；分析海洋中蕴藏中丰富的天然气资源，占到全球的三分之一。

但是，由于技术方面的问题，在海上天然气液化中，面临很大的困难。

针对以上问题，国外专家研制出了一种新的天然气带压液化技术，即PLNG 技术。

该技术能够在较大压力下，储存液化后的天然气。

然而，由于冷凝温度的提高，增加了气体中二氧化碳的含量，从而埋下了安全隐患。

鉴于此，本文利用气体膨胀式天然气液化系统的优势，设计出了一种新的气体膨胀带压液化流程，该流程中含有的二氧化碳含量比较低。

那么，该流程的性能如何呢？下面进行详细论述。

1带压液化流程的设计本文设计出了一种二氧化碳含量低的气体膨胀带压液化流程。

首先，将天然气做净化处理。

此时，天然气带有一定压力。

然后，将其置入到换热器中，降低温度与压力。

天然气液化后，放入到储罐中储存。

储罐中的气体挥发后，降温，再次返回到换热器，对部分压力能、低温能进行回收。

在天然气液化的过程中，换热器需要的冷量是由气体膨胀制冷循环系统提供的。

另外，膨胀机在运行时能够产生膨胀功，然后回收给压缩机使用。

2液化流程的优化2.1初始参数的设定结合实际的生产实践经验，设定初始参数。

具体设定的情况为：天然气进口温度与水冷温度均为35℃；膨胀机绝热效率为0.8；压缩机绝热效率为0.85；液化率为1。

天然气液化工艺中的能源消耗分析与优化天然气液化是将天然气从气态转化为液态的过程，以便更便捷地储存和运输。

然而，天然气液化过程中会消耗大量能源，因此，分析和优化天然气液化工艺中的能源消耗是至关重要的。

天然气液化工艺主要包括三个步骤：压缩、冷却和分离。

在压缩步骤中，天然气通过压缩机增加压力，以便更容易液化。

由于压缩机需要消耗能源，因此在压缩过程中存在能源损耗。

冷却步骤中，压缩后的天然气通过冷却器冷却至液化温度以下。

冷却过程也需要大量的能源来维持低温环境。

最后，分离步骤将冷却后的气体和液体分离开来，以产生液态天然气。

为了分析和优化天然气液化工艺中的能源消耗，我们可以采取以下措施：1. 优化压缩过程：确定合理的压缩机功率和压缩级数，以最大程度地减少能源消耗。

通过使用高效的压缩机和改进压缩机的运行参数，如转速和进出口压力，可以有效地降低压缩过程中的能源损耗。

2. 优化冷却系统：选择合适的冷却介质和冷却器设计，以提高冷却效率并减少能源消耗。

采用可再生能源和低温废热回收装置，将废热回收利用，可以降低冷却系统的能源消耗，并实现能源的可持续利用。

3. 优化分离过程：选择适当的分离方法和设备，以提高分离效率并减少能源消耗。

例如，采用先进的膜分离技术代替传统的液-液分离方法，可以减少能源损耗并提高分离效率。

4. 能源综合利用：通过能源综合利用技术，将液态天然气的低温冷能转化为电能或热能，并用于其他生产过程，进一步提高能源利用效率。

除了以上措施，还可以通过工艺改进、设备升级和自动化控制等方法来减少能源消耗。

例如，优化工艺流程，减少不必要的能源损耗；引入先进的自动化控制系统，实现精确的能源管理和控制；对老化设备进行更新和改造，以提高能效。

在实施能源消耗分析和优化过程中，还需要进行能源消耗监测和数据分析，以实时监控能源消耗情况并及时采取调整措施。

此外，合理的能源管理和节能意识的培养也是降低天然气液化工艺中能源消耗的重要手段。

天然气液化工艺控制结构设计与优化摘要：天然气是社会进步、工业生产、经济发展过程中的重要能源之一，天然气液化工厂是将气态天然气变为液化天然气的生产企业。

生产原料为气态天然气，由天然气管道引入，成品为液化天然气。

液化天然气，Liquefied Natural Gas（LNG），主要组分是甲烷，可能含有少量的乙烷、丙烷、氮或通常存在于天然气中的其它组分。

LNG的密度取决于其组分，甲烷含量越高，密度越小。

LNG的体积约为其气态体积的1/600。

LNG储存温度约为-162℃，温度低于-113℃时蒸发气密度比空气重。

LNG作为一种清洁、优质燃料，被广泛应用于交通运输、居民生活、工商业等领域。

关键词：天然气液化工艺；控制结构；设计与优化引言天然气是一种热值高、清洁环保的能源，对其有效的开发利用是我国能源结构低碳化转型的关键。

液化天然气因其体积较小，进而节约储运的空间与成本，为此，进行天然气液化设备的探究具有重要的理论意义和实际应用价值。

在天然气液化工艺中，混合制冷液化工艺由于设备个数较少应用最为广泛，其关键组成部分为采用丙烷进行预冷并结合混合制冷循环（C3MR）技术，该循环过程主要包括两个部分，即先采用丙烷进行预冷循环处理，然后再执行混合制冷循环。

首先，丙烷预冷循环通过多级压缩，将天然气和混合制冷剂预冷到-35℃，随后，通过混合制冷循环技术可以进一步将天然气冷却到-150℃。

在混合制冷循环技术中，混合制冷剂的操作压力约为40～60bar。

1天然气液化特点和压缩的天然气相比，液化天然气存在明显的不同，主要特点包括以下三点：一是液化天然气的密度会比压缩天然气更高，这样就可以显著降低天然气在运输过程中所花费的成本，并且还降低了天然气的存储成本，更有利于天然气使用的经济性。

二是液化天然气比一般的压缩天然气，在燃烧过程中能够释放出更多的热量。

三是液化天然气在燃烧过程中，对周围环境的污染相对较低，是一种较为清洁的能源，故在社会中也得到了广泛的应用。

第3期2018年我国天然气剩余技术可采储量为5.7936万亿m3,具有较大开发应用前景[1]。

但天然气产地与消耗地区距离较远,需要解决其储存运输问题。

液化天然气因其体积优势(约为气态天然气的1/625),常被用来进行天然气的储存和运输。

目前,天然气液化流程主要有级联式循环、混合制冷剂循环以及膨胀制冷循环等3种[2⁃6],但分别存在系统复杂、混合制冷剂配比困难、能耗大等缺点,采用此3种流程进行天然气液化具有诸多局限,尤其是对于边远零散气源气体回收等场景的应用。

针对这一问题,结合超声速旋流分离器在天然气脱水领域的良好表现[7,8],拟将超声速旋流分离器应用于小型天然气液化流程领域,用于回收零散天然气,替代传统液化流程中应用的J⁃T阀和膨胀机设备,简化、小型化液化流程。

笔者对Laval喷管制冷特性及气体在Laval喷管内的液化特性进行了分析,明确了超声速旋流分离器应用于气体液化的可能性,并基于此提出了一种小型的新型液化流程,此流程对零散气源及减压站压力能的回收具有一定的应用优势。

新型小型天然气液化流程杨文1,郭悠悠2,曹学文3(1.中国石化销售股份有限公司华南分公司,广东广州510620;2.中国石油天然气股份有限公司北京调控中心,北京100007;3.中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院,山东青岛266580)摘要:针对目前零散天然气源回收难、调压站压力能浪费的现状,以及传统天然气液化流程存在系统复杂、混合制冷剂配比困难、能耗大等缺点,基于超声速旋流分离器良好制冷效果这一特点,开展Laval喷管(超声速旋流分离器核心部件)制冷特性和液化分析,提出了一种利用超声速旋流分离器作为核心制冷设备的新型小型天然气液化流程。

研究结果表明,Laval喷管具有较节流阀、膨胀机等更好的膨胀制冷效果,且结构简单;天然气在Laval喷管中的液化率整体高于节流阀中。

当入口压力为5MPa、温度为300K,利用所提出的液化流程回收压力能时其天然气液化率可达到0.1321。

天然气膨胀液化流程（1）天然气膨胀液化流程原理图：（2）主要技术特点(1) 为适应天然气液化生产的自身特点，我公司用先进的集成制造技术使冷箱等主要设备采用集装箱式结构，整体发货出厂，大大减小了现场的施工量和施工费用，缩短了安装周期。

同时也为整体搬迁创造了方便条件。

(2) 利用管道气的固有压力，采用双温增压膨胀制冷循环的制冷工艺使部分管道气液化，具有流程简单、能耗低、运行可靠、维护费用低的突出特点。

(3) 冷箱内所有管路阀门的连接均采用焊接结构，杜绝了低温下泄漏的可能性。

低温调节阀采用套筒结构，出现故障时无需扒塔即可检修。

(4) 采用增压膨胀机结构，最大限度的回收膨胀机输出功，利用三元流动理论设计的叶轮确保其较高的等熵效率。

(5) 冷箱内换热器采用高压铝制板翅式，换热效率高，结构紧凑。

（3）主要配置(1)天然气预处理系统1套(2)液化冷箱系统1套(3)双温增压膨胀制冷循环系统1套(4)变压吸附空气分离制氮装置1套(5)自控系统（计算机控制系统及现场仪表）1套(6)流程配套阀门1套(7)低温储罐储存系统1套(8)槽车1套(9)动力配电系统1套案例：我公司自筹资金投资建设的液化天然气厂2009年我公司在吉林公主岭投资生产了采用天然气膨胀液化流程的14×104Nm3/d天然气液化设备，该设备预计2009年底投入生产运营。

该装置的主要技术指标：原料天然气处理量100×104Nm3/dLNG产量14×104Nm3/d（常压）用电量装机容量合计700KW/10KV；200KW/380V装置操作弹性50～100%启动时间≤6小时静止设备设计寿命20 年运行周期（二次大加温间隔）1年LNG设备（混合制冷剂液化流程（MRC）、氮气膨胀液化流程、天然气膨胀液化流程）产品规格：。

国内小型天然气液化装置及流程张刘樯(西南石油大学)周迎(中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司)师凌冰(中国石油西南油气田分公司川中油气矿广安作业区) 摘要:介绍国内天然气液化的研究现状,总结国内现有的小型天然气液化装置,每一套液化装置的工艺流程,并从深冷技术方面侧重对每套装置的特点进行了分析。

按制冷方式不同,国内小型天然气液化装置的液化流程分为三类:级联式液化流程;混合制冷剂液化流程,包括开式、闭式和丙烷预冷;带膨胀机液化流程,包括天然气膨胀、氮气膨胀等。

选择L N G 液化流程类型,必须根据具体的设计要求和外围条件进行综合考虑,即对不同液化流程的投资成本、比功耗、运行要求以及灵活性进行全面对比,因地制宜,才能最终决定采用何种液化流程。

关键词:天然气液化;小型装置;制冷;流程1　引言随着我国天然气工业的发展,国内对天然气液化装置及流程的研究也越来越多。

由于我国天然气资源分布的特点以及我国能源的使用情况,目前我国对L N G 液化装置的研究主要以小型L N G 液化装置为目标。

2　装置及流程简介(1)四川天然气液化装置[1]。

由中国科学院北京科阳气体液化技术联合公司与四川省绵阳市科阳低温设备公司合作研制的300L/h 天然气液化装置,是用LNG 作为工业和民用气调峰和以气代油的示范工程。

该装置于1992年建成,流程如图1所示。

高压气体经图1　四川天然气液化装置流程换热器E01预冷,并分离掉重烃。

然后,一部分气体进入膨胀机膨胀降温,进入E02换热器,冷却需液化的天然气。

未进入膨胀机的天然气经过换热器E02冷却,节流降温后进入L N G 储罐储存。

对自蒸发的L N G 进行冷量回收后进入管网。

该装置以天然气为制冷工质,以气体轴承透平膨胀机为主要制冷部件,利用输配气管线进出口(从进口到调压站出口)两端的压差能来实现制冷。

其主要特点有:①充分利用天然气本身的压力能,在运行过程中除极少的仪表用电外,几乎不消耗电能;②不用压缩机及辅助系统,节省了设备投资;③采用体积小、重量轻、效率高、能长期可靠运行的气体轴承透平膨胀机。

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丙烷预冷循环中压缩机出口压力为1.5MPa,丙烷预冷循环中节流后压力为0.1MPa。

在搭建PRO/Ⅱ流程时,需要特别注意的是,实际使用的循环压缩机需要双级以上压缩,并且具有中间冷却器,尽管可以用PRO/Ⅱ的一个压缩机单元模块模拟一个完整的压缩机,但它在压缩机动力消耗、气体出口温度上明显偏离实际过程,因此这里采用2个压缩机和一个换热器来模拟实际的双级压缩机,两个压缩机之间的简单换热器相当于双级级压缩机中的级间冷却器。

此外,流程中的分离器起到管道分流作用,可以调节流向各管路的流量。

根据小型天然气液化流程的特点及以上要求,初步设计了3种工艺流程方案。

然气经压缩机C1、C2压缩到1.5MPa,然后经简单水冷换热器E1冷却到42℃,在分离器SP1中分流,物流S6用于节流液化产生LNG,S12用于膨胀制冷。

S6经E3、E4冷却至-118℃,然后经节流阀V1降压到0.1MPa,温度降至-161.722℃,部分液体汽化,气液混合物在闪蒸罐F1中进行分离,液相进入液化天然气储罐进行储存,气相作为返流气与S14混合后为各换热器提供冷量,复热后可直接用作天然气原料气进行再循环。

小型天然气N_2-CH_4膨胀制冷液化工艺优化研究王科;蒲黎明;韩淑怡;肖俊;高鑫;冼祥发;查庆芳;阎子峰【期刊名称】《天然气化工：C1化学与化工》【年(卷),期】2014(39)1【摘要】设计了一种小型天然气N2-CH4膨胀制冷液化工艺,并考察了N2-CH4制冷剂组成、原料气处理量与膨胀机出口压力对压缩机功耗的影响,以及天然气节流前温度对液化率的影响。

研究结果表明,N2-CH4制冷剂中N2含量的增大导致压缩机功耗逐渐增加;天然气节流前温度的降低有利于提高天然气液化率,同时也增大了压缩机功耗。

随着膨胀机出口压力的减小,膨胀机出口温度逐渐降低,压缩机功耗先减小再增大。

优化后的N2-CH4膨胀制冷液化工艺为N2-CH4制冷剂中N2的物质的量分数为40%,天然气节流温度为-155℃,膨胀机出口压力为700 kPa,天然气液化率达到93.82%。

【总页数】5页(P27-31)【关键词】膨胀制冷;天然气液化;小型;N2-CH4制冷剂;工艺优化【作者】王科;蒲黎明;韩淑怡;肖俊;高鑫;冼祥发;查庆芳;阎子峰【作者单位】中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司;中国石油大学重质油国家重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TE64【相关文献】1.小型天然气N2-CH4膨胀制冷液化工艺优化研究 [J], 王科;蒲黎明;韩淑怡;肖俊;高鑫;冼祥发;查庆芳;阎子峰2.一种利用天然气压力能结合氮膨胀制冷的新型小型液化流程 [J], 孙恒;丁贺3.氮气膨胀制冷天然气液化工艺研究 [J], 王志刚;贾绪平;张琪4.一种蒸发天然气再液化氮膨胀制冷工艺流程的优化和海上适应性分析 [J], 常学煜;张盈盈;朱建鲁;李玉星;张梦娴;杨晓宇5.N_2-CH_4膨胀天然气液化流程影响因素分析 [J], 郑云萍;张玮城;郝振鹏;金俊卿;李沙沙因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。