天然气液化技术及应用评价.pdf

第 3 3 卷第 7 期 2 0 1 4 ． 0 7 试验研究 天然气液化技术及应用评价 江信 敏 民生能源 集团股份有限公司 摘要液化 天然气工艺过程及储存过程 中需将天然气温度降至一 1 4 0 o C以下，需要对原料液 化天然气进行进 一步净化 ，分 离出其携带的 H S 、C O 、H 。 O和 H g 等杂质 。常见的天然 气液化 工艺包括 节流制冷 、膨胀机制冷 、阶式制冷 、混合冷剂制冷及 带预 冷的混合冷剂制冷 工艺。 R2 2 循环降温 节流方案虽然进入储罐压力较 高，但制冷环节较少，工艺简单 ，成本较低 ，维 护方便 ，且 比较适合原料 气源特 点，故选择该方案作为设计基础 ，并加 以改进 ，形成 了独特 、 合 理 的天然 气液化 工 艺流程 。 关键词L N G；净化 ；液化 ；预处理 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 6 6 8 9 6 ． 2 0 1 4 ． 7 ． 0 1 9 1 天然气液化技术 1 ． 1 液化天然气的预处理 南于液化天然气工艺过程及储存过程中需将天 然气温度降至一 1 4 0。 C 以下 ，因此对于天然气中所 含气 、液及固相杂质要求较管输天然气高 ，需要对 原料液化天然气进行进一步净化 ，分离出其携带的 H S 、C O 、H O和 H g 等杂质 ，防止其在低温下冻 结而堵塞 、腐蚀管道和设备 。 1 ． 1 ． 1 天 然 气脱酸性 气体 就 目前来说 ，天然气脱除酸性气体 的主要方法 有 醇胺法 、低 温甲醇法 、B e n f i e l d 法 、砜胺法 以及 A mi n e G u a r d F S 法等 0 。 醇胺法是指用醇胺溶剂吸收酸性气体来达剑净 化的 目的 。常用的醇胺溶剂有一 乙醇胺 、二 乙醇 胺 、二异丙醇胺以及 甲基二乙醇胺 。其中一乙醇胺 碱性最强 ，与 H S 和 C O 反应迅速 。一 乙醇胺适用 范围较广，但是有腐蚀性强，溶液损失量较大以及 附近，剪切速率降黏作用最大。 低温时 尤其是低于原油凝点时 ，剪切速率 越高 ，降黏效果越 明显 ，当原油温度超过凝点 以上 5 1 0。 C 后 ，各剪切速率下的黏温曲线趋于重合 ， 剪切速率对黏度影响很小。 含水率小于转相点时，剪切降黏效果随含水率 的升高而增加 ，反之 ，随含水率的升高而减少 ；当 含水率超过8 0 ％时，剪切降黏影响逐渐减小。 2 ． 4 管壁结蜡率与原油含水率的关系 管壁的结蜡率在转相点附近最高 ，在转相点之 前 ，随着含水升高 ，原油结蜡率缓慢升高，过了转 相点时，原油结蜡率大幅下降 ，如图3 所示。 1 0 O 8 0 冰 6 0 4 0 2 0 O 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 含水率／ ％ 图 3 切 1 6 1 ～5 井结蜡测试试验 3 结论 根据 以上特点 ，得 该油田原油常温集输的充 分条件 油井产出液含水大于8 0 ％、产液温度大于 凝 固点 5。 C以上 。然后 ，统计 符合充分 条件 的油 井 ，对这部分油井再分别结合产液量 、产液温度由 高到低分批进行减少掺水量试验 ，直到停止伴热掺 水。现场试验表明，停掉伴热掺水后9 6 ％符合条件 的油井能够生产正常 ，经过冬季气候条件考验 ，管 道输送阻力也没有大的变化 ，生产平稳 ；对于含水 处于转相点 附近 的油井一般采取 加入少量伴 热掺 水 ，可 以保证含水高于转相点 ；对于含水低于转梢 点 的油井根据产液量 、产液温度 、含水率的不同， 分别采取加入降黏剂 、伴热掺水 、井 口加热等 措施。 参考文献 [ 1 ] 毕文平，严庆雨，李巧宁．中高含水油 常温输送 ] 艺初探『 J ] ． 油气 田地 面T程 ，2 0 0 3 ． 2 2 4 2 5 2 6 ． [ 2 ] 李殿生 ，温淑新 ，浦雅 静．油井常 温输送技术 扶 余州1 ⋯ t的应 用[ J J ．石油规划设计 ，2 0 0 8 ，1 9 2 l 8 2 0 ． [ 3 ] 米鸿祥 ，仲志红 ，眭峰．江苏油 田应用常温输送 艺简述 l J 】_ 油气 田地面T程 ， 2 0 0 3 ， 2 2 8 2 4 ． 栏 目主持杨军 一 3 0 油气田地面工程 h t t p ／ ／ www． y c l t dmg c ． c o rn 第 3 3 卷第 7 期 2 0 1 4 ． 0 7 试验研究 再生温度高，容易导致腐蚀等特点。 1 ． 1 ． 2天然 气脱 水 天然气 的原料气 中如含有水分会使天然气在 液化时结冰发生冰堵 ，也容易加剧对管道的腐蚀 ， 因此需要对原料气进行深度脱水，将天然气含水量 降到0 ． 1 p p m 1 p p m 1 0 以下。 天然气脱水 的方法主要有冷却法 、甘醇吸收法 以及固体吸附法。其中固体吸附法中分子筛吸附在 L N G 工厂中应用最为广泛，分子筛具有选择性强、 高吸附性的特点，在脱水的同时可以脱除酸性气 体。在有些调峰型的液化装置中，可单独利用分子 筛对原料气进行脱水脱酸的预处理。 1 ． 1 ． 3天 然气脱 汞 天然气的原料气 中含有少量 的单质汞以及离子 状态和化合物状态的汞，会对设备造成腐蚀 ，同时 还 会造成环境污染以及汞 中毒等危害。一般采用 固 定 床脱 除汞 ，固定床由带 S的活性炭 、含 S 分子筛 和金属硫化物组成。现在采用的H g S I V可以在脱除 汞的同时对原料气进行干燥。 1 ． 2 液化天然气的液化工艺 天然气液化过程就是将达到液化天然气气质要 求的天然气温度降到甲烷 的临界温度 以下 ，达N- 1 4 0。 C，使其液化 。目前 ，常见的天然气液化工艺 包括节流制冷、膨胀机制冷 、阶式制冷、混合冷剂 制冷及带预冷的混合冷剂制冷工艺。 2 壁 山某L N G 项 目实例 表 1 为壁山某 L N G项 目中原料气的组成。 表 1 原料气的组成 ％ 组分 C H N 。 C H 。 C H 。o ℃ 矗 C 2 H 6 H C o 2 含量 9 4 ． 3 8 1 ．o o 0 ． 1 1 O ． 1 8 O ．7 4 2 ．5 3 O ．5 4 0 ． 5 2 原料天然气压力为0 ． 6～1 ． 6 MP a ，温度≤3 0。 C 。 2 ． 1原料气的净化 从表 1 可以看出 ，由于该项 目的原料气组分不 含 H S ，因此可 以省 去脱硫 工艺 ，只需 净化 除去 C O 以及水。 原料气经分离计量后进人脱C O 。 单元，原料气 经吸收塔底与从吸收塔顶部进入的贫胺溶液混合进 行 C O 的脱除 ，脱除 C O 的天然气 经分离器后加压 至 2 0 MP a 后进入分子筛脱水单元 ，使天然气含水量 降到 0 ． 1 p p m以下再进人液化单元 。 2 ． 2 天然气液化 1 丙烷预冷 节流工艺 。净化后 的高压天然 气 ，首先经丙烷预冷至一 3 5。 C 左右后进行一次节流 至 1 MP a ，分离 出不凝气后再次节流至 0 ． 3 MP a ，此 时得到一 1 4 6 o C、0 ． 3 MP a 的L N G 。 2 丙烷预冷 双膨胀机 节流。净化后的高 压 天然 气首 先 节流 至 8 MP a ，再 经 丙烷 预冷 至一 3 5。 C 进 入高压膨胀机 ，经过三级膨胀制冷 分别 为3 ．2 、O ．6 及0 ． 3 M P a 后的L N G 进入储罐。 3 丙烷预冷 乙烯预冷 节流。净化后的高 压天然气先经过丙烷预冷及 乙烯制冷分别冷却 至 一 3 0和一 9 0。 C，再 经过 两级 节 流 分别 降至 1 和 0 ．3 M P a 获得L N G 。其中丙烷制冷和乙烯制冷 系统是两个相对独立又相互联系的系统 ，两个系统 通过调节制冷剂温度和流量来控制天然气的温度 ， 并设尾气冷量回收系统回收尾气的冷量，高压节流 产生的冷量在装置中被充分利用。 4 R 2 2 循环降温 节流。净化后的高压天然 气先经过循环气回气换热降温至0。 C，再经过R 2 2 降 温 至 一4 2。 C，然 后 再 经 过 冷 箱 回气 换 热 至 一 6 5。 C，最后经过节流降压使其达到一 1 4 0。 C、0 ．5 MP a 的L N G。 5 方 案 比较 。 比较 以 上 4种 方 案 ，方 案 4 虽然进入储罐压力较高，但制冷环节较少，工 艺简单 ，成本较低 ，维护方便 ，其效率较其他 3 种 方案高，且 比较适合原料气源特点 ，故选择方案 4 作为设计基础 ，并加 以改进 ，形成 了独特 、合 理的天然气液化工艺流程。具体工艺方案为净化 后 的天然气首先经过两级分别预冷到 0和- 4 3。 C， 二级预冷冷量由制冷机 中的R 2 2 提供 ，冷却至一 4 3。 C 的高压天然气继续采用冷量 回收降温至一 6 5。 C 左右。此时温度为一 6 5。 C、压力 2 0 MP a 的高压低温 天然气经过引射器节流、降压至O ．8 M P a ，温度为一 1 2 5。 C，成型的L N G再经过两次降温降压至0 ．5 MP a ，一 1 4 3。 C 左右排往L N G储罐。 3 结论 随着我 国经济的不断发展 ，对能源 的需求也不 断增大 ，开发天然气液化技术 以及天然气液化工艺 对于增强我国能源保障和优化能源结构具有重要意 义。在我国，天然气液化技术还是一 门新兴产业 ，在 液化工艺技术方面还需进一步优化与研究。加快对天 然气液化技术的研究与应用成为天然气开发与利用领 域的个重要课题，具有十分重要的战略意义。 参考文献 [ 1 】 郑大振．L N G 工厂的天然气净化T艺及其新发展『 J 1 _天然气T 业 ，1 9 9 4 ，1 4 4 6 7 7 2 ． [ 2 ] 黄莉 ，袁宗明，商永滨．天然气液化工艺的选择[ J 】 ．新疆石油 天然气 ，2 0 0 6 ，2 2 8 4 8 8 ． 栏 目主持杨军 油气田地面工程 h t t p ／ ／ w w w ． y q t d m g c ．c 。 m 一 3 1