混合制冷与氮膨胀组合式海上天然气液化工艺

为适应海上浮式天然气液化装置的液化程序,提出了一种将混合制冷与氮膨胀液化工艺相组合的天然气液化新工艺。介绍了该组合工艺的流程及特点,将该工艺和常规陆上液化工艺在海上应用的适应性作了对比分析．对该组合工艺进行了模拟计算,并就计算结果与另外两种工艺进行了压缩功耗的比较。     

小型液化天然气生产装置

介绍了目前国内外小型液化天然气(LNG)的生产装置及其液化工艺现状。重点介绍了俄罗斯近年来在天然气加气站和配气站,利用天然气压差能量膨胀制冷生产LNG的技术。建议建设此类工艺的小型LNG生产装置。     

天然气膨胀制冷工艺仿真优化

基于Benedict-Webb-Rubin-Starling状态方程,建立等熵膨胀制冷模型。由于计算参数较多,涉及的多次迭代过程较复杂,在建立模型的过程中需设计多个子程序。其中较为特殊的是天然气混合物密度、压缩因子、气化率等的计算程序。针对各个子程序计算中存在的问题进行算法优化,解决了运算中的程序卡死、多解和运算效率低等问题;简化了运行步骤,提高了计算速度,使膨胀制冷模型准确高效地运行。实验结果表明,数据相对误差均小于0.02,计算结果真实可靠,可用于天然气等熵膨胀制冷计算,可为轻烃回收系统流程仿真模拟和优化奠定基础。     

新型小型天然气液化流程

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。     

国内小型天然气液化装置及流程

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,详细阐述了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LNG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。     

天然气液化装置制冷方法探讨

回顾了国内外几种比较成熟的天然气液化装置中采用的制冷方法（复叠式制冷循环、混合制冷剂循环、膨胀制冷循环等）以及该领域最新的研究进展，并对其进行了分析比较。在此基础上介绍了一种新式液化天然气的制冷方法--吸收制冷循环。该方法利用溶液浓度的变化来获取冷量，即制冷剂在一定压力下蒸发吸热，再利用吸收剂吸收冷剂蒸气，这种循环系统不仅适用于海上天然气液化装置，同时也适合于太阳能、地热能丰富的地区，既可降低产品成本又可实现废物利用。最后，还针对液化天然气运输、储存过程蒸气的产生，介绍了几种运输及储存装置中辅助制冷方法：G－M制冷机和Stirling制冷机、相变制冷、脉管制冷机。     

带丙烷预冷的混合制冷剂液化天然气工艺优化

采用HYSYS软件,建立丙烷一级、二级和三级预冷的液化天然气工艺模拟流程。对相同操作条件的原料天然气,在冷量功耗相同条件下,丙烷预冷级数越多,节能效果越好,但效果逐渐减缓,而流程的复杂程度、设备数量增加较快。利用带三级丙烷预冷的混合制冷剂液化天然气流程,对原料天然气进行液化。通过对混合制冷剂组分配比等参数进行优化,得到流程的最小比功耗是6.717 kW·h/kmol。液化2 000 kmol/h的原料气,仅需3 827 kmol/h混合制冷剂,达到了工况优化和节能的目的。     

浮式液化天然气工艺分析

浮式液化天然气(Floating Liquefied Natural Gas, FLNG)工艺能极大地降低海底天然气的处理负荷,在海底天然气处理方面的应用已逐渐成为焦点。FLNG工艺的发展主要受建设成本、技术条件、液化产率等方面限制,所以对FLNG工艺的改进需在FLNG装置满足质量轻、占地面积小、耐腐蚀等要求的基础上,进行工艺流程优化,降低建设成本,提高设备产能。对比研究广泛应用于FLNG工艺中的阶式制冷循环工艺、膨胀制冷循环工艺和混合制冷循环工艺。研究结果表明：混合制冷循环工艺相比其他两种工艺具有工艺流程短、液化效率较高、可处理原料气成分更广泛、节省能耗和对复杂海况适应性高的优点;将混合制冷循环工艺与有效的预处理工艺及液化天然气(Liquefied Natural Gas, LNG)卸载工艺相结合,已逐渐成为FLNG工艺的主导工艺,目前已广泛应用于海上LNG的生产工作。     

天然气液化工艺技术研究及应用

简要介绍了液化天然气(LNG)的性质、用途和中原油田天然气液化生产装置的设计、生产规模及主要技术经济指标。并着重针对中原油田高压天然气的特点,研究出了液化率高、能耗低的天然气液化工艺技术。该套装置投产使用后,工艺方案切实可行,生产运行平稳,达到了设计要求,为国内LNG产业的发展提供了很好的借鉴作用。     

级联式天然气液化工艺能耗优化

以脱酸、脱水、脱汞等净化处理后的天然气为原料,丙烷、乙烯和甲烷为制冷剂,采用级联式制冷工艺,利用HYSYS软件建立了天然气液化工艺流程模型。以单位能耗为流程优化的目标函数,各制冷循环的制冷剂压力、温度和循环量作为决策变量,并设定相关约束条件,对液化工艺能耗进行了优化。结果表明:在优化操作条件下,单位能耗为1 301 k J/m~3,压缩机总功耗为90.37 MW,二者分别低于优化前;随着天然气处理量的增加,压缩机功耗增加;当CH_4摩尔分数较高时,功耗相对较低;C_2H_6摩尔分数较高时,功耗相对也较高;N_2摩尔分数较高时,功耗变化不明显。     

气体膨胀式天然气带压液化流程的设计与优化

天然气带压液化（PLNG）技术可在较高的压力和温度下储存液化天然气,为海上天然气的液化提供了可能,但对于PLNG流程的相关运行参数、性能优化方面的研究几乎还未见报道。为此,借鉴气体膨胀式天然气液化系统的优点,针对CO₂含量较低的海上天然气设计了一种气体膨胀天然气带压液化流程,并利用HYSYS软件进行了模拟和优化。结果表明：①分别采用N₂、50% N₂+50% CH₄、CH₄作为制冷剂,以产品LNG的单位能耗为衡量指标,对流程的4个关键参数（进口天然气压力、LNG储存压力、气体制冷剂膨胀前压力及气体制冷剂膨胀前预冷温度）进行了优化分析,并得到了它们的最优值;②比较了N₂、50% N₂+50% CH₄、CH₄分别作为制冷剂时,流程的能耗情况,发现CH₄是能耗最低的制冷剂;③将优化后的氮膨胀天然气带压液化流程与常规氮膨胀天然气液化流程进行比较,结果表明前者不仅占地面积小、流程简单、设备初始投资低,而且运行工况更优良、能耗更低（仅为0.218 9 kWh/m³,比常规流程的能耗降低了46%）。     

天然气液化中重烃和氮气脱除工艺优化研究

设计了一种天然气液化中重烃和氮气脱除的工艺流程,考察了原料气预冷温度、脱重烃塔回流温度对重烃脱除的影响,同时分析了脱氮塔下部进料比率、脱氮塔操作压力和脱氮塔进料位置对氮气脱除的影响。研究结果表明:原料气预冷温度和脱重烃塔回流温度降低均有利于原料气中重烃的脱除;脱氮塔下部进料量增加和脱氮塔操作压力的降低有利于LNG产品中氮气的脱除。经过优化后的工艺操作条件为:原料气预冷温度为-30℃,脱重烃塔回流温度为-66℃,脱氮塔下部进料比率为7.8%,脱氮塔操作压力为290kPa,脱氮塔中部进料位置为第6块理论板。在此条件下,对N_2和C5~+的摩尔分数分别为3.1157%和0.0214%的进料气,得到的LNG产品中N_2摩尔分数为1.48%,脱除的氮气中烃摩尔分数为4.37%,LNG收率达到98.22%。     

小型天然气液化装置高压引射液化工艺的优化

小型高压引射天然气液化装置在实际运行过程中,存在着明显的液化效率低、能耗大等问题。为了进一步提高系统性能,采用HYSYS软件对5×10~4 m~3/d处理量的高压引射液化工艺进行模拟与分析,探究主要工艺参数对系统性能的影响。研究结果表明:①引射器高压入口压力(引射压力)、出口压力以及净化气中不凝气体组分含量对系统功耗、出液率会产生显著的影响;②引射压力增高,预冷系统功耗、冷箱出液率将逐渐增大,系统总功耗呈现先增大后减小趋势,存在着最佳引射压力,在出口压力介于0.5～1.8MPa的范围内,所模拟引射压力系列中20MPa时系统总功耗最小;③引射器出口压力增高,循环气压缩机、系统总功耗呈现非线性降低趋势,降低速率逐渐减小,而预冷系统功耗、冷箱出液率将逐渐增大;④净化气中不凝气组分含量增加,系统出液产量、冷箱出液率将显著下降,单位产量能耗逐渐增大,因而该工艺并不适宜处理高含不凝气体组分的净化气。结论认为,该研究成果可以为小型高压引射天然气液化装置工艺设计与优化提供参考。     

天然气液化过程中芳烃固体析出条件的计算

天然气体系中的芳烃、重烃组分在低温下析出,堵塞设备、阀门,给天然气液化的生产过程带来安全隐患。因此,预测天然气在低温下芳烃、重烃组分析出的条件,对于天然气液化生产工艺中低温预处理脱除芳烃、重烃时合理的温度和压力选择具有重要的指导意义。苯和甲苯是天然气体系中重要的芳烃组分。本文以某天然气体系为计算示例,根据相平衡理论和相态计算,建立天然气低温相平衡热力学模型,通过计算苯和甲苯分别在一定压力、不同温度下体系气液平衡逸度和纯固体逸度数值,得到一系列不同压力下固态苯和固态甲苯析出温度的计算结果。本计算方法可以有效预测出天然气体系中固态苯和固态甲苯的析出条件。     

海上天然气液化工艺流程优选

LNG-FPSO（LNG Floating Production Storage and Offloading Unit,又称FLNG）是集海上液化天然气的生产、储存、装卸和外运为一体的新型浮式生产储卸装置。作为LNG-FPSO的核心技术,海上天然气液化工艺将对该装置的建造运营费用、运行稳定性和整个系统的安全性产生很大的影响,而现有的3种基本类型的天然气液化工艺（氮膨胀、混合冷剂和级联式制冷液化工艺）都不能完全符合海上天然气液化工艺的设计标准。为此,根据海上作业的特殊工况,组合模拟了6种适用于海上天然气液化的工艺流程,并从制冷剂流量、功耗、关键设备数量、天然气流量敏感性、天然气组成敏感性、易燃制冷剂储存和海上适应性等方面对各流程进行了比较,根据计算结果及对各流程的定性分析,优选出带预冷的氮膨胀液化工艺［即丙烷预冷双氮膨胀流程、混合制冷剂-氮气膨胀（并联）流程和混合制冷剂-氮气膨胀（串联）流程］为LNG-FPSO装置的首选工艺,且发现随着预冷深度的增加,该工艺的海上适应性减弱,功耗降低,处理能力增强。     

高含硫天然气净化装置闪蒸气节能工艺优化

中国石化普光天然气净化厂脱硫部分采用的是Black﹠Veatch公司的专利技术,所产生的闪蒸气分两路处理,一路放空至低压火炬,一路进入尾气焚烧炉伴烧,不但造成了资源的严重浪费,而且还造成了环境污染。为此,首先对闪蒸气的组成进行分析,发现其组成与燃料气基本一致,再对其压力、水蒸气含量等进行了对比分析,进而对工艺进行了优化：将闪蒸塔直径由500 mm增至800 mm,当溶剂发泡时,可有效减少雾沫夹带,减少闪蒸气带液量;流量计FI-11102的节流装置管径由80 mm更换为100 mm,有效解决了原流量计量程不足的缺点;调节阀PV-11101B管径由40 mm更换为100 mm,有效增加了闪蒸气流量的调节范围;对闪蒸罐压力进行分程控制;在闪蒸气引入燃料气系统之前,先通过聚结分离器D-710,气体由分离器顶部并入燃料气系统;而分离出的液体则回收进入吸收系统,再分离出所携带的MDEA和水蒸气,避免了胺液因闪蒸气带液的损失。由此寻找出了将闪蒸气作为燃料气的应用途径,获得了明显的经济、环保效益。     

一种新型混合制冷液化技术及其应用

为适应我国中小型天然气液化装置的发展现状,绿能公司研发了一种新型的天然气混合制冷液化技术。介绍了该技术的流程特点及在陕西定边一期92万Nm3/d LNG工厂应用情况,从工艺、设备、能耗、液化率、管理上分析,证明采用这种液化技术可靠性高、可操作性强、开停机过程容易,经济适用,有明显的优势,非常适用国内LNG发展需要,适合国情。     

天然气脱酸工艺参数优化及节能研究

我国气田大部分为高含硫气田,天然气预处理装置为适应天然气流量的变动,普遍采用较高的吸收剂循环量,因此脱酸装置的能耗普遍较高。选用DEA作为醇胺溶剂进行醇胺法脱酸流程模拟,根据模拟结果进行定量分析,得出关键节点的参数,并对流程中醇胺溶液流量以及再生塔的进料温度进行敏感性分析,发现调整醇胺溶液的流量以及再生塔的温度能够提高流程的适应性;在设定工况下优化后可以有效的实现脱酸流程的节能降耗,并提高换热器的换热率。