小型撬装LNG装置技术研究与实践

结合辽河油田第一套小型撬装LNG装置的建设实践,简要介绍已用于工业生产的比较成熟的小型撬装液化装置工艺方案,通过工艺方案比选确定该液化装置采用醇胺(MDEA)脱酸、分子筛脱水、氨预冷混合冷剂制冷的主要生产工艺.详细描述了该液化装置各系统的工艺流程,对今后小型LNG工厂的系列化、标准化、规范化建设有指导意义.     

小型撬装LNG装置技术研究与实践

结合辽河油田第一套小型撬装LNG装置的建设实践,简要介绍已用于工业生产的比较成熟的小型撬装液化装置工艺方案,通过工艺方案比选确定该液化装置采用醇胺(MDEA)脱酸、分子筛脱水、氨预冷混合冷剂制冷的主要生产工艺。详细描述了该液化装置各系统的工艺流程,对今后小型LNG工厂的系列化、标准化、规范化建设有指导意义。     

LNG加气站用小型撬装式BOG再液化装置的研制开发

针对陆上LNG加气站和LNG运输槽车的BOG放散所造成的燃料损失和环境污染等问题,以大功率脉管制冷机为冷源研发了一套小型撬装式BOG再液化装置。在LNG加气站对该小型撬装式BOG再液化装置进行了试运行实验,装置具有较好的稳定性、可靠性和安全性。实验结果表明:装置的净制冷功率至少达到550 W@120 K,BOG的液化能力达到106 kg·d^-1。     

撬装型混合制冷剂液化天然气流程的热力学分析

从热力学的角度出发,详细分析了撬装型混合制冷剂液化流程SP-MRC的关键参数对流程性能（包括比功耗、液化率、比制冷剂流量和比冷却水负荷）的影响。这些关键参数包括：分离器S1和S2的温度;高压制冷剂和低压制冷剂的压力;天然气的入口压力和LNG的储存压力;天然气的组分;混合制冷剂的组分。     

小型撬装LNG液化装置的液化流程优选

小型撬装LNG装置的体积小、运输安装灵活、开停方便,适用于采集偏远气井与零散放空,在我国具有重大战略价值。本文采用HYSYS软件模拟了MRC、N_2-CH_4 Expander和C_3/MRC三种液化流程,根据模拟结果,对液化流程的能耗、制冷剂循环量等参数进行了对比分析。最终,优选出适用于小型LNG装置的最经济可行的液化流程。通过本文的研究,可以了解不同制冷工艺的优缺点及适用条件,对实际生产中对制冷流程的选择与优化有一定的意义。     

小型可移动式天然气液化装置研究进展

小型可移动式天然气液化装置以其独特优势在零散天然气源的液化集输、管输天然气的再分配及分布式调峰和车用LNG燃料站等场合有非常广泛的应用前景。概括对比分析了现有的天然气液化技术,指出占据国际LNG工业主流地位的混合制冷剂循环(MRC)液化流程也是适宜小型化的最佳技术之一。在简要介绍了小型天然气液化装置的近期进展后,重点介绍了本团队基于近20年的混合工质节流制冷技术方面的研究经验,研制成功系列规格小型混合工质撬装液化装置,同时提出并创建了以此为基础的"煤层气柔性液化中心和虚拟管网"集输方案的概念。已研制出的全风冷、制冷油润滑螺杆压缩机驱动的10000~30000 m³·d^-1"可移动式液化装置",其中30000 m³·d^-1液化装置生产中实测液化比功耗已经与国内1000000 m³·d^-1的集中液化工厂相当。目前在山西、内蒙古已有多套不同规模的装置运行,初步形成一定规模。     

LNG液化工艺流程及现场运用综述

液化天然气具有燃烧热值高、污染少,便于运输,储存效率高等特点。天然气液化已形成一门高科技技术,普遍应用于液化天然气工业化生产中。总结介绍了几种LNG液化流程(级联式液化流程、混合制冷剂液化流程、带膨胀机的液化流程)的工艺特点及优缺点,并概述了各流程的的发展及现场运用情况。     

小型N_2-CH_4膨胀机天然气液化流程影响因素分析

利用HYSYS对小型N2-CH4膨胀机天然气液化流程进行模拟,分析关键参数对流程性能(比功耗、液化率)的影响。结果显示:降低制冷剂高压压力、LNG储存压力、制冷剂中甲烷含量和提高制冷剂低压压力、天然气入口压力,有利于减少比功耗;提高制冷剂高压压力、LNG储存压力、制冷剂中甲烷含量和降低制冷剂低压压力、天然气入口压力,有利于提高天然气液化率。     

小型天然气膨胀液化工艺模拟及研究

国内油气资源分散、单井产量小,边远地区的油气资源较丰富,可以利用小型液化天然气装置制成LNG后外输,同时小型天然气膨胀液化工艺又是我国LNG研究工作的重点。利用Aspen Hysys软件对N2-CH4膨胀制冷液化流程进行模拟、研究和分析,得出影响该流程的主要参数:制冷剂高压压力、主换热器出口温度、制冷剂氮气含量、天然气进料压力和LNG储存压力对液化率和比功耗的影响。     

小型LNG装置的模块化撬装工艺技术

以中原油田文23气田1号集气站外输气为例,对小型LNG装置的模块化撬装进行了工艺技术研究,采用特有的模块化复合吸附工艺和SP-MRC混合制冷工艺,得到天然气净化与液化相耦合的全流程节点的温度、压力、摩尔焓、摩尔熵、摩尔流量、气相分率和气液两相组分的摩尔分数。结果表明：LNG回收率＞90%,该装置的能耗成本仅为0.379 kW·h·m^-3,相当于0.19元·m^-3天然气。     

混合制冷剂循环的级数对制冷性能的影响

混合制冷剂制冷循环可以提高制冷系统的效率,广泛应用在天然气液化领域。混合制冷剂的循环级数对制冷性能影响很大。针对不同级数的混合制冷剂循环进行热力学分析,建立了流程中主要设备的热力学模型,模拟计算了采用不同级数的混合制冷剂循环的天然气液化流程,得到不同级数的制冷循环的主要参数：制冷压缩机的功耗、制冷系数和火用效率。结果表明,制冷循环的级数增加,制冷系统的功耗降低,制冷系数和火用效率增加,但是级数增加对制冷性能的影响减小。制冷循环的级数增加会增加流程的复杂性,降低可操作性,不同规模的制冷系统的最优级数不同,规模越大,最优级数就越多。     

中小型液化天然气装置流程及布置

以西北某城市液化天然气工程为例,介绍了中小型液化天然气装置预处理和液化的工艺流程,以及液化天然气大储罐布置的注意事项。根据实际的气源条件,考虑到减少投资、增大效率的前提,推荐采用分子筛脱水+单循环混合冷剂制冷工艺。     

C3/MRC液化流程中原料气成分及制冷剂组分匹配

针对两种代表性原料天然气No.1和No.2,利用Aspen HYSYS流程模拟软件对C3/MRC天然气液化流程进行了动态模拟,考虑了混合制冷剂高低压变化、混合制冷剂组分改变,通过模拟研究获得了混合制冷剂各个组分N₂、CH₄、C₂H₆及C₃H₈在制冷系统中的不同作用,同时获得了制冷剂组分与混合制冷剂高低压以及原料天然气c_p-T之间的依赖关系,全面动态地展示了制冷剂各组分在C3/MRC流程中的影响和作用。在此基础上,又对比了原料天然气No.1和No.2在不同混合制冷剂高低压下C3/MRC流程的能耗指标。研究结果表明：原料天然气的c_p-T关系是决定整个C3/MRC流程能耗高低的关键因素,而混合制冷剂的组分或高低压的选择则对系统能耗影响较弱。混合制冷剂的组成及其高低压力的选择应根据原料天然气的c_p-T关系进行合理选取,以确保流程设计更为合理。     

Development of an optimal multifloor layout model for the generic liquefied natural gas liquefaction process

Liquefied natural gas (LNG) is attracting significant interest as a clean energy alternative to other fossil fuels, mainly for its ease of transport and low carbon dioxide emission. As worldwide demand for LNG consumption has increased, liquefied natural gas floating, production, storage, and offloading (LNG-FPSO) operations have been studied for offshore applications. In particular, the LNG-FPSO topside process systems are located in limited areas. Therefore, the process plant layout of the LNG-FPSO topside systems will be optimized to reduce the area cost occupied by the topside equipment, and this process plant layout will be designed as a multifloor concept. We describe an optimal layout for a generic offshore LNG liquefaction process operated by the dual mixed refrigerant (DMR) cycle. To optimize the multifloor layout for the DMR liquefaction cycle process, an optimization was performed by dividing it into first and the second cycles. A mathematical model of the multifloor layout problem based on these two cycles was formulated, and an optimal multifloor layout was determined by mixed integer linear programming. The mathematical model of the first cycle consists of 725 continuous variables, 198 equality constraints, and 1,107 inequality constraints. The mathematical model of the second cycle consists of 1,291 continuous variables, 286 equality constraints, and 2,327 inequality constraints. The minimization of the total layout cost was defined as an objective function. The proposed model was applied to DMR liquefaction cycle process to determine the optimal multifloor layout.     

液化天然气装置净化与液化工艺关键技术研究

LNG技术是一种将天然气以液态的形式储存技术,便于管道装置的储存以及运输工作。以某地区液化天然气工程为例,首先是对原料气组分进行分析,根据原料气成分与各项成分含量标准要求进行选择合适的脱除工艺,选取MDEA剂脱除酸性气体和分子筛脱水等净化工艺。在液化工艺方面,主要分析了阶式制冷液化工艺与复迭式制冷液化工艺,从能耗、投资、回收期、税前内部收益率、设备数量、处理复杂程度、操作方面以及技术成熟度方面对比,优选出复叠式制冷液化工艺,该液化工艺在达到理想液化率97.3%的情况下,综合指标优于阶式制冷液化工艺,而且目前该技术使用比较成熟,设备数量少,占地面积小,是一种操作简单、处理高效的液化工艺,建议采用MDEA剂脱除酸性气体+分子筛脱水+复迭式制冷液化工艺。     

一种基于浮式LNG的预处理和液化流程模拟

天然气的预处理和液化是海上天然气利用前的两个关键环节。选取变压吸附分离法(PSA)作为浮式LNG预处理流程的工艺方法,选择新型CO₂预冷空气膨胀液化流程作为浮式LNG天然气液化的工艺方法,并对以上预处理和液化流程进行了模拟计算与分析。结果表明,采用双层吸附剂变压吸附(PSA)预处理流程能耗低,全气体运行避免了液体吸收剂随波浪晃动的缺点,可以满足海上天然气预处理的要求;CO₂预冷空气膨胀液化流程在预冷剂及制冷剂循环过程中,没有液体的产生,安全性高;以上预处理和液化流程适应于海上晃动的LNG平台。     

Design and analysis of multi-stage expander processes for liquefying natural gas

Multi-stage expander refrigeration cycles were proposed and analyzed in order to develop an efficient natural gas liquefaction process. The proposed dual and cascade expander processes have high efficiency and the potential for larger liquefaction capacity and are suitable for small-scale and offshore natural gas liquefaction systems. While refrigeration cycles of conventional expander processes use pure nitrogen or methane as a refrigerant, the proposed refrigeration cycles use one or more mixtures as refrigerants. Since mixed refrigerants are used, the efficiency of the proposed multi-stage expander processes becomes higher than that of conventional expander processes. However, the proposed liquefaction processes are different from the single mixed refrigerant (SMR) and dual mixed refrigerant (DMR) processes. The proposed processes use mixed refrigerants as a form of gas, while the SMR and DMR processes use mixed refrigerants as a form of gas, liquid- or two-phase flow. Thus, expanders can be employed instead of Joule-Thomson (J-T) valves for refrigerant expansion. Expanders generate useful work, which is supplied to the compressor, while the high-pressure refrigerant is expanded in expanders to reduce its temperature. Various expander refrigeration cycles are presented to confirm their feasibility and estimate the performance of the proposed process. The specific work, composite curves and exergy analysis data are investigated to evaluate the performance of the proposed processes. A lower specific work was achieved to 1,590 kJ/kg in the dual expander process, and 1,460 kJ/kg in the cascade expander process. In addition, the results of exergy analysis revealed that cycle compressors with associated after-coolers and companders are main contributors to total exergy losses in proposed expander processes.