天然气液化.pptx
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液化天然气技术1、什么是液化天然气?
天然气在常压下,当冷却至约-162时,则由气态变成液态,称为液化天然气(英文LiquefiedNaturalGas,简称LNG)。
天然气在液化过程中进一步得到净化,甲烷纯度更高,不含二氧化碳,硫化物,无色、无味、无毒且无腐蚀性。
液化天然气的体积约为同量气态天然气体积的1/600,大大方便存储和运输。
液化天然气比水轻,重量仅为同体积水的45%。
一、液化天然气基本知识LNG的主要成份为甲烷,化学名称为CH4,还有少量的乙烷C2H6、丙烷C3H8以及氮N2等其他成份组成。
临界温度为-82.3,临界压力为45.8kg/cm2。
沸点为-162.5,熔点为-182,着火点为650。
液态密度为0.425T/m3,气态密度为0.718kg/Nm3气态热值9100Kcal/m3,液态热值12000Kcal/kg爆炸范围:
上限为15%,下限为5%。
华白指数(W)44.94MJ/Nm3。
燃烧势(CP)45.18。
2、LNG基本特性LNG的优点表现在以下几个方面
(1)安全可靠LNG的燃点比汽油高230,比柴油更高;LNG爆炸极限比汽油高2.5-4.7倍;LNG相对密度为0.47左右,汽油为0.7左右,比空气轻,即使稍有泄漏,也将迅速挥发扩散,不至于自燃爆炸或形成遇火爆炸的极限浓度。
因此,LNG是一种安全的能源。
(2)清洁环保根据取样分析对比,LNG作为汽车燃料,比汽油、柴油的综合排放量降低85%左右,其中CO排放减少97%,HC减少70-80%,3、LNG的优点NOX减少30-40%,CO2减少90%,微粒排放减少40%,噪音减少40%,而且无铅、苯等致癌物质,基本不含硫化物,环保性能非常优越。
因此,LNG是一种洁净的能源。
(3)经济高效LNG液化后体积大约缩小为气态天然气的1/625,其储存成本大约是气态天然气的1/7-1/6,投资省、占地少、储存效率高。
此外,LNG携带的冷量可以部分回收利用。
(4)灵活方便不仅比地下输气管道节省投资,而且方便可靠、风险性小、适应性强。
由于LNG有利于生态环境保护,尤其是在工业中心和人口稠密地区,使用LNG更具优越性,目前世界上环保先进的国家都在推广使用LNG。
(1)解决边远地区的能源供应LNG可以通过地面或水上运输工具运输到远离天然气田的边远能源消费地,取代地下远距离管道输送,节省大量管线及站场建设的投资。
4、LNG的主要用途
(2)解决边远气田的开发或天然气回收,(3)利用LNG作天然气调峰。
(4)LNG冷量的回收LNG在常温下携带有大约836J/kg的冷量,这些冷量可以回收,回收率在50%以上。
(5)用作燃料家庭、工厂发电、各种运输车辆等。
(6)化工原料。
天然气液化是一个低温过程。
原料天然气经净化预处理后,进入换热器进行低温冷冻循环,冷却至-162左右就会液化。
天然气液化工艺有:
节流制冷循环膨胀机制冷循环阶式制冷循环混合冷剂制冷循环带预冷的混合冷剂制冷循环二液化天然气生产原理经典的阶式循环由三个单独的制冷循环(丙烷、乙经典的阶式循环由三个单独的制冷循环(丙烷、乙烯、甲烷)串接而成(烯、甲烷)串接而成(33个温度水平)。
为使实际级个温度水平)。
为使实际级间操作温度尽可能贴近原料气的冷却曲线,减少熵间操作温度尽可能贴近原料气的冷却曲线,减少熵增,提高效率,用增,提高效率,用99个温度水平(丙烷段、乙烯段、个温度水平(丙烷段、乙烯段、甲烷段各甲烷段各33个)代替个)代替33个温度水平(个温度水平(丙烷段丙烷段-38-38、乙、乙烯段烯段-85-85、甲烷段、甲烷段-160-160)。
天然气)。
天然气33温度水平和温度水平和99温度水平阶式循环的冷却曲线,见图温度水平阶式循环的冷却曲线,见图11和图和图22。
2.1阶式制冷循环图3.2三温度水平阶式循环的冷却11三三温度水平阶式循环的温度水平阶式循环的冷却曲线冷却曲线图图22九九温度水平阶式循环的天然气冷却曲线温度水平阶式循环的天然气冷却曲线线阶阶式式液液化化流流程程也也被被称称为为级级联联式式液液化化流流程程、复复叠叠式式液液化化流流程程或或串串联联蒸蒸发发冷冷凝凝液液化化流流程程。
由由于于阶阶式式循循环环能能耗耗低低,技技术术成成熟熟,最最早早建建成成的的基基地地型型LNGLNG工厂采用了这种液化工艺。
工厂采用了这种液化工艺。
阶阶式式液液化化流流程程分分三三级级压压缩缩制制冷冷,逐逐级级提提供供冷冷量量液液化化天天然然气气,各各级级所所用用的的制制冷冷剂剂分分别别为为丙丙烷烷(大大气气压压下下沸沸点点-42.3)-42.3)、乙乙烯烯(大大气气压下沸点压下沸点-104)-104)、甲烷、甲烷(大大气气压压下下沸沸点点-162)-162),每每个个制制冷冷剂剂循循环环中中均含有三个换热器。
均含有三个换热器。
阶式制冷原理112233998877665544冷却水冷却水LNGLNG残余气残余气天然气天然气11、22、33丙烷、乙烯甲烷压缩机丙烷、乙烯甲烷压缩机;44、55、66丙烷、乙烯、甲丙烷、乙烯、甲烷蒸发器;烷蒸发器;77、88、99丙烷、乙烯、甲烷冷凝器丙烷、乙烯、甲烷冷凝器阶式循环流程图阶式制冷循环优缺点:
u优点:
能耗低,使用九阶式液化,使各级制冷温度与原料气的冷却曲线接近,减少了熵增,比能量消耗接近于理论的热力学效率上限。
制冷剂为纯物质,没有配比问题,操作稳定。
技术成熟,压缩机的喘震减少。
u缺点:
u机组多,流程复杂。
需要三个大型压缩机以及相当数量的备件。
附属设备多,要有专门生产和储存多种制冷剂的设备。
管道与控制系统复杂、维护不便。
需要大量的管线、阀门以及控制原件和调节设备。
整个系统的庞大与复杂使得控制系统比较复杂。
混混合合制制冷冷剂剂液液化化流流程程(MRC-Mixed-Refrigerant-MRC-Mixed-Refrigerant-CycleCycle)MRC是以C1-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。
混合制冷剂的制冷原理与纯单组分制冷剂的制冷原理大致相同,即都是通过冷剂液体的汽化,与被冷介质进行热交换,使其降温。
与纯组分制冷剂不同的是,混合制冷剂产生的冷量是在一个连续的范围之内,纯组分制冷剂产生的冷量是在一个固定的温度上。
以以混混合合制制冷冷剂剂制制冷冷循循环环为为基基础础的的天天然然气气液液化化流流程程是是目目前前应应用用最最广广泛泛的的液液化化工工艺艺。
MRCMRC是是目目前前最最具具代代表表性性且且应应用用最最为为广广泛泛的的混混合合制制冷冷剂剂循循环环工工艺艺。
MRCMRC循循环环是是由由美美国国APCIAPCI公公司司于于六六十十年年代代末末开开发发成成功功的的混混合合制制冷冷剂剂制制冷冷循循环环,该该工工艺艺的的主主要要特特色色是是APCIAPCI公公司司发发明明的的一一台台深深冷冷的的、集集成成化化的的主主换换热热器器和和多多组组分分混混合合制制冷冷剂剂。
MRCMRC主主换换热热器器是是MRCMRC制冷系统的核心。
制冷系统的核心。
无无预冷的混合制冷剂液化流程预冷的混合制冷剂液化流程典型的无预冷MRC流程图在流程中,MRC主换热器的下部称为温端,上端称为冷端。
净化后的天然气由主换热器的底部(温端)进入,从主换热器的顶部(冷端)离开。
主换热器内除布置了许多换热盘管外,还在壳体空间安装了许多液体分布器。
这些液体分布器是沿垂直方向按一定间隔布置的,目的是将进入壳体空间内的液体均匀地喷洒在换热表面上(或换热空间上),以强化其换热效果。
MRC循环还包括混合制冷剂压缩机、一台后冷却器和许多相分离器。
MRC循环采用的混合制冷剂是由许多种不同沸点的气体组分构成。
利用部分冷凝和逐级闪蒸的原理,高压的混合制冷剂液体经过降压和多级分离,提供了不同温位的制冷剂。
换热后的各股制冷剂物流汇合后,进入制冷压缩机,进行制冷循环。
MRC循环主要特点由于MRC循环采用单一的多组分制冷剂,因此只需一台循环压缩机,而不像阶式制冷循环那样需要有多台制冷压缩机,仅此一项就使得MRC循环的设备投资大大降低。
MRC循环的加热曲线可与天然气原料的冷却曲线较好地匹配,因此可大大减少制冷功率。
使用一台集成换热器(即MRC主换热器),在设备费用和易于制造方面也具有显著的优势。
利用节流阀降压可以减少LNG产品的蒸发损失;采用制冷压缩机的级间分离器,可减少压缩机的操作功率。
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