液化天然气与压缩天然气.ppt

第八章 液化天然气与压缩天然气,1914年天然气液化技术开发成功； 1942年在美国的克利夫兰建成了世界上第一座工业规模的LNG生产装置； 1959年第一艘LNG运输船“甲烷先锋”号跨海运输，这是世界第一次实现液化天然气跨海运输。 1975世界天然气液化装置达150多套（来往于中东、西欧、日本和美国之间）。,第一节 天然气液化的发展概述,天然气长距离输送的缺点是阻力损失大，投资高，适合平原地区；对于地形复杂，大海阻隔地区，适用于液态运输，因为625m3/1m3液体。因此，天然气液化技术也是天然气加工的主要内容之一。,一、天然气液化技术发展简史,在LNG长距离运输方面发展十分迅速。目前，世界天然气贸易量的1/3是以LNG的方式成交。 我国从90年代开始陆续建成了几套生产LNG的调峰型工业试验装置，为解决我国沿海一带的能源短缺问题，计划今后从外国进口一部分LNG。因此，今后我国的LNG工业将会有较大的发展。 据2003年最新报道，美国亚美国际投资集团与濮阳民营企业双杰油水井技术服务有限公司将共同投资６５００万美元在濮阳建设全国最大的液化天然气（ＬＮＧ）生产基地 ，将在４年内全部完成 。项目全部建成后，其优质液化天然气将极大地缓解我国中西部地区工业及民用天然气严重缺乏的局面。 另据报道，由中石化欲投资45亿元在青岛胶南董家口码头建立的LNG接收站目前已进入环评阶段。该项目一期工程年转接LNG300万吨，二期工程年转接LNG500万吨。 计划气源来自与伊朗和俄罗斯。,,①基本负荷型：液化能力大，贮存能力也较大。以生产大量LNG供应用户或出口为目的。 ②调峰型：将平时管输来的相对富裕的天然气液化、贮存、以供用气高峰用。液化能力小，贮存和再汽化能力大。 ③终站装置：用于大量接受由船从基本负荷型工厂运来的LNG，将其储存和再汽化后分配给用户，其特点是液化能力小(主要是将储罐蒸发出天然气再液化)。而再气化能力及储罐容量很大。,二、LNG生产装置分类,第二节 天然气液化工艺,原料气的预处理 天然气液化原理与工艺 天然气液化工艺中的主要设备,一、原料气的预处理,原料预处理 主要是为深度脱除以下组分： H2O：易生成水合物，用吸附法深度脱除； CO2：与水生成水合物或固体干冰，用胺法脱除； H2S：对设备有腐蚀作用，用胺法脱除； COS：防止与水反应生成H2S、 CO2，也是用胺法脱除之； Hg：对铝制换热器有腐蚀作用，用可再生的HgSIV吸附剂脱除； N2：会增加LNG的蒸发损失，用闪蒸分离法脱除。,二、天然气液化原理及工艺,1．节流制冷循环 依据焦耳一场姆逊效应，使压力气体通过节流阀膨胀而得以冷却并液化。这种循环的典型代表是以Linde循环。节流制冷循环的优点是设备简单、投资少，缺点是能耗高、效率低，一般液化比率仅为1％～2％，要用于LNG需要量少，同时气体有压差可供利用的小型LNG装置中。 2. 膨胀机制冷循环 即将高压天然气通过膨胀机膨胀，对外输出功，同时使气体自身冷却和液化。膨胀机制冷循环由于操作比较简单，投资适中，特别适合于液化能力较小的调峰LNG装置,这种循环是使天然气在多个温度等级的制冷介质中分别与相应的冷剂换热．从而使其冷却和液化。流程图见图6－12,3. 阶式制冷循环,缺点：机组多、流程复杂、冷剂用量大、需要专门生产和储存各种冷剂的设备、管道和控制系统复杂、维修不便。因此．这种循环在70年代曾广泛使用，现在新建的LNG装置已基本不采用。 4. 混合冷剂制冷（MRC） 这种循环采用N2、C1～C5混合物作冷剂，利用混合物部分冷凝(或部分气化)的特点与原料气换热，使其冷却和液化。在换热过程中混合冷剂的制冷温度与原料气的冷却曲线接近一致。图10－3是一典型的混合冷剂制冷的天然气液化工艺流程。,优点：能耗低、液化率高(达90％)、技术成熟、制冷循环与天然气液化系统各自独立、操作稳定；,优点：只需一台混合制冷剂压缩机，流程简单，投资比阶式制冷少15％～20％，管理方便。 缺点：能耗比阶式制冷高约20％，混合冷剂组份的合理配比困难。,先用预冷冷剂将天然气冷却到一定温度，再用混合冷剂冷却液化，如右图所示：用丙烷按3个温度等级先将原料冷至-40℃；然后两级混合制冷将天然气冷却到-160℃。液化过程换热温差大大降低，埇效率较高，目前应用广泛。图10－5为这一工艺的流程图,5. 有冷剂预冷的混合冷剂制冷循环,,这种有丙烷预冷的混合冷剂制冷循环是目前广泛采用的—种方法，其效率几乎接近阶式制冷循环，且流程简单，因而是今后的发展力方向。80年代后期新建和扩建的装置几乎无例外地采用此方法(现占有LNG装置的一半），此为Linde公司专利流程。 有预冷的混合冷剂循环的关键设备是混合冷剂压缩机、预冷系统和换热器等,以独立的制冷系统(如N2或N2一CH4混合气体膨胀制冷循环等)提供冷量，从而使天然气冷却液化。 优点：系统简单，体积小，操作方便，对原料气组分变化适应性强，液化率高，原料气预处理量少，一般用于小型LNG装置； 缺点：能耗高。需配备氮气供应系统。 关键设备：氮气压缩机、透平膨胀机、换热器、制氮或储氮设备。,6. 以低温制冷机为冷源的制冷循环,三、天然气液化工艺中的主要设备,主要设备：压缩机组，换热器。共占LNG装置总投资的80％左右。 常用的压缩机有两类：离心式压缩机和轴流式压缩机。轴流式压缩机自80年代开始用于LNG装置，它的优点是效率高、功率大、投资省，故目前应用较多。大中型LNG装置的压缩机采用的驱动机有两种；蒸汽轮机和燃气轮机，后者效益更好。 换热器：绕管式(缠绕管式)换热器、板翅式换热器，目前多用后者。 LNG装置的发展方向：进一步简化工艺与设备，提高操作的灵活性，降低LNG单位能量能耗，采用高效的关键设备(压缩机、膨胀机和换热器)，减少一次性投资费用。,第三节 天然气提氦,氦的性质与用途 天然气中氦的含量 天然气提氦技术及发展 林德循环提氦工艺,一、氦的性质与用途,氦是稀有惰性气体，它具有扩散性强、导热性好、密度低、常压沸点(4K)接近绝对零度且无放射性等特点。因此，氦气被大量用于低温超导、核反应堆、航天、合成呼吸气及特殊金属冶炼等尖端科学及军事领域。,二、天然气中氦的含量,目前，世界上生产的氦气主要来源于含氦天然气，根据天然气氦含量的多少，可将它分为富氦天然气和贫氦天然气两类。将氦含量大于0.1％（x）的天然气称为富氦天然气；将氦含量小于0.01％（x）的天然气称为贫氦天然气。由丁大气中的氦含量是5.4×10-6，因此，即使目前认为无经济价值的贫氦天然气，其氦含量也比大气冲含量高两个数量级。 我国迄今只有四川威远气田天然气中含有约0.2％～0.3％（x)的氦。,三、天然气提氦技术及发展,从天然气提氦工艺的发展过程来讲，至今已经历了三个阶段，即：典型的林德节流循环工艺阶段、新工艺引入阶段、非燃料型天然气提氦阶段。从分离原理上讲，天然气提氯方法又可分为深冷法、膜分离法和变压吸附法(PSA)等 目前，大多数天然气提氦工艺仍采用深冷法。,四、林德循环 提氦工艺,氦沸点：-268.9℃； 氮沸点：-195.8 ℃； 甲烷沸点：161.49 ℃,第四节 压缩天然气,CNG用作汽车燃料的特点 CNG的生产及加气站的构成,概 述,压缩天然气(CNG)的主要用途是作汽车燃料，故也将其称为汽车用压缩天然气。随着社会的不断发展，在车用燃料方面，以下两个方面的问题将日渐突出： ①随着原油资源的不断减少，车用燃料价格将越来越贵； ②空气中60％的污染来自于汽车尾气，随着汽车数量的增加，其尾气排放物对城市大气的污染越来越严重。 因此一直不断探寻符合环保要求的汽车替代燃料，主要包括：LPG、CNG、LNG、甲醇、电力、太阳能、氢气等。其中CNG技术成熟、安全可靠、经济可行，因而发展最快。近年来，我国汽车用压缩天气的发展也很迅速。,与汽油相比．CNG用作车用燃料有以下优点： ①研究法辛烷值高达100以上，抗爆性能强，发动机噪音降低40％； ②CNG是气态，它与空气混合均匀，燃烧完全，气缸不积炭，发动机磨损少，大修时间可延长1.5倍，提高效率10％以上； ③发动机排出的废气中，CO2减少24％，CO减少97％，烃类化合物减少72％，NOX减少39％，SO2减少90％，苯、铅含量减少100％，颗粒杂质减少41.67％； ④进入发动机气缸内的气态天然气，对润滑油无冲刷稀释作用，故可节省润滑油； ⑤汽车发动机的压缩比从7增加到l0～12。发动机的效率可提高25％ ～30％； ⑥燃料费仅为汽油汽车的2／3，维修费可降低30％。,一、CNG用作汽车燃料的特点,二、CNG的生产及加气站的构成,生产CNG一般需要的工序是： ①脱水，CNG的水露点应符合我国汽车用压缩天然气的质量要求或水露点为-65℃～-76 ℃ ； ②用压缩机将天然气压力增加到20MPa以上。 天然气中的CO2一般不需脱除，如H2S含量不符合要求，尚需脱硫以防腐蚀。 一个标准的CNG加气站的构成有：①气库，由多个储气瓶组成；②天然气压缩机组，入口压力为1.5～3MPa，出口压力为21～25MPa；③脱硫及脱水装置，脱除天然气个的H2S、水，—般用分子筛脱水，用固定床活性氧化铁脱H2S；④综合自动化装置，如自动计量收费、安全设施等。,