混合冷剂液化工艺在LNG工厂的应用

苏成果

（中国石油天然气销售陕西分公司，陕西 西安 710016）

1 LNG行业的现状与发展

由甲烷作为主要成分的天然气通常是从气田中开采出来的。LNG是把气态常压下的天然气经过冷却到-162℃，令其液化成为的液体，液化的天然气具有运输储存空间小、性能高、热值大等优点。介于LNG的清洁高效性，不但促使了LNG进口国的能源安全供给多元化，而且有助于拉动出口国经济的快速增长，LNG跨国贸易逐渐成为全球能源市场的新前景。由于环境问题日益严重，因此作为清洁能源之一的天然气以及LNG都逐渐受到各个国家追捧。液化天然气在能源供应中迅猛增加，现今的增长率高达12%，在全球范围都具有广阔的发展前景。近年来能源消耗的几个国家如日、美、韩其能源结构逐渐呈现出多元化，以引进和兴建LNG为例。清洁的LNG在全球制造和交易量日益增长，以国际上大的石油公司为例它们的盈利点都转向LNG，可见LNG逐渐成为全球清洁油气工业领域的新潮流[1]。我国正处于快速发展中，以煤、石油等为主的一次能源导致温室气体排放过量等环境问题日益严重。为了减轻对环境的压力，加大了能源结构改革，逐渐采用清洁的天然气，由于其燃烧过后的温室气体排放量仅为石油的2/3、煤炭的1/2，可见其对环境的污染有所降低，同时也加大了天然气和LNG行业的发展速度[2]。

2 LNG工厂双循环混合制冷剂生产工艺简介

混合制冷剂循环是以碳氢化合物及N2等组成的多组分混合制冷剂为制冷剂，进行逐级冷凝、节流膨胀、蒸发得到不同温度级冷量，以达到逐步冷却和液化天然气目的的循环。该LNG工厂液化工艺采用双循环混合制冷工艺。液化冷剂系统分为预冷制冷（1#冷剂）回路和低温（2#冷剂）制冷回路。来自门站的天然气经过原料气重力分离器和原料气过滤分离器脱除原料气中的大颗粒杂质。脱碳单元采用传统的MDEA脱碳法，利用N-甲基二乙醇胺对酸性气体的物理化学吸收脱除原料气中的二氧化碳、硫化氢等酸性气体，脱除酸性气体的天然气进入脱水脱汞单元进行干燥和脱汞。原料气达到净化气指标后进入冷箱，液化采用混合冷剂双循环制冷，利用节流膨胀制冷原理，通过高效的板翅式换热器进行换热，净化后的原料气在冷箱的换热器中被冷却至-60℃，在这个温度点，脱除全部重烃，重烃分离罐底部出口的C5+重烃作为燃料使用，重烃分离罐顶部出口天然气返回冷箱进行深冷至-157 ℃液化为液化天然气（LNG）。然后LNG降压输送至LNG储罐储存[3]。

3 天然气液化的主要设备与原理

3.1 液化冷箱---板翅式换热器

板翅式换热器由芯、头、喷嘴和支架组成。热交换是由原子核进行的，因此关键的部件是原子核。核心由偏转器、偏转器、鳍和偏转器组成。由于其特殊的结构，流体流动会导致严重的气溶胶。有效地降低了热电阻和提高了热效率。加热效率高于5～10比低功耗。此外，热区的密度可以保持6～10密度。空气加热器的密度两个刀片，紧凑型，紧凑型，铝，重量轻，比80%的加热管和更便宜。所有的焊接结构消除泄漏和热表面和支持的可能性，因此是非常强大的。两个加热区的密度是不同的。一个水平调节热发散的热表面的热扩散系数这意味着热保护和运输成本的降低，距离和交通量。和不同的通道和交通长度。国家和地区之间的通信信道可以减少热量和环境。左边的热交换：空气分离装置，如旋转冷却装置，冷凝和液体空气。第二类用于石化行业，如天然气，液体和氨。第三工业机械，例如柴油机，散热器，汽车油，循环油，空调，冷冻油感冒等。LNG冷箱主要应用于液化天然气装置中，将天然气进行液化并提纯。如原料气中氮组份偏离需要设置去氮塔将天然气进行提纯，以满足LNG规范的燃值要求。具有冷箱内脱重烃、脱汞和防汞设计专有设计技术，还可以提供温度场分布的测量设计为LNG工厂的冷剂调配提供依据[4]。

3.2 液化原理——节流膨胀制冷

在高低压阀门两侧有一个小的冷却系统的进气阀的情况下正确的工作系统。高压侧冷身体被插入到低气压传感器。随着温度的不断冷却，气体在超声波作用下的过程称为气体的流动，也称节流膨胀。这个过程发生得很快。这导致了高压换热器的预测。这种换热过程不影响外部。然而，由于摩擦阻力损失在控制范围内的神经流的特点。循环负荷是一个不可逆的过程，流量必须增加。在水流的加成过程中，应力的变化率称为导流系数。温度的变化是由偏微分系数或焦耳-汤姆逊效应系数的变化引起的。如果油门前的压力温度没有很大的变化，那么冷却后的压力就会减小。在油门前减压，冷却效果就会变弱。当温度变化到温度之前和之后，温度都没有变化，如果油门前的压力继续降低，温度就会升高，大多数气体都会改变温度，油门可以在室温和低压下产生低温效应，而在油门前的低温效应中，只有少数气体必须在油门前处理，以确保在油门前的低温效应。

4 天然气液化过程中混合冷剂的组成及作用分析

4.1 天然气液化过程

混合制冷系统的基本原理是:使用由乙炔、丙烷和丙烷组成的制冷剂，在低温下制冷天然气、天然气、甲烷、乙烷和丙烷的混合制冷剂，并使用混合制冷剂进行高效率的热交换，通过鳍片、交换膜进行冷却，并通过填料和冷却液来吸收天然气的热量，从而达到制冷剂的目的。混合制冷剂的目的是为了跟踪速率。高加工和低能耗，因此广泛应用于研究天然气水合物的加工过程和热传导机制。根据混合气各组分不同沸点和部分冷凝的特点，通过逐步冷凝、蒸发和节流膨胀，获得不同温度等级的制冷量，从而逐步冷却液化天然气。混合制冷剂液化工艺既达到了类似步骤液化工艺的目的，又克服了其系统复杂的缺点。由于只有一种制冷剂，制冷系统简化。混合制冷剂制冷液化过程主要由封闭制冷系统和主冷却箱两部分组成。制冷剂蒸气压缩后，制冷剂中的低压部件(即重部件)通过水冷却或风冷冷凝。低压制冷剂液体与高压制冷剂蒸汽混合后进入主冷却箱。获得冷却能力后，冷凝成混合制冷剂液体，经J-T阀门节流，在冷却箱中蒸发，为天然气和高压制冷剂的冷凝提供冷却能力。在中低温下，将部分凝析天然气引出冷箱，将C5 +凝析液分离，返回冷箱进一步冷却，生产液化天然气。C5 +冷凝水需要稳定以满足产品质量要求[5]。天然气进入冷箱的压力范围应控制在4.6～5.2 MPa之间。认为在4.6～5.2 MPa过程中，天然气进入冷箱的压力控制是可行的。压缩空气中的气体。天然气的突变过程可以包含冷。冷却前的三个阶段的温度和温度开始在摄氏零度-78 ℃。液化和低温温度进一步降低，理论上，随着液化和低温温度逐步下降到其泡点温度，天然气从气相完全转化为液相从而实现了液化。天然气和制冷机的温度比天然气和制冷机的组合。在每个温度的比焓值相加，你会得到气体和天然气的生产曲线。天然气储罐的换热过程可以看作是在不同的温度条件下进行的。冷却液热释放曲线，合成热释放曲线是理想的情况下。在这种情况下，不仅保证了热平衡，而且将有助于最终的温度。为了实现能源节约，天然气的合理数量的变化是必要的。在制作过程中，适当的冷却液是一个重要的证据。冷却液的热传递曲线与合成热释放曲线。

4.2 制冷剂的性质及节流效应

（1）制冷剂的沸点和气化潜热：冷却液经历了高压和低压力的循环时间。从节约能源的角度出发，在冷却过程中的热量控制的一个重要方法是增加热控制。天然气生产热吸收是一种重要的自然冷却标准。（2）制冷剂的节流效应：工作控制的冷却液的影响，反映了软负荷影响流量控制的工作性能的影响：制冷剂成分，前后压力和流量以及节流前压力所对应的饱和温度。在实际生产中，通常先冷却后冷却液流动。为了更好地影响节流效果。在冷却过程中，天然气加热和制冷机的温度高于或等于3 K。这对冷却控制的正面影响有很高的要求。混合工艺的需要制冷剂制备LNG工艺流程的必要条件。（3）当高压和温度大于或等于饱和温度时，无论是气相还是液相制冷剂，气体的节流正效应都更好，从N2、CH4、C2H4、C3H8到C5H12。气体控制的积极作用随着冷却剂重量的增加而增加。（4）当温度低于高压饱和温度时，制冷剂处于液相，气体节流正效应随温度的降低而减小。由于在相同压力下重组馏分的饱和温度较高，因此，当它作用于冷盒的预上色部分时，通常具有良好的正扼杀效应。由于其相对较低的饱和温度，轻组分在液化和深度冷却阶段也具有正的正节流作用。

5 结语

目前，采用混合制冷剂冷却工艺的液化天然气工厂数量正在逐步增加。在冷剂循环工段气相便于压缩，冷剂在冷箱制冷过程中不同工段组分不同！重组分的一般在预冷段做功，轻组分的一般在液化段和深冷段做功。作为液化过程的基本设备，制冷机的能耗和制冷量比决定了机组的正常运行，制冷机的能耗占机组总能耗的80%以上，如何考虑设备的运行稳定性和设备的能耗是许多工厂面临的一个重要问题。由于许多工厂由于市场限制而在低负荷下运行，因此优化生产过程以提高减产性能尤为重要。双循环混合冷却器天然气液化过程的核心是混合冷却器，其组成和比例应与进入液化冷却池的天然气量相对应。在生产过程中，需要调节冷箱温度场和制冷机的运行条件，才能实现天然气的液化过程。天然气液化的主要目标是实现高液化率和低能耗。因此，深入研究天然气液化过程和混合冷却器的传热机理是非常重要的。