天然氣是一種優(yōu)質(zhì)潔凈的燃料，在能源、交通等領(lǐng)域具有很好的前景，天然氣的液化和儲存是其開發(fā)利用的一項關(guān)鍵技術(shù)。液化天然氣(LNG)產(chǎn)業(yè)是高科技的系統(tǒng)工程，已形成了一個工業(yè)鏈。30年來，LNG產(chǎn)業(yè)作為世界上一門新興工業(yè)在飛速發(fā)展，目前仍保持著強勁的勢頭。我國有豐富的天然氣資源，但大規(guī)模開發(fā)利用天然氣，尤其是開發(fā)和應(yīng)用LNG技術(shù)起步很晚。我國已進入LNG建設(shè)的高峰期，故LNG的工藝設(shè)計、建設(shè)及運營可能出現(xiàn)一系列問題，需要我們探索和研究[1]。本文通過工程實例對LNG工廠的工藝設(shè)計進行探討。

2 LNG工廠工藝系統(tǒng)及流程

陜西省燃氣設(shè)計院于2008年初承接了一個日處理天然氣60×104m3/d的LNG工廠設(shè)計項目，該項目完全采用國內(nèi)設(shè)備和國內(nèi)技術(shù)，氣源來自陜京輸氣管道和蘭銀輸氣管道。冬季氣源壓力為2.0～2.5MPa，夏季氣源壓力為3.0～3.5MPa，氣源溫度為5～40℃。氣源的主要組分為甲烷，還含有N2、C02、H2S、烷烴類及苯類等。

本液化工程項目的主要工藝系統(tǒng)(按工藝流程的先后順序)有：原料氣分配系統(tǒng)、原料氣壓縮系統(tǒng)、脫碳系統(tǒng)、脫水系統(tǒng)、純化系統(tǒng)、脫汞系統(tǒng)、液化系統(tǒng)、儲存系統(tǒng)和裝車系統(tǒng)。輔助系統(tǒng)有放散系統(tǒng)、儀表風系統(tǒng)、PSA制氮及液氮氣化系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)和蒸汽系統(tǒng)。

3　原料氣分配及壓縮系統(tǒng)

原料氣來自銀川門站，進入工廠后，首先進入原料氣分配系統(tǒng)，經(jīng)分配站調(diào)壓計量后分為兩路，一路進入廠區(qū)鍋爐房、制冷站房、加熱爐、廚房；另一路進入分離器進行氣水分離，再進入天然氣壓縮機，增壓至5.0MPa。

4 脫碳、脫水、純化及脫汞系統(tǒng)

為了滿足低溫工作狀態(tài)的要求，天然氣經(jīng)脫碳系統(tǒng)凈化后C02體積分數(shù)應(yīng)低于50×10-6，H2S體積分數(shù)應(yīng)低于4×10-6；經(jīng)脫水系統(tǒng)后水體積分數(shù)應(yīng)低于1×10-6；經(jīng)純化系統(tǒng)凈化后芳香烴類體積分數(shù)應(yīng)為1×10-6～10×10-6。

來自壓縮機的天然氣經(jīng)氣液分離器和過濾器后進入吸收塔底部，與來自塔頂?shù)腘-甲基二乙醇胺(MDEA)溶液逆流接觸，C02和H2S被MDEA溶液吸收。凈化后的天然氣在吸收塔上部被洗滌冷卻后，經(jīng)塔頂高效除污器進行除污，之后進入凈化冷卻器降溫至40℃，再經(jīng)凈化分離器分離水分及雜質(zhì)后進入脫水系統(tǒng)[2]。N-甲基二乙醇胺吸收法(即MDEA+活化劑)脫碳工藝兼有物理吸收和化學(xué)吸收的特點，具有C02回收率高、能耗低等優(yōu)點。

從脫碳系統(tǒng)出來的天然氣進入分子篩干燥器，采用4A液化天然氣專用分子篩吸附脫除天然氣中的水分，水分體積分數(shù)小于1×10-6后，進入干粉過濾器去除粉塵，之后進入純化和脫汞系統(tǒng)。

從脫水系統(tǒng)出來的干燥天然氣進入純化器，采用活性炭吸附脫除芳香烴后，經(jīng)過濾器脫除粉塵。然后，自上而下通過脫汞吸附器床層，采用浸硫煤基活性炭吸附脫除天然氣中的汞[3]，使其含量小于10mg/m3。再經(jīng)過濾器脫除粉塵后，進入液化系統(tǒng)。

5 天然氣液化系統(tǒng)

① 液化原理

液化系統(tǒng)采用氟利昂預(yù)冷和氮-甲烷膨脹液化流程提供天然氣液化需要的冷量，采用低溫工藝將天然氣液化，進入LNG子母罐儲存并通過LNG槽車外運。

氟利昂預(yù)冷和氮-甲烷膨脹液化流程結(jié)合了級聯(lián)式液化流程和膨脹機液化流程的優(yōu)點，流程高效簡單。在此液化流程中，氟利昂預(yù)冷循環(huán)用于預(yù)冷氮-甲烷和天然氣，而氮-甲烷循環(huán)用于深冷和液化天然氣。

氮-甲烷膨脹液化流程是純氮膨脹制冷循環(huán)的一種改進。為了降低能耗，采用氮-甲烷混合氣體代替純N2。氮-甲烷膨脹液化流程具有起動時間短、流程簡單、控制容易、制冷劑測定及計算方便等優(yōu)點。由于縮小了冷端換熱溫差，氮-甲烷膨脹液化流程比純氮膨脹液化流程減少10%～20%的能耗。氮-甲烷膨脹液化工藝克服了階式制冷循環(huán)工藝機組多、流程復(fù)雜、附屬設(shè)備多、管道與控制系統(tǒng)復(fù)雜等缺點，也解決了混合制冷劑工藝能耗較高、混合制冷劑合理配比困難及流程計算困難等問題。故氮-甲烷膨脹液化工藝特別適合中小型的天然氣液化裝置。

② 液化流程[4]

氮-甲烷膨脹液化系統(tǒng)由天然氣液化系統(tǒng)和氮-甲烷制冷系統(tǒng)兩部分組成。

氮-甲烷膨脹液化流程見圖1。在天然氣液化系統(tǒng)中，經(jīng)過預(yù)處理裝置脫酸、脫水后的天然氣，經(jīng)換熱器2冷卻后，在氣液分離器3中進行氣液分離，其中的氣相流入換熱器4冷卻液化，在換熱器5中過冷，節(jié)流降壓后進入儲罐；液相進入換熱器2內(nèi)吸熱氣化后再進入天然氣管道。在氮-甲烷制冷系統(tǒng)中，制冷劑氮-甲烷經(jīng)循環(huán)壓縮機10和制動壓縮機7壓縮到工作壓力后，經(jīng)水冷卻器8冷卻，進入換熱器2，被冷卻到透平膨脹機的入口溫度。一部分制冷劑進入透平膨脹機6，膨脹到循環(huán)壓縮機的入口壓力，與返流制冷劑混合后，作為換熱器4的冷源，回收的膨脹功用于驅(qū)動制動壓縮機；另外一部分制冷劑經(jīng)換熱器4和5冷凝和過冷后，經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流、降溫后返流，為換熱器5提供冷量。

6 儲存和裝車系統(tǒng)

液化后的LNG進入LNG儲罐儲存，儲存能力按7d的產(chǎn)量確定，選用有效容積為1750m3的LNG儲罐2座，當1座LNG儲罐進液時，另1座LNG儲罐裝車。

進液：來自液化系統(tǒng)的LNG通過充裝管道，經(jīng)過充裝緊急切斷閥、頂部或底部進液閥進入子罐。在高高液位連鎖或液化單位連鎖的情況下，充裝緊急切斷閥將迅速自動關(guān)閉。

出液和裝車：子罐內(nèi)的LNG通過低溫泵輸送，經(jīng)過截止閥和出液緊急切斷閥進入槽車。在火氣關(guān)斷閥連鎖的情況下，出液緊急切斷閥將迅速自動關(guān)閉。

該液化裝置的LNG產(chǎn)量為512m3/d，每天裝車操作按8h計算，配置80m3/h的外置式離心泵2臺(1用1備)，LNG裝車位3個，可實現(xiàn)3臺槽車同時裝車。

7 結(jié)語

本項目從2008年初開始設(shè)計，到2009年6月施工調(diào)試結(jié)束，歷時1年半。目前該LNG液化工廠已經(jīng)安全投入生產(chǎn)，產(chǎn)量基本達到設(shè)計要求，具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1] 顧安忠，魯雪生，汪榮順，等.液化天然氣技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003：62.
       [2] 張朋波，王兆銀，張興興，等.天然氣液化預(yù)處理工藝流程[J].煤氣與熱力，2009，29(9)：B05-B07.