新型天然氣液化裝置工藝流程及設備特點分析

呂勝男，王師婧(陜西延長石油天然氣股份有限公司，陜西 延安 716000)

0 引言

目前，在天然氣液化行業中也采用了很多新技術，并使用了很多新型天然氣液化裝置，通過這些新技術和新設備的應用，使得天然氣的液化效率和液化質量都得到了很大的提升。由于天然氣的需求量也在快速增長，故選擇合理的天然氣液化設備，并對天然氣液化工藝流程進行優化，可以為社會提供更多的優質天然氣?？傊?，新型天然氣液化裝置對于提高天然氣的液化技術水平具有一定的價值和意義。

1 液化天然氣裝置的特點及現狀

1.1 液化天然氣的特點

和壓縮的天然氣相比，液化天然氣存在明顯的不同，主要特點包括以下三點：一是液化天然氣的密度會比壓縮天然氣更高，這樣就可以顯著降低天然氣在運輸過程中所花費的成本，并且還降低了天然氣的存儲成本，更有利于天然氣使用的經濟性。二是液化天然氣比一般的壓縮天然氣，在燃燒過程中能夠釋放出更多的熱量。三是液化天然氣在燃燒過程中，對周圍環境的污染相對較低，是一種較為清潔的能源，故在社會中也得到了廣泛的應用。

1.2 液化天然氣裝置的技術現狀

目前液化天然氣裝置已經具備了一定的技術水平，但依然存在著較大的提升和改進空間，需要對天然氣在液化過程中所涉及到的裝置性能進行進一步研究，使得天然氣液化裝置的運行效率更高。在天然氣液化方式上，目前主流的工藝技術為混合制冷劑，在目前的液化技術體系中也占有重要地位。在液化工藝流程中，涉及到的流程也較為復雜，在液化系統中設置的參數信息會對液化天然氣的生產質量產生直接的影響。主要的液化系統參數信息包括系統的組成配比、循環參數和原料天然氣中的氣質等，需要將這些參數信息合理設置好，保證天然氣的液化效率，同時這些參數的選擇和優化也是天然氣液化技術領域中的關鍵[1]。在液化天然氣的運輸方式上，目前我國主要采用了兩種方式：一是通過陸上管道系統進行運輸；二是通過船只來運輸，這種方式一般是用來運輸進口的天然氣。為了提高天然氣的使用效率，需要對其具體的制備流程進行進一步細化，本文對此進行詳細分析和研究。

2 新型天然氣液化裝置工藝流程

2.1 天然氣液化裝置的工藝環節分析

在天然氣液化過程中，采用的液化方式可以為單循環的混合制冷劑，這種方式在對天然氣進行液化時，所需要消耗的能源相對較低，并且液化的成本也不高，運維也較為方便，所涉及到的工藝環節主要包括以下三點：一是預處理環節，在這個環節當中，主要是將原料天然氣中存在的一些二氧化碳等雜質加以清除，并對天然氣進行脫水。經過預處理之后，就可以使得天然氣方便后續的液化操作。二是對天然氣的液化分離操作，天然氣完成了預處理操作步驟之后，需要采用制冷劑來進行分離。經過分離操作之后，可以得到所需要的液化天然氣。三是存儲及運輸所制得的液化天然氣，并對使用過后的制冷劑進行補充，方便后續繼續使用。單循環的混合制冷劑液化技術原理圖如圖1所示。

圖1 單循環的混合制冷劑液化技術

在單循環的混合制冷劑液化技術中，當制冷劑在溫度較低的情況下，就可以進行蒸發，從而實現對天然氣的液化。這種天然氣液化技術在中小型的工廠中較為實用，使得生產工廠具備較高的經濟性。

2.2 天然氣液化的預處理脫水設備

在對原料天然氣的預處理工藝流程中，脫水處理是重要的環節，在進行脫水處理之前，需要先對原料天然氣進行脫除二氧化碳處理之后才能夠開展。在脫水處理過程中，將天然氣通入到分離器中，使得氣體中的一些雜質能夠過濾和清除。之后再對天然氣進行干燥處理，當該操作處理完畢之后就可以將天然氣再次通入到過濾器當中，這樣就可以完成對天然氣的處理。

2.3 膨脹流程

在膨脹過程中，主要的技術原理是根據天然氣所具備的壓力進行膨脹，經過做功之后就可以得到相應的冷量，實現對天然氣的液化。這種液化天然氣的方式較為方便，并且液化的流程也較為簡單，比較適合應用在調峰型的裝置中。裝置在運行過程中也較為靈活，設備的啟動時間也會相對較快，適應性相對較強。但這種液化天然氣的方式也存在著一定的缺點，主要是在液化過程中對能源的消耗量相對較高，需要根據實際情況加以選用，以保證天然氣液化的效率和質量。

2.4 混合制冷劑流程

在該流程當中，將分烴類的混合物進行制冷處理，并且經過一系列的冷凝、膨脹等操作之后，就可以實現對混合物的冷卻處理。同時在該處理過程中，還涉及到了節流以及蒸發等操作，這些都是該處理環節中的重要內容。當天然氣經過壓縮處理之后，就會形成高壓，并進一步開展預冷處理，之后再將天然氣輸入到分離器中，在此處理環節中，液相是關鍵環節，能夠起到降溫和降壓的重要作用。天然氣液化的循環流程如圖2所示[2]。

圖2 天然氣液化的循環流程

在該工藝流程當中，涉及到的重要制冷設備主要是冷劑吸收罐，在制冷劑當中，包括了甲烷、乙烯和氮氣等。所分離出來的制冷劑經過冷卻之后，再分離成液相和氣相。該工藝流程相對較為簡單，并且天然氣液化系統的建設成本也相對較低。在整體結構上，采用的是冷箱的結構，各種類型的設備在布局上也較為緊湊，在一定程度上可以起到節約成本的作用。

3 新型天然氣液化裝置設備特點

3.1 新型天然氣液化裝置設備的特點

新型天然氣液化裝置設備在運行過程中，存在著明顯的特點，如天然氣液化設備的運行可靠性、運行安全性等都要求相對較高。除此之外，還存在著其他特點，如在混合制冷劑循環過程中，液化設備中此案有了多種不同類型的制冷劑，相互之間進行混合配制才能發揮出相應的作用。由于在混合制冷劑循環過程中涉及到的設計變量相對較多，如果對各種類型的制冷劑的配比沒有把握好，或者是設計參數不夠合理，都將會導致天然氣液化裝置的性能發生較大的改變，并直接影響液化天然氣的質量和效率。

對于不同類型制冷劑配比的優化，可以借助數值方法進行優化計算，使得制冷劑能夠獲取到最佳的組合，并對液化循環的結構也進行整體優化。通過對不同的配比方案進行比較，從分子結構的角度來對不同類型制冷劑進行優化組合，達到提高液化效率，并降低能源消耗的目的。在具體的優化過程中，需要建立制冷劑優化模型，并以液化循環系統的總能源消耗最小為優化模型的目標函數，優化變量可以選擇為液化系統的循環壓力、不同制冷劑的組成配比等[3]。通過借助魯棒優化方法來對所建立的液化系統制冷劑優化模型進行求解，從而得出新型天然氣液化裝置中各種類型制冷劑的組成配比，更好地促進天然氣液化效率的提升。

3.2 液化天然氣裝置的發展趨勢

隨著社會對液化天然氣質量要求的提高，今后在實際天然氣液化過程中，將會對不同的液化工藝方案進行比較，綜合選擇出最佳的液化技術方案。如可以對單循環、雙循環以及丙烷預冷混合等三種不同的天然氣液化技術方案進行綜合分析比較，從液化系統投資、液化壓縮機的能源消耗、比功耗、所需要采用到的壓縮機數量等幾個方面進行綜合比較。單循環的天然氣液化方式容易對天然氣液化的過程進行控制和操作，并且所需要采用到的壓縮機等設備數量也相對較少，在很多液化天然氣調峰裝置中都有應用，今后這種方式也是重要的應用趨勢。單循環液化工藝流程如圖3所示。

圖3 單循環液化工藝流程

這種單循環液化工藝流程技術較為成熟，綜合評估液化系統能源消耗、液化系統總投資、設備的可操作性等指標，這種液化天然氣的生產工藝流程具有較大的應用前景。今后隨著液化天然氣技術的發展，以及液化天然氣裝置生產制造技術水平的提高，在實際的天然氣液化領域中將會積極引入更多的先進天然氣液化技術，從而為社會提供更多的優質液化天然氣，滿足社會對液化天然氣這一能源的供應需求，并進一步促進社會的發展。

4 結語

本文對天然氣的特點進行了詳細分析，并介紹了天然氣的液化流程及所采用設備的主要特點，同時對液化天然氣生產過程中制冷劑配比的優化方法進行了闡述。通過采用本文所分析的天然氣液化技術，可以有效降低能源消耗，并且提高天然氣的生產效率，在實際生產中具有較高的應用價值。