小型LNG裝置的預處理與液化流程研究.pdf

1、小型LNG裝置體積小可撬裝、機動運輸、開停方便，能對分散的天然氣氣田進行采集，在我國具有戰(zhàn)略價值。本文針對這一裝置實施的方案及其關鍵技術展開研究，提出了預處理模塊化的概念，以及一種新型節(jié)能的整合級聯(lián)混合制冷劑液化流程(SP-MRC)，主要內容如下。 一、預處理與液化流程優(yōu)選及設備建模。對于小型LNG裝置，建議采用分子篩吸附法脫水脫硫，提出了預處理模塊化的概念?；旌现评鋭┮夯h(huán)可能是小型裝置的最佳選擇。對凈化設備、熱傳遞設備、旋

2、轉設備、分離設備和管線設備進行了數學建模。 二、天然氣預處理試驗裝置的設計與搭建。試驗裝置用于測試多元混合氣體的干燥和凈化數據，主要包括以下幾個部分： (1)原料氣注入系統(tǒng)； (2)混合器； (3)吸附系統(tǒng)； (4)測量系統(tǒng)； (5)取樣分析系統(tǒng)； (6)安全系統(tǒng)。 三、首次試驗研究了分子篩凈化天然氣的模塊化吸附工藝，工作內容和結論包括： (1)測定了水分、CO2在

3、3A、4A和13X分子篩上的動態(tài)透出曲線。 (2)測定了II2S在RK-38分子篩上的透出曲線。 (3)測定了天然氣在復合吸附床(3A+13X分子篩)上的動態(tài)吸附曲線，采用競爭吸附理論對各吸附模塊進行了優(yōu)化組合與配置。 (4)對兩種分子篩脫除CO2的試驗數據進行分析，結果表明13X分子篩的吸附分離效果要優(yōu)于4A分子篩。 (5)建立了多組分吸附分離模型，利用試驗曲線確定吸附平衡和動力學參數，對天然氣和二元吸

4、附劑的透出曲線及溫度、吸附量變化趨勢進行了數值模擬。 (6)對分子篩在不同壓力和不同溫度下的動態(tài)吸附進行了研究。 (7)預處理模塊的吸附順序一般為“先脫水再脫硫最后脫碳”，而脫附順序為“先脫碳再脫硫最后脫水”。(8)對于不同產地不同氣質的天然氣，預處理模塊化工藝可以適應對各種氣源進行液化的苛刻要求。 四、模擬計算主要圍繞混合制冷劑液化流程和N2-CH4膨脹機液化流程展開，提出了一種新型的整合級聯(lián)式混合制冷劑液化流

5、程(SP-MRC)。研究內容包括： (1)設計了兩套典型的撬裝型天然氣液化流程，對流程進行了模擬計算，比較了兩者的關鍵參數，并分析了各換熱器中管路換熱負荷-溫度的分布情況。 (2)對三種液化流程(C3/MRC、N2-CH4 Expander和SP-MRC)進行了模擬計算和關鍵參數比較，結果表明新型SP-MRC流程的比功耗、比制冷劑流量與C3/MRC流程接近，比冷卻水負荷介于C3/MRC和N2-CH4流程之間。 (

6、3)新型液化流程采用重烴和輕烴相結合的整合式級聯(lián)技術，在保證較高液化率和較低比功耗的前提下，能顯著減少壓縮機與換熱器的數量和體積。 五、從熱力學的角度出發(fā)，詳細分析了節(jié)能新型SP-MRC的關鍵參數對流程性能(比功耗、液化率、比制冷劑流量和比冷卻水負荷)的影響。利用HYSYS的Original模式，以LNG比功耗最小化為目標函數，對SP-MRC液化流程進行了優(yōu)化。在目標函數最優(yōu)值的基礎上，對LNG板翅式換熱器的性能參數展開深入分析

7、，得到了多組元混合工質在換熱器中相變耦合的性能曲線。研究表明，溫度、壓力和組分分率的同時變化，將對換熱器中多組元工質的焓值、熱流量以及UA值產生重要影響。 六、以中原油田文23氣田1號集氣站外輸氣為例，對小型LNG裝置的模塊化撬裝進行了可行性研究，采用了特有的模塊化復合吸附工藝和SP-MRC混合制冷工藝，得到了天然氣凈化與液化相耦合的全流程節(jié)點的溫度、壓力、摩爾焓、摩爾熵、摩爾流量、氣相分率和氣液兩相組分的摩爾分數。結果表明：L