天然气液化装置（LNG）：原理、工艺与应用

天然气液化装置（LNG）：原理、工艺与应用

天然气液化装置（LNG）是将天然气冷却至-162℃并转化为液态的设备。LNG在液态时所占空间仅为气态时的1/600，这使得运输更加高效和经济。

天然气是如何液化的？

天然气在液化工厂或“站点”中转化为液体。LNG站点主要执行三个工艺过程：

1. 预处理

灰尘和塞流（水和凝液）以及汞（Hg）一起被除去。这些污染物会引起腐蚀和冻结问题，特别是在铝制热交换器中。

2. 酸性气体的脱除和脱水

二氧化碳（CO2）和硫化氢（H2S）被胺吸收器（酸性气体去除简称为AGR）从天然气中吸收和去除，而吸附剂被用来去除水。这些不纯物质被去除，因此在随后的液化过程中不会形成冰。

3. 重烃分离与液化

在液化前通过分馏去除重烃（C5+）。如液化过程示意图所示，天然气用丙烷预冷至约-31℉（-35℃）。

在预冷之后，天然气通过主低温热交换器（MCHE）的管道回路，在这里通过混合制冷剂（MR）将天然气液化并过冷至-238℉（-150℃）至-260℉（-162℃）之间。MR也要预冷，然后在高压分离器中分离。在MCHE中，蒸汽和液体流通过不同的管状回路，在那里它们被进一步冷却、液化和过冷。

这两股过冷气流的压力降低，并进一步降低它们的温度。当混合制冷剂在MCHE的壳侧汽化并向下流动时，它为天然气的液化和过冷提供制冷。在MCHE出口和接收LNG的储罐内发生LNG末端闪蒸，产生闪蒸气和蒸发气，以补充主要由丙烷和MR燃气轮机驱动的压缩循环所需要的燃料气。

天然气液化工厂的工艺过程

基本包括预处理（净化）、液化、储存、装车及辅助系统等，主要工艺流程包括天然气净化和液化工艺。一般液化工厂的工艺与控制构成如下：

• 原料气过滤
• 原料气酸气脱除；
• 原料气干燥、脱汞；
• 液化、脱重烃；
• 制冷；
• 冷剂补充；
• LNG 贮存和装车；
• BOG 气体；
• 重烃贮存与燃料气；
• 公用工程及辅助设施。
• 计算机数据采集及监控系统（SCADA）；
• 安全仪表系统（SIS）；
• 电气系统；
• 制氮系统（PSA 制氮）；
• 供热系统；
• 仪表风系统；
• 供水系统（循环冷却水单元、脱盐水单元）；
• 消防水系统；
• 火气系统（FGS）；
• 视频监控系统（CCTV）；
• 火炬系统。

天然气液化工厂的适用工况及应用领域

1. 适用工况：

• 适用气量：1×104 Nm3/d → 500×104 Nm3/d
• 液化天然气温度可低至-162℃
• 适用气源压力：常压→10 MPa

2. 应用领域：

• 油气田伴生气液化
• 页岩气液化
• 煤层气液化
• 煤制天然气液化
• 管输天然气液化
• 焦炉煤气液化

如何储存液化天然气？

• 液化天然气储存在全密封罐中，通常容量为16万立方米。液化天然气罐的压力保持在略高于一个大气压以上。
• 全密封系统有两个壳体，一个内壳用于储存产品，一个外壳用于防止泄漏。
• 内壳由一种特殊的镍合金制成，可以抵抗低温，外壳是带有钢筋板和顶的预应力混凝土。
• 每个壳体都是隔热的，以使液化天然气保持在-256℉（-162℃）左右，并具有复杂的自动保护系统，以监测储罐的液位、压力、温度和任何潜在的泄漏。

液化天然气如何运输？

液化天然气用特殊的双壳船运输。最常用的货舱类型是由船体支撑的膜式货舱和自支撑的B型球形（Moss）货舱。每一种类型的货舱都使用低温材料进行密封，这种材料是隔热的，可以将货物每天的汽化率降低到0.15%以下。液化天然气从码头卸载到终端储罐，大约需要14-16小时。在整个过程中，液化天然气的温度保持在-160°C。自1964年以来，液化天然气一直通过船舶进行商业运输，截至2016年底，没有出现液化天然气损失的记录已达到8.8万艘货物或17.6万次航次。