㈠ 您好！我是石油大學的大四生，現在正准備畢業設計，選題是關於邊緣分散液化天然氣工藝的，望老師指教！！
天然氣液化循環
迄今為止,在天然氣液化技術領域中成熟的液
化工藝有[5 ] : (1) 階式製冷循環; (2) 混合製冷劑制
冷循環,包括閉式、開式、丙烷預冷、CII ; (3) 膨脹機
製冷循環,包括天然氣膨脹、氮氣膨脹、氮- 甲烷膨
脹等。
311 階式製冷循環
階式製冷循環又稱級聯式製冷循環,是用丙烷
(或丙烯) 、乙烷(或乙烯) 、甲烷等純烴製冷劑的3
個製冷循環階組成,通過製冷劑液體的蒸發,逐級
提供天然氣液化所需的冷量,製冷溫度梯度分別為
- 30 ℃、- 90 ℃及- 150 ℃左右。凈化後的原料天然
氣在3 個製冷循環的冷卻器中逐級冷卻、冷凝、液
化並過冷,經節流降壓後獲得低溫常壓液態天然氣
產品,送到儲罐儲存。典型的階梯式製冷循環流程
圖如下圖所示:
圖3 典型的階梯式製冷循環
階式液化循環能耗最小,在目前天然氣液化循
環中效率最高,所需換熱面積小(相對於混合製冷
劑循環) ,且製冷循環與天然氣液化系統各自獨立,
相互影響少、操作穩定、適應性強、技術成熟。其缺
點是流程復雜、機組多,至少要有3 台壓縮機,要有
生產和儲存各種製冷劑的設備,各製冷循環系統不
允許相互滲漏,管線及控制系統復雜,管理維修不
方便,對製冷劑的純度要求嚴格。階式循環最適用
於大型裝置。通過優化機器的選擇,階式循環可以
與在基本負荷混合製冷劑廠中佔主導地位的帶預
冷的混合製冷劑循環相競爭。
Phillips 公司對傳統的階式循環進行了優化。
Phillips 優化的階式循環具有穩定的可靠性,因為在
設計中考慮下列四個因素:
(1) 單一組分的製冷濟;
(2) 用銅焊接的鋁換熱器;
(3) 「two - trains - in - one」流程;
(4) 適當的服務設施
該工藝顯著的一點是採用「two - trains - in -
one」流程,流程中採用了兩組並聯的壓縮機組,每
一個壓縮機組有獨立的驅動設備。這種結構使得
流程的操作具有很大的靈活性,可以方便的進行壓
縮機組或驅動裝置的維修,當原料氣的進氣量波動
很大時仍能保持很高的效率,還可以減少了備用的
驅動設備[6 ] 。
312 混合製冷劑製冷循環
混合製冷劑(又稱多組分製冷劑) 製冷循環是
採用N2 和C1 - C5 烴類混合物作為循環製冷劑。
與純組分製冷劑不同的是,混合製冷劑產生的冷量
是在一個連續的溫度范圍之內,純組分冷劑產生的
冷量是在一個固定的溫度上。混合製冷劑的加熱
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新疆石油天然氣2006 年
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曲線可與被冷卻介質的冷卻曲線很好地匹配,有效
地增加了兩者的一致性。
同階式製冷循環相比,混合製冷液化循環具有
流程簡單、機組少、投資費用低、對製冷劑的純度要
求不高等優點。但單級混合製冷劑循環的能耗要
比階式製冷循環高。因此,為了降低能耗,採用多
級混合製冷劑循環。國外技術人員對多級循環特
性的評價結果表明,隨著級數的增加能耗將有所降
低,通過技術經濟優化,採用三級混合製冷劑循環
較為合理,如圖4 所示。
圖4 典型的三級混合製冷劑循環
改進的多級混合製冷劑循環(MRC) 使用了小
型鋁質板翅式換熱器以減少功率消耗。多股流板
翅式換熱器的溫度驅動力小而且能量高度結合,所
以其熱力學效率很高,這使熱股流和冷股流的曲線
匹配得很好。在MRC 工藝的基礎上又開發出來很
多帶預冷的混合製冷劑製冷循環工藝,預冷方式有
丙烷預冷、混合工質預冷、利用氨吸收製冷來預冷
等。丙烷預冷是其中應用比較廣泛的一種。APCI
公司的丙烷預冷混合製冷劑液化流程(C3PMRC) 廣
泛應用預國外的大型的LNG工廠中。
313 膨脹機製冷循環
膨脹製冷循環是通過透平膨脹機進行等熵膨
脹而達到降溫目的。
目前膨脹製冷採用的主要循環有以下三種:
(1) 天然氣直接膨脹製冷。主要用於原料氣有
壓力能可利用、甲烷含量高的場合。其液化率主要
取決於膨脹比,膨脹比越大,液化率也越大。該循
環具有流程簡單、設備緊湊、投資小、調節靈活、工
作可靠等優點。
(2) 氮膨脹製冷。它是直接膨脹製冷的一種變
型。其優點是對原料氣組分變化有較大的適應性,
液化能力強、整個系統簡單、操作方便;其缺點是能
耗比較高,比混合製冷劑循環高40 %左右。
(3) 氮氣- 甲烷混合膨脹製冷。它是氮膨脹制
冷循環的一種改進,與混合製冷劑循環相比較,具
有流程簡單、控制容易、啟動時間短,比純氮氣膨脹
製冷節省10 % - 20 %的動力能耗。但是其設計復
雜,目前國內還沒有成熟的經驗。
膨脹機循環與階式循環和混合製冷劑循環相
比其優點是,它能夠較迅速和簡單的啟動和停工。
當預計生產中有較頻繁的停工時,使用此循環是非
常重要的,例如在調峰廠。與階式循環和混合製冷
劑循環相比,膨脹機循環的主要缺點是它的功率消
耗大。但是,循環的簡易性可以彌補高的功率消
耗,尤其是在功率消耗不很重要的小型工廠。
我國第一座小型的液化天然氣生產裝置———
長慶陝北氣田液化天然氣示範工程中採用了天然
氣膨脹製冷循環,取得了較好的效果。
4 天然氣液化流程的選擇
本文以新疆呼圖壁、彩南、莫北、石西三個油氣
田所產的天然氣為例提出相應的天然氣液化方案。
四個油氣田天然氣的參數如表2 所示:
表2 四個油氣田中天然氣的參數
油氣田名稱呼圖壁彩南莫北
壓力(MPa) 3 310～410 4
流量(104m3Pd) 150 24 80
氣體體
積分數
( %)
C1 94147 88131 68197
C2 3128 4142 18124
C3 0157 2128 6165
C4～ C11 0147 2124 4147
N2 112 2137 0103
CO2 0 0137 1164
4. 1 原料氣的凈化
從表1 可以看出,原料氣中的酸性氣體組分很
少,且只含有CO2 。國外很多調峰型天然氣液化工
廠中,原料氣的處理是單獨採用分子篩吸附的方
法,因為分子篩是根據物質分子的大小進行選擇型
吸附的,可以同時脫除酸性氣體和水分,也使得原
料氣的凈化流程簡化。呼圖壁、彩南、莫北三個油
氣田天然氣的產量不大,利用分子篩吸附能夠滿足
工藝要求。
412 液化工藝的選擇
三種基本的天然氣液化流程中,帶膨脹機的液
化流程適用於處理量小,有壓能可以利用的情況
下。陝北油田液化天然氣示範工程採用天然氣膨
脹製冷循環,取得較好的效果。建議對新疆這三處
油氣田的天然氣採用天然氣膨脹製冷循環,在膨脹
製冷循環的基礎上,可以採用氮氣或丙烷預冷,減
少液化循環過程中的功率消耗。
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㈡ 我想知道天然氣脫水工藝
含硫天然氣中含有硫化氫、有機硫（硫醇類）、二氧化碳、飽和水以及其它雜質，因此需將其中的有害成分脫除，以滿足工廠生產和民用商品氣的使用要求。各國的商品天然氣標准不盡相同，主要是需滿足管道輸送要求的烴露點和水露點，同時對天然氣中硫化氫、硫醇、二氧化碳的最高含量和低燃燒值有要求。原料天然氣組成和商品天然氣的要求不同，所選擇的天然氣凈化工藝技術方案也是不同的，本文將結合哈薩克國某油氣處理廠處理的天然氣的組成和需輸往國際管道中的產品天然氣的要求，提出含硫天然氣脫硫脫水工藝技術方案的選擇方法。
2 原料天然氣條件
哈薩克國某油氣處理廠處理的油田伴生天然氣主要條件為：
1）處理量600×104m3/d （標准狀態為0℃，101.325kPa，以下同）；
2）壓力為0.7MPa，為滿足管輸壓力和凈化工藝需要，經增壓站升壓後進裝置壓力為6.8MPa；
3）主要組成
組分
組成（mol%）
C1
75.17
C2
9.44
C3
7.21
C4
3.35
C5+
1.06
CO2
0.71
H2O
0.51
H2S
36g/m3
硫醇硫
500mg/m3 3 商品天然氣技術指標
該廠商品天然氣將輸往國際管道，需滿足ОСТ51.40-93標準的要求，應達到的主要技術指標為：
1）出廠壓力6.3MPa；
2）水露點≤ -20℃；
3）烴露點≤ -10℃；
4）硫化氫（H2S）≤7mg/m3；
5）硫醇硫（以硫計）≤16mg/m3；
6）低燃燒熱值≥32.5MJ/m3。
4 工藝路線初步選擇
根據原料天然氣條件和商品天然氣技術指標，工廠總工藝流程框圖見圖1。
油田伴生天然氣經增壓站增壓後，至天然氣脫硫脫水裝置進行處理，需脫除天然氣中絕大部分的H2S和RSH，以滿足產品天然氣中硫化氫和硫醇硫含量的技術指標；同時需脫除天然氣中絕大部分的水，以滿足產品天然氣水露點的技術指標，同時為回收更多的液化氣和輕油產品，脫水深度還需滿足後續的輕烴回收裝置所需的水露點≤-35℃的要求。而原料氣中CO2的含量較低，為0.71%（mol），商品天然氣的低燃燒熱值≥32.5MJ/m3，可不考慮脫除。
經天然氣脫硫脫水裝置處理的干凈化天然氣經輕烴回收裝置回收天然氣中的輕烴（C3以上），生產液化氣和輕油產品，並使商品天然氣滿足烴露點≤ -10℃的技術指標。
脫硫裝置脫除的酸性氣體，主要由H2S、RSH、CO2、H2O等組成，輸往硫磺回收裝置回收硫磺，經硫磺成型設施生產硫磺產品，硫磺回收裝置尾氣經尾氣處理裝置處理後經燃燒後排放大氣。
本文以下部分主要討論脫硫脫水裝置如何選擇合理的工藝技術方案，以使脫硫脫水裝置的產品氣中硫化氫、硫醇含量合格，水露點能滿足商品天然氣和後續的輕烴回收裝置的要求。
5 脫水工藝方案的初步選擇
通常採用的脫水工藝方法有溶劑脫水法和固體乾燥劑吸附法。溶劑吸收法具有設備投資和操作費用較低的優點，較適合大流量高壓天然氣的脫水，其中應用最廣泛的為三甘醇溶液脫水方法，但其脫水深度有限，露點降一般不超過45℃。而固體乾燥劑吸附法脫水後的干氣，露點可低於-50℃。
由於本方案脫水裝置產品天然氣要求水露點≤-35℃，溶劑脫水法難以達到因此需採用固體乾燥劑脫水工藝，如分子篩脫水工藝。
6 脫硫脫硫醇工藝方案的初步選擇
本方案需處理的伴生天然氣中H2S含量為36g/m3，硫醇含量為500mg/m3，而且天然氣處理量達到600×104m3/d，規模較大，目前國內單套脫硫裝置最大處理能力僅為400×104m3/d。
通常採用的脫硫脫硫醇的方法有液體脫硫法和固定床層脫硫法。
如果採用單一的固定床層脫硫法，如分子篩脫硫脫硫醇工藝，根據本方案需處理的天然氣的流量和含硫量，按10天切換再生一次計算，10天內需脫除的硫化氫量為2.16×106kg，約需要DN3000的分子篩脫硫塔500座，這顯然是不可行的。
目前國內較為成熟可行的液體脫硫工藝方法為醇胺法，因為含硫天然氣中同時存在硫醇，所以可選擇碸胺法來脫除硫化氫和硫醇。該工藝方法較為成熟，可把天然氣中的硫化氫脫除至≤7mg/m3，同時對天然氣中硫醇的平均脫除率為75%，則產品天然氣中的硫醇硫含量為125mg/m3，尚不能達到硫醇硫≤16mg/m3的技術指標，此時可採用固定床層脫硫醇工藝，如分子篩脫硫醇工藝來脫除天然氣中剩餘的硫醇。
本方案還可以採用鹼洗脫硫醇工藝來脫除天然氣中的硫醇，為減少生產過程中鹼的耗量和產生的廢鹼量，前面的醇胺法脫硫裝置需採用一乙醇胺工藝，以脫除天然氣中的大部分硫化氫和二氧化碳。
7 脫硫脫水工藝方案的比選
由5和6所述，脫硫脫水工藝方案有以下兩個較為可行的方案：
1）方案一：碸胺法脫硫+分子篩脫水脫硫醇
該方案工藝框圖見圖2，經增壓站升壓的含硫天然氣進入碸胺法脫硫裝置脫除幾乎全部的H2S和75%的硫醇，然後進入分子篩脫水脫硫醇裝置脫除水分和剩餘的硫醇，凈化天然氣經輕烴回收裝置回收液化氣和輕油產品。脫水脫硫醇裝置的分子篩再生氣需增壓後再返回至碸胺法脫硫裝置進行脫硫，是一個循環的流程。
2）方案二：一乙醇胺法脫硫+鹼洗脫硫醇+分子篩脫水
該方案工藝框圖見圖3，經增壓站增壓的含硫天然氣進入一乙醇胺法脫硫裝置脫除幾乎全部的H2S和CO2，然後進入鹼洗脫硫醇裝置脫除幾乎全部的的硫醇，脫除硫化物後的天然氣進入分子篩脫水裝置脫水，凈化天然氣輸往輕烴回收裝置回收液化氣和輕油產品。脫水裝置分子篩再生氣需增壓後返回脫水裝置脫水，是一個循環的流程。
7.1 方案一工藝特點
1）碸胺法脫硫裝置，採用環丁碸和甲基二乙醇胺水溶液作脫硫劑，溶液的主要組成包括甲基二乙醇胺、環丁碸和水，其重量百分比為45:40:15，兼有化學吸收和物理吸收兩種作用，而且還能部分地脫除有機硫化物（對硫醇的平均脫除率達到75%以上），溶液中甲基二乙醇胺對H2S的吸收有較好的選擇性，減少對CO2的吸收，大大降低了溶液循環量，減小了再生系統的設備如再生塔、貧富液換熱器、溶液過濾器、酸氣空冷器等的規格尺寸，從而減少了投資，同時減少了再生所需的蒸汽量和溶液冷卻所需的循環水量，節能效果更加顯著。
2）分子篩脫水脫硫醇裝置是利用分子篩的吸附特性，有選擇性地脫除天然氣中的水和硫醇。與傳統的鹼洗工藝不一樣的是，分子篩工藝能有選擇性地脫除硫化氫和硫醇，但不脫除CO2，這樣可以使外輸的天然氣量比採用鹼洗工藝時要增加2×104m3/d。
分子篩脫水和脫硫醇採用的分子篩是不同的，應用不同的兩個分子篩床層，一般布置在同一座吸附塔內。
7.2 方案二工藝特點
1）—乙醇胺法脫硫，為典型的化學吸收過程，此法只能脫除微量有機硫，對H2S和CO2幾乎無選擇性吸收，在吸收H2S的同
㈢ 天然氣中如何提取混合輕烴具體的步驟及所用到的設備製冷的溫度是哪些
天然氣提取混烴的工藝：由油井采出的天然氣經過初步油氣水分離，然後進入壓縮設備增壓，然後天然氣進入分子篩襲中脫水拍襲山，脫碳脫硫等凈化工藝流程，達到設計參數後，進入換熱設備預冷，再進入製冷設備，溫度降至-20—40℃，此時物料為氣液混合狀態，然後再進入低溫分離器進行氣液分離，分離出的低溫禪姿氣體可充分利用其冷量對原料氣進行預冷，低溫混烴可進入脫乙烷塔進行分餾，然後進入液化氣塔分餾出液化石油氣與輕質油，產品進入產品罐。基本工藝流程就是這樣，至於你說的具體參數根據你對產品的要求及工藝不同有區別，如果不需要液化氣與輕質油，只要混烴的話，從低溫分離出來的低溫混烴進行復熱後即可外銷。
希望採納，不明白可繼續問。