广 东 化 工 2010年 第1期 · 148 · www.gdchem.com 第37卷 总第201期
中小型液化天然气装置流程及布置
(东华工程科技股份有限公司 上海分公司 工艺管道组，上海 200233)
[摘 要]以西北某城市液化天然气工程为例，介绍了中小型液化天然气装置预处理和液化的工艺流程，以及液化天然气大储罐布置的注意事项。根据实际的气源条件，考虑到减少投资、增大效率的前提，推荐采用分子筛脱水+单循环混合冷剂制冷工艺。
[关键词]液化天然气；流程；分子筛；单循环混合冷剂
[中图分类号]TE [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2010)01-0148-02
林燕
Lin Yan
(The Group of Processpipe, Shanghai Company, East China Engineering Science and Technology Co., Ltd.,
Shanghai 200233, China)
Abstract: To LNG (liquefied natural gas) project in the northwest city as an example, introduced the small and medium sized LNG plant pretreatment and liquefaction process, as well as LNG storage tank layout. According to conditions of gas source, taking into account less investment and higher efficiency of the premise, the recommended process is molecular sieve dehydration and simple closed loop mixed refrigerant refrigeration cycle.
Keywords: LNG ；process ；molecular sieve；a simple closed loop mixed refrigerant refrigeration cycle
The Process and Layout of Small and Medium Sized LNG Plant
西北某城市液化天然气工程是某燃气化工集团公司建设的项目，处理规模30×104 Nm3/d，液化率97 %，再生气循环利用。本工程主要原料天然气来源于柴达木盆地，通过天然
气长输管道送往某城市，部分管道气进入液化天然气工厂经预处理、液化成LNG 后，进入LNG 储罐贮存，用以调峰。主要流程见图1，液化天然气流程图。
预处理部分
表1 原料气组分 Tab.1 Feed gas composition 组分摩尔分率组分摩尔分率甲烷96.54己烷0.001乙烷 0.71 氮气 0.127 丙烷 0.102 硫化氢 2.5 mg/m3 异丁烷 0.013 总硫 4.3 mg/m3 正丁烷 0.017 二氧化碳 2.483 异戊烷 0.003 水 33.69 mg/Nm3正戊烷 0.003
Fig.1 LNG flow diagram
酸性气体(CO2、H 2S) 、水和重烃。
1.1 原料气组分 1.2 脱酸性气体
见表1。
1 天然气预处理工艺
天然气预处理工艺主要是脱除原料气中所含的固体杂质、
天然气中通常含有CO 2、H 2S 和有机硫化合物等酸性气
体。这些气相杂质的存在会造成金属材料腐蚀，在低温过程中结冰堵塞仪表和管线，影响装置的正常运行。因此需要把气体中的酸性气体脱除，使其含量达到标准要求的指标。 1.2.1 工艺方案选择
天然气脱CO 2通常有化学吸收法和物理吸收法。化学吸收法是以可逆的化学反应为基础，以碱性溶剂为吸收剂，脱除CO 2的方法，溶剂与原料气中的CO 2反应而生成化合物；吸收了CO 2的富液在升高温度、降低压力的条件下又能分解而释
[收稿日期] 2009-10-15
[作者简介] 林燕(1982-)，女，重庆人，主要从事工艺管道设计工作。
放CO 2，从而实现溶剂的再生[1]。这类方法中最具代表性的是醇胺法。该工程拟采用的吸收剂为甲基二乙醇胺MDEA 溶液。 1.2.2 工艺流程描述
原料气以3.5 MPaG压力进入装置，首先进入原料气过滤分离器，除去原料气中的液体和固体杂质。离开过滤器后，气体进入胺吸收塔中，胺溶液由塔顶流下，与原料气接触，将其中的二氧化碳浓度降低到50×10-6以下。离开胺吸收塔塔底的富胺(含二氧化碳) ，在闪蒸罐中闪蒸，流经贫/富胺换热器后再进入胺汽提塔顶。贫/富胺换热器降低了胺汽提塔的热负荷，从而降低了胺再沸器的负荷。胺汽提塔配置了一套水冷式顶部回流系统，冷凝后的胺溶液回流到胺汽提塔的顶部，而富含二氧化碳的气体则被引至大气安全处。胺汽提塔底部的贫胺输送到胺吸入罐，经过胺增压泵、贫/富胺换热器、胺冷却器和过滤器，再由胺循环泵打回至胺吸收塔顶部。
1.3 脱水
1.3.1 工艺方案选择
天然气脱水按原理可分为冷冻分离、固体干燥剂吸附和溶剂吸收三大类。冷冻分离主要用于避免天然气在温度低时出现水化物，然而它所允许达到的低温是有限的，不能满足天然气液化的要求；溶剂吸收通常包括浓酸(一般是浓磷酸及有机酸等) 、甘醇(常用的是三甘醇) 等，但这些方法脱水深度较低，不能用于深冷装置；固体干燥剂脱水法常见的是硅胶法、分子筛
[1]
法或这两种方法的混合使用。该工程中选用4 A分子筛作为脱水介质。
1.3.2 工艺流程描述
脱除二氧化碳后的原料气进入脱水段，首先要经过滤/分离器用来分离来自上游胺系统的携带物，然后进入分子筛。
二个床层的分子筛系统用于脱除原料气中的水分，气体从分子筛干燥器的顶部进入，通过床层时，水分被沸石材料吸收。 当在线床层水分饱和后(一次循环的终点) ，将切换至离线，而另一床层变为在线。饱和的床层将进入加热再生循环，接着被冷却和备用。完整的循环处理过程需要16 h，包括8 h的吸附，2.4 h的加热再生，5.6 h的冷却及备用切换。
再生气加热器为床层再生提供所需热量。再生时，280 ℃的干气由下至上流过分子筛，脱除床层中的水分，然后在冷却器中冷却，冷凝水在再生气分离器中分离，而再生尾气被循环至脱水段的入口。
3 LNG大储罐的布置
制阀调节原料气量、LNG 处理量及液化量。 2.2.2 制冷
工艺设计采用了一个简单的闭式制冷循环，冷剂经压缩、部分冷凝、冷却、膨胀，然后被加热以提取冷量。冷剂是由氮气、甲烷、乙烯、丙烷和异戊烷组成的混合物。
来自冷箱顶部的低压冷剂，经冷剂压缩机的第一段压缩后，进入段间冷却器，部分冷凝后进入段间分离罐将气液分离，气相进入压缩机的二段。由冷剂压缩机出来的高压冷剂与来自段间罐的泵送液相冷剂混合，然后在冷剂冷凝器中冷却，部分冷凝的混合物在冷剂出口分离器中进一步分离。
来自冷剂出口分离器的高压气相和液相冷剂，分别进入冷箱。气相冷剂以其自身的压力流动，液相冷剂则由冷剂泵泵入。气相和液相冷剂在冷箱内部汇合。分别处理气相和液相冷剂是为了保证其进入换热器芯体时能够合理分布。
高压冷剂向下流过冷箱，在底部流出时已全部冷凝。然后流经汤姆斯－焦耳阀，减压并部分蒸发，使冷剂的温度进一步降低。冷下来的低压冷剂重新进入冷箱冷端，向上流动，吸收原料气和高压冷剂的热量。
由冷箱出来的低压冷剂，进入冷剂吸入罐，然后进入冷剂压缩机。完成一个循环过程。 2.2.3 冷剂的补充和贮存
冷剂的补充：氮气由氮气站提供。甲烷的补充来自干燥系统。乙烯、丙烷和异戊烷均由各自的储罐提供。所有的冷剂均由冷剂吸入罐的入口管线加入。当制冷系统首次装填冷剂后，只需要很少量的冷剂补充，因此，只要求储备一点补充用冷剂即可。
在系统维修或由于冷剂中液体过多时，用冷剂储罐来存放排出的或多余的冷剂。这些冷剂可以根据需要再加入到系统中，以使冷剂损失最小。
2 液化工艺
针对该工程的规模和气源状况，国内普遍采用的制冷工艺有：阶式制冷和复叠式制冷工艺。阶式制冷工艺是国外液化天然气采取的成熟技术路线。该工艺是利用丙烷预冷、乙烯制冷、甲烷+氮气制冷得到LNG 产品，具有能耗低(制冷效率高) 、操作灵活、开停车快捷等优点，是国内外大型液化天然气工厂常用的工艺。缺点是投资大(流程较长，设备数量较多) 、部分液化技术国内需要进口，占地多。复迭制冷工艺的优点是投资省(装置工艺设备数量少，工艺流程短) ，操作简单，占地面积小。
[1]
缺点是能耗高，关键设备需要进口。
该工程采用的是单循环混合冷剂制冷工艺，冷剂为一种混合物，由氮气和从甲烷至异戊烷的碳氢化合物组成。冷剂压缩机为两段压缩，由电机驱动。这个工艺流程简单，同时解决了阶式制冷工艺投资大、占地多的缺点，和复迭制制冷工艺能耗高的缺点。在鄂尔多斯天然气工程中已成功运行。
2.1 工艺方案选择
2.2 工艺流程描述
2.2.1 天然气的液化
预处理后的气体进入冷箱。冷箱由一个包围在冷箱壳体内的钎焊铝质换热器芯体组成。冷箱壳体内充满了珍珠岩绝热材料。换热器芯体垂直安装，原料气体由顶部进入冷箱，向下流动至冷箱底部的冷端，保证深冷液体只出现在冷箱底部。
原料气在冷箱中向下流动，冷却到大约-45 ℃时，原料气被引出换热器。分离液态重烃。重烃分离器上部-45 ℃的原料气再返回冷箱后，继续向下流动，在冷箱的底部以-154 ℃的LNG 流出，LNG 直接流入LNG 储罐，LNG 成品管线上的控
LNG 大储罐的布置要满足规范GB 50183-2004《石油天然气工程设计防火规范》第10.3.4条的规定，达到相应的热辐射隔离距离的要求。
(1)热辐射量达4000 W/m2 界线以内，不得有50人以上的室外活动场所；
(2)热辐射量达9000 W/m2 界线以内，不得有活动场所、学校、医院、监狱、拘留所和居民区等在用建筑物；
(3)热辐射量达30000 W/m2 界线以内，不得有即使是能耐火且提供热辐射保护的在用构筑物[2]。
隔离距离按照美国天然气研究协会GRI 0176报告中有关“LNG 火灾”的模型-“LNG 火灾辐射模型”进行计算。
围堰为矩形且长宽比不大于2时，可用如下公式决定隔离距离：
d =F
式中：d ——到围堰边沿的距离(m)； A ——围堰的面积(m2) ； F——热通量校正系数，即： 3.5 用于 4000 W/m2； 3.0 用于 5000 W/m2； 2.0 用于 9000 W/m2； 0.8 用于 30000 W/m2。
已知该工程储罐围堰为正方形，其边长为60 m，围堰的长宽比等于1，不超过2，故用上述公式。
(1)4000 W/m2的场所离LNG 围堰的距离计算： d 1=FA =3.5×60=210 m
(2)5000 W/m2的场所离LNG 围堰的距离计算： d 2=FA =3.0×60=180 m
(3)9000 W/m2的场所离LNG 围堰的距离计算： d 3=FA =2.0×60=120 m
(4)30000 W/m2的场所离LNG 围堰的距离计算： d 4=FA =0.8×60=48 m
(下转第155页)
基础实验安排在大一年级上期完成，根据大一新生的生源与编写适合自身实际的教材。这样不仅充实了学生实验内容，不同，基础不同，进行开放式教学显得尤为必要。基础好的同也丰富了老师的科研范围。此外实验技术人员也可以将实验教学可以少选实验项目，或者选取难度大点的实验；基础差的同学改革的成果引入到教学工作中，让学生充分感受科学实验的学要求必须达到一定的课时数。由于基础实验重点是培养学生 艺术魅力。显然，这种新的实验教学体系更有利于学生综合素实验操作的基本技能和严谨的科学精神，因此，学生能够按要质及创新能力的培养。
2.2 教学模式的改革 求，规范、正确、按时完成规定的实验内容，记为该阶段合格，
传统的教学方式下，实验课就像是理论课的附属物，长期并按完成的效果不同评定出不同的等级，这样才可以进入下一
固定不变的几个实验项目，让一个班的学生在规定的时间中象层次的学习。
征性地去实验室做完。在这样有限的时间里，学生只好参照教2.1.2 实验技能提高为目的的化学综合设计实验
材，按部就班地完成教学大纲的要求，完全失去了自主学习和化学综合设计实验，是学生在已具备了一定实验室知识、
探究科学奥秘的热情。这在很大程度上抑制了学生的创新精实验技能、实验方法和手段的基础上，通过综合实验的训练将
神。要改变这种局面，开放实验教学是最好的办法[6]。在前面各化学学科的理论知识和实验技能融会贯通、综合运用，学会
提到的三个层次中，每个层次都分别进行开放教学，让学生根根据实际问题而选择和运用现代实验方法和仪器的系列实
[3]
据自身的兴趣和时间安排，在实验室提供的项目和时间中，自验。在这一阶段，突出培养学生分析、解决实际问题的综合
能力。 主选择实验项目和时间。这样既能充分利用实验室的空间和资
源，又能充分调动和激发学生学习的主动性和积极性，进一步在实验项目的选择上，主要分为这样两个方面：化合物的
提高学生实际动手的操作技能，从根本上变学生被动学习为主合成与表征技术和实验项目的应用。在有机化学实验中，有机
动求知，为社会培养出更多的全方位、高技能、高素质的有用化合物的制备往往不止一条路线。比如经典的肉桂酸的合成实
验，教材中多利用Perkin 反应来合成，其缺点是乙酐活性低、人才。 反应温度高、时间长、产率低等。其实，合成肉桂酸的方法还在开放实验教学的新模式下，教师的角色也从单纯的知识有苯甲醛-乙烯酮法、苯乙烯-四氯化碳法、苯甲醛-醋酸法、苄传授者转变为培养学生学习能力的指导者。开放实验能够为学
[4]
叉二氯-无水醋酸钠法等等。实验教师确定某一种具体的目生自主学习提供强有力的保障，为培养学生实验技能和自主创标产物，让学生在预习报告中自己查阅资料，自行设计合成路新能力进行有益探索。 线。方案经教师审阅，在实验室满足其可行性的情况下，学生3 结束语 可以进入实验室进行实验，并完成相应的实验报告。这样一来，实验教学的改革是一项投资大、涉及面广、强度大的系统学生经过深思熟虑设计出的路线，即使得不到良好的实验结工程，远比理论课的改革难度大，既需要领导的决策和支持，果，但能够发现问题并认真对待，其远比照着教材机械地重复又需要教师与实验人员的合作与努力。设想的基础化学实验改一遍收获大。再如在基本训练中，掌握了分析实验中的基本操革的总体方向是，把化学实验作为一门系统课程，采用开放教作方法，则在综合实验中，可以让学生对自己身边不放心的食学形式，分层次进行，培养学生的实际动手能力、创新意识和品进行安全测试。比如测定水中钙镁离子的含量；测定某些食创新能力。 品中亚硝酸盐的含量等等。这样的实验项目，极大地丰富了学 生们的化学知识，增强了学生学习的热情和兴趣，同时也在不
参考文献
合格的食品思考中增加了他们的社会责任感[5]。
[1]王趁义，杨金田，苏燕慧．基础化学实验课程总体改革的研究与实践
只有经过如此综合能力培养的学生，才能获得最好的知识
[J]．高师理科学刊，2008，28(5)：109-111．
和全面素质培养的机会，从而得到社会的认同。
[2]王颖，王伟华．应用化学专业实验教学改革[J]．高师理科学刊，2007，
2.1.3 综合实验水平提高为目的的化学研究创新型实验
27(1)：102-103．
化学创新型实验，是建立在基础性化学实验为基石，综合
[3]张霞，刘晓霞，于永丽，等．化学综合实验课程的设置与大学生科研能
性化学实验为拓展基础上的以设计性、科研性实验为主要活动
力的培养[J]．实验室研究与探索，2008，27(5)：117-119．
形式的实验探索。在实验项目的选取上，充分考虑学生的专业
[4]倪宏志，邓润华．肉桂酸的制备和应用[J]．化学世界，1996，(8)：399-400．
背景，内容上引入设计性、综合性、探究性实验，以及能反映[
[5]高世萍，翟滨，于长顺，等．“无机及分析化学实验”改革的研究与
化学实验新技术、新方法的实验内容，同时注意与时代接轨，
思考[J]．实验室科学，2006，6(3)：42-43．
选择一些符合学生心理特点，并与社会相适应的实验内容，激
[6]赵文敏，胡华，周怡．开放实验教学模式的研究与探讨[J]．实验室研究
发学生对化学实验的探索，激发他们的想象力和创造力，加强
与探索，2006，25(9)：1116-1118．
他们与社会实践相结合的能力。
这部分的内容一般缺少统一适用的教材，可以根据一些老
(本文文献格式：王敏，石孝洪．基础化学实验课程体系改革
师的科研课题，开发和移植一些小课题；组织部分资深教师参
探究[J]．广东化工，2010，37(1)：154-155)
(上接第149页)
围堰拐角距离围堰中心(储罐中心) 的距离为42.42 m 一种非常有效的脱水方式。 (30×2) 。由此可得： 该工程中，液化采用的是单循环混合冷剂制冷工艺，这个
2
(1)热辐射为4000 W/m的场所离LNG 围堰中心(储罐中工艺流程简单，液化效率高，配管少，设备数量少，投资省。 心) 的距离为252.42 m； LNG 大储罐的布置要满足防火规范的要求，因为除了节
2
(2)热辐射为5000 W/m的场所离LNG 围堰中心(储罐中约用地外，更重要的是人民生命财产的安全。
心) 的距离为222.42 m；
2
参考文献 (3)热辐射为9000 W/m的场所离LNG 围堰中心(储罐中
心) 的距离为162.42 m； [1]王天明，邵拥军．中小型液化天然气装置净化和液化工艺研究[J]．石油
2
(4)热辐射为30000 W/m的场所离LNG 围堰中心(储罐中与天然气化工，2007，36(3)：191-193．
[2]中华人民共和国建设部．石油天然气工程设计防火规范[S]．北京：中心) 的距离为90.42 m。
该工程中，根据天然气的组分和进口压力合理确定采用4 A
分子筛来脱除水分，这种方式技术比较成熟，操作成本低，是
4 结论
国计划出版社，2004．
(本文文献格式：林燕．中小型液化天然气装置流程及布置[J]．广东化工，2010，37(1)：148-149)