2一部二单元气体处理流程解析.pptx

版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程LNG工厂操作技术员培训课程LNG工厂操作技术员培训课程工厂操作技术员培训课程杭州制氧机集团有限公司杭州制氧机集团有限公司液化天然气培训液化天然气培训第一部第一部 Chapter 2Chapter 2版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程2本部分包含：原料气处理和液化原料气处理和液化液化流程设备液化流程设备 第二单元第二单元 气体处理流程气体处理流程 版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程学习目的学习目的通过对本单元的学习，你将会知道天然气液化的基本原理和流程。通过对本单元的学习，你应熟练掌握预处理原料气的方法。通过对本单元的学习，你应了解LNG厂流程设备的构成。3版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程第一节第一节 原料气处理和液化原料气处理和液化 原料气的成份原料气的成份:轻组分物质重组分碳氢化合物二氧化碳硫化氢其它气味气体4版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程（接上（接上页）来自管道原料气：氮气甲烷乙烷丙烷丁烷戊烷其它重组分碳氢化合物二氧化碳硫化氢其它气味气体水粉尘/尘埃来自气井原料气：除上面成分外，还含有其它物质，如胂、氦气和无机物气体等。注：（在输送到LNG厂前天然气需要预处理）5版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程LNGLNG成分：成分：氮气甲烷丙烷C4+6版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程简化后的简化后的LNGLNG液化流程如下图所示：液化流程如下图所示：7版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程 怎样获得怎样获得LNGLNG？通过把常温常压的天然气冷却到低温使其冷凝，再通过节流得到较低压力和温度的LNG.包含如下两个步骤：STEP 1:冷凝过程SETP2:节流过程通过上面的过程，天然气中的一些成分被脱出以防止凝结满足LNG液化条件。8版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程什么是节流？什么是节流？利用阀门（常见如J-T阀）降低介质的压力而不增加换热过程，一部分低沸点的液体汽化。温度也随着降低，使得在新工况下有气液两相物质。节流得到的液体即为LNG，气体被称为闪蒸汽。9版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程 LNG LNG 热动力学基本知识热动力学基本知识为便于讲解，我们引入甲烷压焓图（P-H）概念，图见下页。P-H图显示了压力、温度和焓值（热值量）之间的关系。图中，曲线左方是甲烷液体，右方为甲烷蒸汽。低于三相点线下为固体状态。10版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程11甲烷P-H（压焓）图版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程 LNGLNG获得过程获得过程状态点1：T=800F,P=500psia,H=410Btu/lb.状态点2(使气体冷却直到都液化)：T=-2400F,P=490psia,H=150Btu/lb.节流到状态点3：T=-2600F,P=15psia,H=150Btu/lb.注：注：从状态点2到状态点3，压力和温度都下降，焓值保持不变，过程中没有热量的交换。12版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程（接上（接上页）节流后混合物出口温度-260，焓值为150Btu/lb，其中能有多少液体多少气体？在T=-260,P=15psia时，Hvapor=350Btu/lb；Hliquid=130 Btu/lb液体和气体的含量分数之和为1，我们将得到如下两个方程式，其中有两个未知量。解方程得到：Fractliquid=0.91，Fractvapor=0.09（即天然气的液化率为91）13版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程（接上（接上页）节流后分离出来的气体被单独处理或者和先前脱出的重烃同时处理。节流后分离气体中由于氮气比甲烷有更低的沸点（较高的蒸汽压力），所以在气体中的氮气浓度非常高，也使得节流后得到LNG中氮气含量很低。在LNG生产过程中，节流分离脱出了氮气，使得LNG中氮气份额降低。分离后气体被单独处理或者与前面分离重烃同时处理。14版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程（接上（接上页）生产液化天然气工艺过程必须符合工艺和设备的使用要求。生成出来的LNG在输送过程中如果和管道气混合很可能对系统带来问题。天然气工业使用“互换性”原则作为互换准则。液化天然气生产，必须符合管道规格。15版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程脱出其它组份原因脱出其它组份原因脱出其它组分原因简单解释为这些组分会使得流程中结冰造成冰塞。天然气中组分冰点温度分别如下：16名称名称温度温度名称名称温度温度甲烷-182.2乙烷-187.8丙烷-187.8正丁烷-138.3异丁烷-159.4正戊烷-129.4异戊烷-160己烷-95庚烷-90.6苯烷5.6水0硫化氢-82.8其它气味气体-51.1版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程在甲烷中低溶解度也是脱出重烃、水和脱酸的重要原因在甲烷中低溶解度也是脱出重烃、水和脱酸的重要原因在低温下，下列物质在甲烷中具有很低的溶解度：在温度-162.2下：二氧化碳：200ppm正戊烷：12500ppm己烷：330ppm庚烷：100ppm水：基本上不溶。17版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程老化老化部分成分在储存时随着轻组分气体不断蒸发，储存液体浓度不断增加，所以必须予以脱出。一般来说，上述成分主要是重组分碳氢化合物（如丙烷以上重组分物）。18版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程脱出天然气中有害物质脱出天然气中有害物质谨记：必须脱出在液化过程中可能造成冰塞、污染或腐蚀堵塞液化流程的物质，包括：二氧化碳水硫化氢重烃芳烃压缩机油粉尘汞19版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程天然气预处理（净化）标准天然气预处理（净化）标准 20毫微克/Nm3版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程天然气预处理天然气预处理 本部分，我们将学习下面物质的脱出：尘埃压缩机油和携带液体二氧化碳水硫化物汞本节后我们将会学习重烃脱出过程。21版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程尘埃与漏油脱出过程尘埃与漏油脱出过程过滤器：任何液化天然气厂都有入口过滤器来分离尘埃、压缩机油、携带水蒸气和重烃。液体和固体在带有过滤网的重力分离器中分离。22版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程二氧化碳和硫化氢脱出过程二氧化碳和硫化氢脱出过程常见的脱出方法有如下两种：1.醇胺法2.分子筛法另外还包括如下方法（本培训中将不作重点讲解）：1.热钾碱法2.斯特雷特法3.物理吸收法4.联合吸收法等23版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程吸收还是吸附吸收还是吸附为了区别吸收和吸附，首先我们给出如下定义：吸收：把别的物质吸入到本物质中来，就如海绵一样，如“海绵吸收溢出来的牛奶”。当然吸收过程中可以有化学反应，如醇胺法脱二氧化碳和硫化氢过程。吸附：发生在物体的表面，就如胶带吸附物质一样，“干燥剂吸附固体颗粒表面的水液滴”。24版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程醇胺脱酸系统醇胺脱酸系统醇胺法脱酸系统通过化学反应方法脱出二氧化碳和硫化氢，生产可溶解性盐。对于含有硫化氢气源，醇胺法脱酸效果非常明显。醇胺法对于处理高浓度的二氧化碳非常有效，但如果要深入脱水需要进一步使用分子筛干燥。25版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程醇胺法通常包括以下几种：醇胺法通常包括以下几种：MEA；DEA；MDEA还有其它基于MDEA之上加上化学催化剂的其它醇胺法：1.INEOS-GAS/SPECTM2.DOW-UCARSOLTM3.BASF-ActivatedMDEA26版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程醇胺脱酸系统醇胺脱酸系统醇胺法是基于化学反应之上吸收二氧化碳和硫化氢使之生成为溶解性盐。在吸收塔中，天然气气流遇到醇胺贫液,吸收塔利用分馏塔盘使醇胺和原料气混合。在和酸反应后，醇胺变为富液。酸性气体在高压下被吸收，在低压下解析出来。27版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程醇胺脱酸系统醇胺脱酸系统醇胺富液之后到达再生塔，在再生塔中醇胺富液被还原成醇胺、二氧化碳和硫化氢。再生塔后的酸气按以下方式处理：1.处理后排出2.燃烧处理3.返回到管道线4.返回硫回收装置（很少用）28版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程（接上（接上页）再生塔和一般的蒸馏塔工作原理类似，包括蒸发器，冷凝器和逆流管路。醇胺富液经过脱出酸性气体后，冷却后在输送到吸收塔中作为贫液再循环利用。由于醇胺溶液较贵，一般泄露的醇胺溶液都被收集起来循环利用。29版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程相关设备考虑醇胺脱酸系统相关设备包括塔，泵，管道，阀门，换热器，过滤器，蒸发器等。通常使用容积式测量泵。如果天然气中含有硫化氢，必须处理。在醇胺脱酸循环中，必须有活性炭分离器用来分离污染物；另外也必须有固体颗粒分离器用来分离吸附天然气中携带的颗粒物。醇胺溶液在一定环境下容易起泡，所以需要消泡剂等化学物质。30版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程（接上（接上页）通常热单元都要通过保温。醇胺溶液具有腐蚀性，尤其在热状态下，其腐蚀性更强。大多数情况下设计用不锈钢来承装醇胺溶液。由于大多数容器都是传统容器，所以它们可以看做是就有很大表面换热的换热器，如在醇胺溶液表面。31版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程脱水过程脱水过程（1）干燥剂法：分子筛活性氧化铝硅胶（2）乙二醇。（这里不再陈述）32版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程干燥剂法（分子筛）干燥剂法（分子筛）分子筛可以吸附二氧化碳和水，但是脱水效果更好。如果原料气中的二氧化碳含量很少（一般来说小于1）可以用分子筛代替醇胺溶液吸收二氧化碳。需要多个吸附床（2或3个）。如果酸性气体浓度增加的话，吸附床的尺寸也要随之增加，相反循环周期将减小。33版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程分子筛分子筛分子筛本质是硅酸混合物，在其表面可以吸附气体。为了选择性吸附物质其分子筛空隙必须严格控制。在LNG工厂中利用4A型分子筛来吸附水和二氧化碳，这种分子筛对轻组分碳氢化合物不会吸附。分子筛具有选择吸收性，吸附小分子量物质比大分子量物质更具有优越性。如相对于二氧化碳而言更容易吸收水。上述原因以至在筛床上，水将会代替吸附在上面的二氧化碳。重组分碳氢化合物（压缩机润滑油等）将会在分子筛床上造成堵塞，使得分子筛活性降低。34版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程分子筛干燥分子筛干燥分子筛的各个筛床交替吸附，即一个筛床吸附时候，而其它的筛床正在再生。利用热的气体通过分子筛床层，使其吸收原筛床上的吸附物从分子筛中脱附，达到再生的功能。分子筛吸附再生时间取决于筛床的尺寸，筛床上吸附物质的数量，再生换热时间效率等因素。35版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程分子筛干燥工作原理分子筛干燥工作原理在图中，分子筛B正处于吸附工作状态。原料气从其顶端进入，从其底部流出。一部分干燥后的气体用来再生分子筛A.36版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程（接上（接上页）再生气经过再生器加热器后流过筛床，从底部流出。在热气体通过筛床时吸收筛床上原吸附物质即完成再生作用。当筛床出口温度达到设定温度时即完成再生过程。最后，筛床通过没有加热的干燥气体冷却下来。再生气送回循环中或者处理掉。分子筛完成再生后，替代原工作的分子筛，投入使用完成吸附作用。37版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程再生气体再生气体再生气量一般很大，一般通过以下方式处理：输送到LNG厂内部循环使用（如果酸性气体被醇胺吸收）作为燃料利用输回到管道38版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程干燥失效干燥失效造成干燥剂失效主要原因如下：1.分子筛再生系统运行不正常（如再生气体温度过低或者不能使其完全再生）；2.原料气中的二氧化碳含量突然增加；3.由于重组分碳氢化合物和醇胺使筛床污染堵塞；4.气体通过被破坏的筛床通道；5.筛床到了有效使用寿命。39版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程干燥系统其它设备对分子筛干燥的影响干燥系统其它设备对分子筛干燥的影响干燥系统包括容器，管道，阀门，再生加热器，可能还有再生气压缩机等。该系统需要耐高温的设备，所以再生设备和管道必须绝热。由于分子筛干燥过程在系统压力下工作，所以干燥系统必须设计在高压下工作。40版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程汞汞在原料气中一般含有汞，汞及其化合物对铝制设备材料具有腐蚀作用。所以如果气源中含有汞的话，必须脱汞。非再生床吸附载硫活性炭氧化铝分子筛再生41版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程其它气味气体一般来说，在管道气中会含有一些其它气味气体。可以利用分子筛来脱出天然气中的少部分其它气味气体。通常在普通分子筛筛床中单独另放一层不同的筛床物质用来分离这些气味气体。通常所有筛床层都是可以再生的。42版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程什么引起装置冻结？怎样判断开始结冻，或可能结冻？参看这些准则：1.高的二氧化碳含量。2.水含量超标，或停机时的污染物（例如：没有吹干或没有充分的清洗）。3.换热器中形成较大的压差（可能发生在正常生产或降温阶段）。4.在装置的低温段温度计显示不正常。5.在装置的低温段的流量小。6.节流前的压力低。43版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程怎样处理？关停系统进行复温，同时通入热的干燥的气体。在再一次开机时确保装置干燥完成。44版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程LNGLNG液化简易流程液化简易流程45版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程第三节第三节 液化流程设备液化流程设备LNG液化厂组成部分所以的LNG液化厂都包括以下几部分：1.液化部分；2.储运单元；3.LNG闪蒸单元；4.BOG气体回收单元。46版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程液化流程设备在接下来的部分我们将会详细的介绍LNG厂液化流程所用设备。希望你们能够掌握所涉及到的基本设备、物质以及其设计所必须考虑的地方。你们尽量掌握LNG液化所涉及到的各种流程。这部分将包含主要的液化热交换器。47版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程流程所用设备液化流程中将会涉及到以下主要设备：1.压缩机老LNG工厂中往复式压缩机最近LNG工厂中离心式压缩机或少部分螺杆式压缩机2.透平膨胀机3.驱动发动机，燃气轮机或蒸汽轮机4.气液分离器5.蒸馏塔（部分使用）48版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程储运单元储运单元包括以下设备：1.储罐：单容罐双容罐全容罐2.泵：罐内潜没泵罐内置的低温性质的49版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程 BOG处理部分设备BOG处理部分设备包括如下：1.风机2.换热器壳管式板翅式3.压缩机往复式螺杆式离心式4.动力启动装置-主要是电动机，有时也用燃气轮机50版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程降压原件控制阀（J-T阀）透平膨胀机51版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程管道管道除了在低温状况下（低温下用Ni钢或铝合金），管道管材一般为普通碳钢。在稍长的低温管道中，真空多层绝热材料应用最为广泛。在低温-200F下，碳钢必须经过特殊处理，其表面不能直接接触低温液体，一般其表面为含Ni不锈钢。52版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程 液化天然气换热器液化天然气换热器在液化预冷或后冷却单元中，一般选用管壳式低温换热器。在液化过程中：1.管壳式2.大换热面积换热器-钎焊铝制板翅式换热器-绕管式换热器53版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程管壳式管壳式换热器器 对于在蒸发端需要恒定换热温度来说，管壳式换热器非常适用；换热器管中充满了正处于沸点蒸发的液体，在管的表面换热具有一定的极限；由于壳管式换热器非常传统适用，有很多已有的厂家；但是，管壳式换热器没有考虑换热器中流体的分流情况；能够通过控制其出流的温度压力程度来控制.54版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程钎焊铝式板翅式换热器钎焊铝式板翅式换热器特点：1.一种具有相对较大换热面积的换热器；2.对于改变流体温度变化非常适用；3.对于有持续相变换热非常适用；4.可以设计为顺流、逆流、交叉流或混合流动形式；5.可以同时流入多股流；6.考虑了两相流动的分配问题；7.可以多个合并为冷箱；8.由于制造原因限制了其生产尺寸；9.有一些制造厂家。55版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程钎焊铝式板翅式换热器钎焊铝式板翅式换热器内部流体流动方式图内部流体流动方式图56版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程板翅式换热器板翅式换热器-流体流动及分配流体流动及分配为了使流动和流体分配正常运行，各流道必须具有相等的压降。为了使流道具有相等的压降，设计中主要从相同的流道长度及横截面积等方面来考虑。不管下面考虑的几方面是在换热器哪一侧，对于所有流道，几方面因素必须相同：（1）入口封头（2）芯体入口收缩（3）入口导流片（4）换热长度（5）出口导流片（6）出口封头（7）出口连接管57版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程气液分配气液分配制造厂家都考虑了两相流动各自的分配问题。但是，总体来说，液体和气体在分配流道中分为单独的股流，通过利用分离管把液流喷射到气流中使其在换热器中心部分得到混合。58版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程板翅式换热器制造板翅式换热器制造平直翅片锯齿形翅片凿孔翅片翅片结构图59版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程板翅式换热器板翅式换热器60版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程绕管式换热器特点绕管式换热器特点1.在LNG行业中具有较成熟的应用经验2.它会自动处理换热器中的多股流3.有顺流、逆流和交叉流4.对于有持续的相变换热非常适用5.主要换热器以冷箱的形式出现6.相关制造厂家：APCI(美国)和Linde(德国)61版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程缠绕管式换热器制造车间缠绕管式换热器制造车间图图62缠绕管式换热器结构图缠绕管式换热器结构图版权所有，未经许可，不得翻印LNG工厂操作技术员培训课程本单元总结本单元总结63