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LNG技术 第二章 LNG的生产工艺—液化 * * 天然气的液化技术 LNG的生产通常分为3个步骤：原料气预处理、液化和贮存。图2.1是典型的LNG生产步骤和工艺装置图。 * * 低温制冷的方法： 根据提供冷量方式不同分成三大类方法 1.外加制冷循环法，亦即直接冷凝法 2.直接膨胀制冷法，即膨胀冷凝法 3.混合制冷法 * * * * 1、直接冷凝法---单一冷剂 * * 四个过程： 1.蒸发过程 2.压缩过程 3.冷凝过程 4.膨胀过程 * * 常用制冷剂 丙烷、丙烯、乙烷、乙烯、甲烷、氮气等 阶式制冷循环过程:丙烷+乙烯+甲烷 混合冷剂循环过程: 丙烷+丙烯+乙烷+乙烯+甲烷+氮气 * * 2.2 天然气液化工艺流程 2.2.1 分类 按制冷方式分： 级联式液化流程 混合制冷剂液化流程 带膨胀机的液化流程 对基本负荷型液化装置采用级联式液化流程和混合制冷式液化流程，对调峰型液化装置采用带膨胀机的液化流程和混合制冷剂液化流程。 * * 2.2.2 级联式液化流程 级联式液化流程也被称为阶式（Cascade）液化流程、复叠式液化流程或串联蒸发冷凝液化流程，主要应用于基本负荷型天然气液化装置。如图所示，该液化流程由三级独立的制冷循环组成，制冷剂分别为丙烷、乙烯和甲烷。每个制冷循环中均含有三个换热器，级联式液化流程中较低温度级的循环，将热量转移给相邻的较高温度级的循环。 * * * * 优点 能耗低； 制冷剂为纯物质，无配比问题； 技术成熟，操作稳定。 缺点 机组多，流程复杂； 附属设备多，要有专门生产和储存多种制冷剂的设备； 管道与控制系统复杂，维护不便。 * * 2.2.3混合制冷剂液化流程（MRC-Mixed-Refrigerant-Cycle） MRC是以C1-C5的碳氢化合物及N2等五种以上的多组分混合制冷剂为工质，进行逐级的冷凝、蒸发、节流膨胀得到不同温度水平的制冷量，以达到逐步冷却和液化天然气的目的。MRC既达到类似级联式液化流程的目的，又克服了其系统复杂的缺点。自20世纪70年代以来，对于基本负荷型天然气液化装置，广泛采用了各种不同类型的混合制冷剂液化流程。 * * 开式混合制冷剂液化流程 闭式混合制冷剂液化流程 * * 优点： 机组设备少、流程简单、投资省，投资费用比经典级联式液化流程约低15%～20% 管理方便 混合制冷剂组分可以部分或全部从天然气本身提取与补充 缺点： 能耗较高，比级联式液化流程高10%～20%左右 混合制冷剂的合理配比较为困难 流程计算须提供各组分可靠的平衡数据与物性参数，计算困难 * * 丙烷预冷混合制冷剂液化流程 丙烷预冷混合制冷剂液化流程（C3/MRC : Propane-Mixed Refrigerant Cycle），结合了级联式液化流程和混合制冷剂液化流程的优点，流程既高效又简单。所以自20世纪70年代以来，这类液化流程在基本负荷型天然气液化装置中得到了广泛的应用。目前世界上80%以上的基本负荷型天然气液化装置中，采用了丙烷预冷混合制冷剂液化流程。 * * 工艺流程 丙烷预冷混合制冷剂循环液化天然气流程由三部分组成：①混合制冷剂循环；②丙烷预冷循环；③天然气液化回路。在此液化流程中，丙烷预冷循环用于预冷混合制冷剂和天然气，而混合制冷剂循环用于深冷和液化天然气。 * * 丙烷预冷混合制冷剂液化流程 * * 丙烷预冷混合制冷剂液化流程 * * APCI丙烷预冷混合制冷剂液化流程示意图 * * CII液化流程 整体结合式级联型液化流程 Integral— Incorporated——Cascade 代表天然气液化技术的发展趋势，具有高效、低成本、可靠性好、易操作等优点 * * CII流程具有如下特点： l）流程精简、设备少。CII液化流程出于降低设备投资和建设费用的考虑，简化了预冷制冷机组的设计。在流程中增加了分馏塔，将混合制冷剂分馏为重组分（以丁烷和戊烷为主）和轻组分（以氮、甲烷、乙烷为主）两部分。重组分冷却、节流降温后返流，作为冷源进入冷箱上部预冷天然气和混合制冷剂；轻组分气液分离后进入冷箱下部，用于冷凝、过冷天然气。 2）冷箱采用高效钎焊铝板翅式换热器。 3）压缩机和驱动机的型式简单、可靠、降低了投资与维护费用。 * * 2.2.4 带膨胀机的液化流程 带膨胀机液化流程（Expander-Cycle），是指利用高压制冷剂通过透平膨胀机绝热膨胀的克劳德循环制冷实现天然气液化的流程。气体在膨胀机中膨胀降温的同时，能输出功，可用于驱动流程中的压缩机。当管路输来的进入装置的原料气与离开液化装置的商品气有“自由”压差时，液化过程就可能