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1、研究背景1预处理与液化工艺分析2工艺优化和分析3液化装置模块划分4结论51第1页/共29页1.1.研究背景研究背景针针对对天天然然气气（包包括括煤煤层层气气、页页岩岩气气）开开发发利利用用中中存存在在的的偏偏、远远、散散及及单单井井产产量量低低等等问问题题，以以及及放放空空气气回回收收：1）喀喀斯斯特特地地貌貌，管管网网建建设设难难度度大大；2）井井点点多多，单单井井产产量量低低，集集输输难难度度大大；3）开开采采使使用用水水力力压压裂裂法法，页页岩岩气气夹夹杂杂成成分分复复杂杂，气处理净化要求高。提出气处理净化要求高。提出“就地液化、井口液化就地液化、井口液化”的利用方法。的利用方法。避免大
2、量地面设施及管道投资；LNG基本不受运距、管网的限制，可迅速抢占市场，有利于资源开发和气源推广；为散井和单井气的利用提供了可行的方法。2第2页/共29页1.1.研究背景研究背景 加拿大车用燃料加注站的设计，能以加拿大车用燃料加注站的设计，能以LNG与与CNG两种形式同时两种形式同时向机动车辆供给燃料。管道气经过净化后实现液化，进入向机动车辆供给燃料。管道气经过净化后实现液化，进入LNG储罐储罐储存。储存。LNG可通过低温泵直接对可通过低温泵直接对LNG汽车进行加注至或者经过换热汽车进行加注至或者经过换热器气化进入器气化进入CNG储罐以及分配站，为机动车辆提供储罐以及分配站，为机动车辆提供CNG
3、。第3页/共29页1.1.研究背景研究背景 俄罗斯涡流管制冷液化装置。采用开式膨胀循环，利用高压管输气的压力能，不需额外输入能量，便可实现天然气的液化。该装置占地仅16m2。天然气处理量（m3/d）操作压力(MPa)LNG压力LNG产率（%）(0.724.32)10537.50.21.6MPa40第4页/共29页美国GTI设计的产量为440m3/d的小型天然气液化装置。1.1.研究背景研究背景第5页/共29页1.1.研究背景研究背景挪威Cryobox和mini LNG plant第6页/共29页2 预处理与液化工艺分析生产规模与产品成本关系第7页/共29页2 预处理与液化工艺分析小型（微型）液
4、化装置的理想方案：1）采用标准设备降低制造成本 2）橇装或集装箱式结构 3）设备尺寸较小，布置紧凑 4）工艺简单，能耗低 5）气源条件适应范围广，可进行模块组合第8页/共29页针对组分特点液化装置工艺设计预处理工艺液化工艺 吸附法：吸附法：H2O3A分子筛分子筛 CO213X分子筛分子筛 HgHgSIV吸附剂吸附剂 膨胀制冷液化工艺膨胀制冷液化工艺 混合制冷剂液化工艺混合制冷剂液化工艺(SMR)(SMR)2 预处理与液化工艺分析 溶液吸收法：溶液吸收法：不适用不适用 低温冷凝，分馏低温冷凝，分馏第9页/共29页吸附吸附预处理工艺预处理工艺 原料气依次流过3A分子筛、13X分子筛和HgSIV吸附
5、剂，依次脱除原料气中的H2O、CO2和Hg。2 预处理与液化工艺分析第10页/共29页分馏脱分馏脱CO2工艺工艺 如原料气中CO2含量较大，其他杂质较少，采用低温精馏脱碳，制冷剂循环同为精馏塔和天然气的液化提供冷量，实现天然气的脱碳和液化一体化。2 预处理与液化工艺分析第11页/共29页膨膨胀液化液化工工艺流程流程图高压氮气膨胀制冷液化液化工艺工艺2 预处理与液化工艺分析第12页/共29页SMR液化装置工艺流程图132 预处理与液化工艺分析第13页/共29页分馏脱碳与MR液化一体化工艺流程图2 预处理与液化工艺分析第14页/共29页15以页岩气为液化装置的以页岩气为液化装置的气源气源：单井液化
6、装置处理规模：（12）104m3/d；页岩气井口压力：15MPa；页岩气温度：40；页岩气组分：CH4含量高、不含H2S和重烃；含有饱和水和少量CO2。CH4C2H6C3H8C6+CO2N2H2O98.381.280.020.000.32-饱和某页岩气气源组分表某页岩气气源组分表3.工艺优化和分析第15页/共29页液化压力:图2 不同压力下页岩气液化过程图1 预处理后页岩气相图和液化曲线AB段为液相区，BC段为气液两相区，CD段为气相区。在页岩气压力大于临界压力(4.826MPa)的条件下，页岩气的液化直接从气相区进入液相区，这样就可以避免在两相区内发生不可逆损失。3.工艺优化和分析第16页/
7、共29页利用HYSYS软件，工艺参数选取：（1）页岩气压力14.38MPa、温度38、流量19940m3/d；（2）环境温度25；（3）换热器压降10kPa（单股流）、最小温差3、无热损失；（4）空冷器压降5kPa、空冷器出口温度30；（5）压缩机绝热效率85%；（6）膨胀机绝热效率80%；（7）LNG储存压力0.3MPa、液化率100%；（8）制冷剂压力0.12MPa、温度30；液化工艺液化工艺CH4C2H6C3H8i-C5H12n-C5H12N2膨胀制冷膨胀制冷00000100SMR3021254155制冷剂组分（mol%）3.工艺优化和分析第17页/共29页N2压缩机出口压力2.7MPa
8、图1 LNG不同储存压力下比功耗变化图2 制冷剂流量的变化SMR:压缩机出口压力2.3MPaLNG储存压力选取0.3MPa图3 比功耗和制冷剂流量的变化3.工艺优化和分析第18页/共29页液化工艺制冷剂损(kW)品质因数比功耗(kWh/Nm3)液化率(%)膨胀制冷100%N2380.7460.1070.512910050%N2+50%CH4340.5760.1180.4645100100%CH4311.4660.1270.4295100SMRMR124.4480.2670.2044100（1）性能指标 在在液液化化率率100%相相同同的的条条件件下下，SMR工工艺艺与与膨膨胀胀制制冷冷液液化化
9、工工艺艺（制制冷冷剂剂为为100%CH4）相相比比，损损低低60.04%、品品质质因因数数高高110.23%、比比功功耗耗低低52.41%。3.工艺优化和分析第19页/共29页20（2）综合特性曲线氮膨胀液化流程换热器综合特性曲线SMR流程换热器综合特性曲线所有换热器：所有换热器：1.不存在温度交叉不存在温度交叉热物流所需的冷量均热物流所需的冷量均能由冷物流提供能由冷物流提供2.冷热物流复合曲线冷热物流复合曲线匹配较好匹配较好SMR换热器综合特换热器综合特性曲线匹配较好性曲线匹配较好 换热器1换热器2ABCD3.工艺优化和分析第20页/共29页21（3）主要工艺设备数量液化工艺液化工艺压缩机压
10、缩机空冷器空冷器膨胀机膨胀机换热器换热器分离器分离器（储罐）（储罐）总计总计膨胀制冷膨胀制冷112217SMR111227 SMR工艺损较小、品质因数较高、比功耗较低；换热器综合特性曲线匹配较好；易于装置的小型化，SMR工艺优于膨胀制冷液化工艺，因此，液化工艺方案推荐选择SMR工艺。综上3.工艺优化和分析第21页/共29页3.工艺优化和分析分馏脱碳与MR液化一体化工艺流程图 以压缩机功耗最小为目标，优化制冷剂组分，压缩机功耗153.2KW，出口压力3643kPa，制冷剂流量89.07kgmole/h，液化率89.2%，比功耗0.4117 kW.h/m3.第22页/共29页组分CH4C2H6C3
11、H8C6+CO2N2摩尔分数97.381.000.020.000.760.84表1 原料气组分组分甲烷二氧化碳氮气摩尔分数0.99020.00100.0088表2 净化后的原料气组分3.工艺优化和分析第23页/共29页4.液化装置模块划分24液化装置模块划分液化装置模块划分净化模块净化模块液化模块液化模块储存模块储存模块发电模块（可选）发电模块（可选）制冷模块制冷模块第24页/共29页小型液化装置制冷模块净化模块（选用）液化模块储存模块主要设备膨胀机、冷箱（换热器）吸附模块分馏模块压缩机、空冷器、分离罐燃气发电机4.液化装置模液化装置模块划分划分发电模块（可选）LNG储罐第25页/共29页储存
12、系统：26设备设备数量数量绝热类型绝热类型几何容积几何容积(m3)额定充满率额定充满率(%)工作压力工作压力(MPa)储罐储罐2真空粉末60900.8储罐主要工作参数4.液化装置模液化装置模块划分划分可选用罐式集装箱第26页/共29页5.结论（1）净化模块根据天然气组分进行选择。（2）SMR工艺与膨胀制冷液化工艺（制冷剂为100%CH4）相比比功耗低52.41%。（3）液化装置模块化设计，可根据需要方便配置。专利成果：1、一种天然气处理装置，申请号：一种天然气处理装置，申请号：201520986626.42、一种天然气处理装置和方法，申请号：201510873780.527第27页/共29页28第28页/共29页感谢您的观看！第29页/共29页