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2.2 混合制冷剂液化流程
混合制冷剂液化流程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。与级联式液化流程相比,其优点是: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。缺点是能耗高,组分配比比较困难。
美国气体化工产品公司(APCI)拥有C3-MRC技术,该技术可设计为由两台涡轮机驱动的LNG液化生产线,年产量可达450万吨。壳牌的C3-MRC技术,提供了一种丙烷预冷混合制冷剂工艺的专有技术,在文莱的LNG工厂得到第一次应用。该项目使用了蒸汽轮机作为压缩机的驱动,如采用燃气轮机驱动,单条生产线年产量可达到450万吨。该技术可通过使用分体丙烷技术增加产量至500万吨。
壳牌的双循环混合制冷剂技术(DMR),使用二级混合制冷剂循环,并将每个循环的压缩驱动机并联配置。该技术已在俄罗斯萨哈林州LNG项目上应用,能够年产520万吨的LNG的产品。
法国Axens公司与法国石油研究院合作开发了Liquenfin液化天然气技术,该技术生产LNG的费用每吨可降低25%,带有2台标准燃气透平的Liquenfin技术的系列装置,能够年产600万吨的LNG产品。
挪威国家石油公司与林德公司(Statoil-Linde)共同开发的混合制冷剂级联技术(MFC),该技术综合了混合制冷剂工艺和级联工艺的优点,以其适应较低冷却水温度的能力,在挪威SNOHVIT430万吨/年的LNG项目上首次应用。
法国燃气公司开发了新型混合制冷剂液化工艺,即整体结合式级联型液化技术(IntegralIncorporatedCascadeCII)技术吸收了国外LNG液化技术最新发展成果,代表了天然气液化技术的发展趋势。上海浦东建造的我国第一座调峰型天然气液化装置,采用CII技术。
壳牌在双循环混合制冷剂工艺基础上的优化和改进,开发了并联混合制冷剂技术(PMRTM),壳牌PMRTM技术是为大型LNG生产线开发的技术,采用成熟设备,不需要增大现有设备规模。两条并行而独立的液化混合制冷循环,在其中一套设备出现故障时,仍能保证60%的产能不间断生产。在建造期间工期延误时,液化厂并列的两个液化循环可分期投产。当壳牌PMRTM工艺采用3台涡轮机时,单线LNG生产能力可达800万吨/年。
自20世纪70年代,对于基本负荷型天然气液化装置,广泛采用了各种不通类型的混合制冷剂液化流程,表2列出了部分国内典型LNG混合制冷液化工艺流程项目。
2.3 带膨胀机的液化流程
带膨胀机的液化流程流程简单、调节灵活、工作可靠,易启动、易操作、维护方便;用天然气本身为工质,节省生产、运输、储存冷冻机的费用。缺点是:原料气需要深度干燥,回流压力低,换热面积大,设备金属投入量大;液化率低,如在循环,则在增加循环压缩机后,功耗大大增加。
林德公司拥有氮双膨胀机技术,该技术采用一台两级压缩机,将氮制冷剂从2MPa压缩到5MPa,并保留了LNG调峰工厂所采用的氮循环的简单性。一般用海水进行中间冷却和后冷却,也可用空冷。
2001年APCI注册了AP-XTM专利,AP-XTM技术利用氮膨胀机制冷系统来实现LNG低温冷却,从而扩展了C3-MR循环,并提高了LNG的产能。氮膨胀机制冷系统分担了制冷负荷,降低了丙烷和混合制的用量,减少了制冷系统设备的要求。该技术在卡塔尔的QatargasLNG工厂4#和5#生产线上应用,单线生产能力780万吨/年。
由于带膨胀机的液化流程操作比较简单,投资适中,特别适合用于液化能力小的调峰型天然气液化装置。表3列出了部分国内带膨胀机的液化流程项目。
3 结语
随着世界能源需求的不断增长以及人们环保意识的不断加强,液化天然气(LNG)产业进入了前所未有的黄金发展期。LNG液化工艺技术也在不断改进,根据天然气储量、市场需求、原料气性质、厂址和投资情况,采用不同的液化工艺技术,优缺点各不相同。如何选择合适的工艺流程降低LNG液化过程中消耗的大量能量,提高制冷系统的效率,提高经济效益,是投资者和研究者看中的重点。
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