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1.3带膨胀机的液化流程
带膨胀机的液化流程是指利用高压制冷剂通过透平膨胀机绝热膨胀的逆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,能够输出功,可用于驱动流程中的压缩机。带膨胀机的液化流程分为氮气膨胀循环、氮甲烷膨胀循环和天然气膨胀循环。
1.3.1氮气膨胀液化流程
氮气膨胀液化流程(图6)较为简单、紧凑、造价略低、运行灵活、适应性强。制冷剂采用单组分气体,但其能耗要比混合制冷剂液化流程高40%左右,二级氮气膨胀液化流程是经典氮膨胀液化流程的一种变形。如图6所示,该液化流程有原料气回路和N2膨胀液化循环组成。
在天然气回路中,原料气经预处理装置预处理,进入换热器冷却,再进去重烃分离器分离掉重烃,经换热器2换热后进入氮气提塔分离部分氮气,在进入换热器3进一步冷却和过冷后,LNG进储罐储存。
在氮气膨胀液化循环中,氮气经循环压缩机压缩进换热器1冷却后,进入透平膨胀机膨胀降温后,为换热器提供冷量,离开换热器1的低压氮气进入循环压缩机压缩,开始下一轮的循环。
1.3.2氮-甲烷膨胀液化流程
为减低膨胀机的功耗,采用氮-甲烷混合气体代替纯N2,与混合制冷剂液化流程相比,氮-甲烷膨胀液化流程(N2-CH4Cycle)具有启动时间短,流程简单,控制容易、混合制冷剂测定及计算方便等优点,由于缩小冷锻换热温差,它比纯氮膨胀液化流程等节省10%~20%的动力消耗。
1.3.3天然气膨胀液化流程
天然气膨胀液化流程,是指直接利用高压天然气在膨胀机中绝热膨胀到输出管道压力而使天然气液化的流程。这种流程最突出优点是功耗小、只对需液化的那部分天然气脱除杂质,因而预处理的天然气量可大为减少(约占气量的20%~35%)但液化流程不能获得像氮气膨胀液化流程那样低的温度、循环气量、液化率低。膨胀机的工作性能受原料气压力和组成变化的影响较大,对系统的安全性要求较高。
2 液化流程对比分析
2.1级联式液化流程
级联式液化流程主要运用于基本负荷型液化装置,能耗低,采用九台串联换热器,每台换热器内部温差较小,减少了因温差引起的不可逆损失,从而降低了系统的比功耗;技术成熟,操作稳定。在实际循环中采用的压缩级数要综合考虑初投资费用,运行费用等多方面因素。级数多、则初投资成本大、功耗低、运行费用小;级数少,则初投资成本低,但功耗大、运行费用高。级联式液化流程的突出特点是流程设备多、流程复杂、初投资大,管理复杂。
康菲优化级联技术(POC),在阿拉斯加Kenai液化厂项目应用的级联工艺基础上进行了一系列改进,优化技术采用开放式甲烷制冷循环,在乙烯蒸发器产生的冷凝产品与部分蒸发了的甲烷相遇后,进入开放式制冷循环,生成甲烷制冷剂回收气和LNG产品。表1列出来了部分国内LNG级联式液化流程项目。
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