LNG即液化天然氣的英文（（LiquefiedNatural Gas）縮寫。天然氣是在氣田中自然開(kāi)采出來(lái)的可燃?xì)怏w，主要成分由甲烷組成。LNG是通過(guò)在常壓下氣態(tài)的天然氣冷卻至-162℃，使之凝結(jié)成液體。天然氣液化后可以大大節(jié)約儲(chǔ)運(yùn)空間，而且具有熱值大、性能高等特點(diǎn)。

LNG是一種清潔、高效的能源。由于進(jìn)口LNG有助于能源消費(fèi)國(guó)實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)多元化、保障能源安全，而出口LNG有助于天然氣生產(chǎn)國(guó)有效開(kāi)發(fā)天然氣資源、增加外匯收入、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因而LNG貿(mào)易正成為全球能源市場(chǎng)的新熱點(diǎn)。天然氣作為清潔能源越來(lái)越受到青睞，很多國(guó)家都將LNG列為首選燃料，天然氣在能源供應(yīng)中的比例迅速增加。液化天然氣正以每年約12%的高速增長(zhǎng)，成為全球增長(zhǎng)最迅猛的能源行業(yè)之一。近年來(lái)全球LNG的生產(chǎn)和貿(mào)易日趨活躍，LNG已成為稀缺清潔資源，正在成為世界油氣工業(yè)新的熱點(diǎn)。

按照中國(guó)的LNG使用計(jì)劃，2020年為2400億立方米。而在進(jìn)口天然氣方面，發(fā)改委預(yù)計(jì)到2020年，中國(guó)要進(jìn)口350億立方米，相當(dāng)于2500萬(wàn)噸/年，是廣東省接收站的總量的7倍。

一、LNG的物化性質(zhì)、用途及優(yōu)點(diǎn)

1、LNG的主要成份為甲烷,化學(xué)名稱為CH4,還有少量的乙烷C2H6、丙烷C3H8以及氮N2等其他成份組成。

2、臨界溫度為-82.3℃,臨界壓力為45.8kg/cm3

3、沸點(diǎn)為-162.5℃,熔點(diǎn)為-182℃,著火點(diǎn)為650℃

4、液態(tài)密度為0.430T/m3,氣態(tài)密度為0.688kg/Nm3

5、氣態(tài)熱值9100Kcal/m3,液態(tài)熱值12000Kcal/kg

6、爆炸范圍:上限為15%,下限為5%。

7、華白指數(shù)(W)44.94MJ/Nm3。

8、燃燒勢(shì)(CP)45.18

9、辛烷值A(chǔ)STM:130(研究法)。

10、無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒且無(wú)腐蝕性。

11、體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/625

12. 天然氣作為燃料的工作原理CH4+2O2—2H2O+CO2+38MJ/m3

13. LNG基本參數(shù)

LNG主要成分：甲烷（90%以上）、乙烷、氮?dú)猓?.5-1%）及少量C3～C5烷烴的低溫液體。LNG是由天然氣轉(zhuǎn)變的另一種能源形式。

1）LNG的主要成份為甲烷，化學(xué)名稱為CH4，還有少量的乙烷C2H6、丙烷C3H8以及氮N2等其他成份組成。

2）臨界溫度為-82.3℃。

3）沸點(diǎn)為-161.25℃，著火點(diǎn)為650℃。

4）液態(tài)密度為0.420～0.46T/m3，氣態(tài)密度為0.68-0.75kg/m3。

5）氣態(tài)熱值38MJ/m3，液態(tài)熱值50MJ/kg。

6）爆炸范圍：上限為15%，下限為5%。

7）辛烷值A(chǔ)STM：130。

8）無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒且無(wú)腐蝕性。

9）體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/625。

14、 LNG的六大優(yōu)點(diǎn)

1）LNG體積比同質(zhì)量的天然氣小625倍，所以可用汽車輪船很方便地將LNG運(yùn)到?jīng)]有天然氣的地方使用。

2）LNG儲(chǔ)存效率高，占地少。投資省，10m3LNG儲(chǔ)存量就可供1萬(wàn)戶居民1天的生活用氣。

3）LNG作為優(yōu)質(zhì)的車用燃料，與汽油相比，它具有辛烷值高、抗爆性能好、發(fā)動(dòng)機(jī)壽命長(zhǎng)。燃料費(fèi)用低。環(huán)保性能好等優(yōu)點(diǎn)。它可將汽油汽車尾氣中HC減少72%，NOx減少39%， CO減少90%，SOx、Pb降為零。

4）LNG汽化潛熱高，液化過(guò)程中的冷量可回收利用。

5）由于LNG汽化后密度很低，只有空氣的一半左右，稍有泄漏立即飛散開(kāi)來(lái)，不致引起爆炸。

6）由于LNG組分較純，燃燒完全，燃燒后生成二氧化碳和水，所以它是很好的清潔燃料，有利于保護(hù)環(huán)境，減少城市污染。

二、LNG的主要用途

液化天然氣主要用作居民用途：包括居民的烹飪、取暖及用電；工業(yè)用途：包括作為原料或燃料以生產(chǎn)水泥、肥料、油漆、醫(yī)藥及其他產(chǎn)品；運(yùn)輸用途，包括作為汽車、輪船、火車甚至飛機(jī)上燃料。

1、作為清潔燃料汽化后供城市居民使用，具有安全、方便、快捷、污染小的特點(diǎn)。

2、作代用汽車燃料使用。采用LNG作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，發(fā)動(dòng)機(jī)僅需作適當(dāng)變動(dòng)，運(yùn)行不僅安全可靠，而且噪聲低污染小，特別是在排放法規(guī)日益嚴(yán)格的今天，以LNG作為燃料的汽車，排氣明顯改善。據(jù)資料報(bào)道：與壓縮天然氣（CNG） 比較，在相同的行程和運(yùn)行時(shí)間條件下，對(duì)于中型和中重型車輛而言，LNG汽車燃料成本要低20%，重量要輕2/3，同時(shí)，供燃系統(tǒng)裝置的成本也至少低2/3?？梢宰C明，將天然氣液化并以液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)是促使它在運(yùn)輸燃料中應(yīng)用的最經(jīng)濟(jì)有效的方法。

3、作為冷源用于生產(chǎn)速冷食品，以及塑料，橡膠的低溫粉碎等，也可用于海水淡化和電纜冷卻等。

4、作為工業(yè)氣體燃料，用于玻殼廠、工藝玻璃廠等行業(yè)。

三、LNG的運(yùn)輸方式

LNG的運(yùn)輸方式主要有輪船、火車和汽車槽車等方式。在500～800公里經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸半徑范圍內(nèi)，采用汽車槽車運(yùn)輸LNG是比較理想的方式。槽車罐體采用雙壁真空粉末絕熱，配有操作閥安全系統(tǒng)及輸液軟管等。國(guó)內(nèi)低溫液體槽車的制造技術(shù)比較成熟，槽車使用安全。LNG產(chǎn)品采用深冷液體儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，液體儲(chǔ)罐為雙壁真空粉末絕熱，LNG的日蒸發(fā)率可控制在0.46%之內(nèi)，儲(chǔ)存周期為4～7天。

LNG是汽車的清潔燃料，在所有的清潔燃料中，天然氣以其應(yīng)用技術(shù)成熟、安全可靠、經(jīng)濟(jì)可行而被世界許多國(guó)家和專家視為目前最適宜的汽車替代燃料。汽車使用天然氣作為動(dòng)力燃料，與汽油相比，其尾氣排放中HC減少72%，NOx減少39%， CO減少90%，SOx、Pb降為零。噪音降低40%。因此，推廣使用天然氣燃料，對(duì)減少大氣污染、改善環(huán)境將會(huì)起到積極的推動(dòng)作用。

四、焦?fàn)t煤氣制LNG項(xiàng)目工藝技術(shù)方案

4.1 工藝技術(shù)方案的選擇

4.1.1 原料路線確定的原則

焦?fàn)t煤氣的主要成分為H2、CH4、CO和CO2，是焦炭生產(chǎn)過(guò)程中的副產(chǎn)物，其中含有甲烷合成所需的H2、CO和CO2，且自身就含有23~27%左右的甲烷，有利于甲烷化反應(yīng)溫度的控制，為使焦?fàn)t煤氣中的有效成份得到最大化利用，節(jié)能減排，因此本項(xiàng)目以焦?fàn)t煤氣為原料生產(chǎn)清潔能源LNG。

根據(jù)焦?fàn)t煤氣組成及甲烷合成對(duì)原料氣雜質(zhì)含量的要求，特別是甲烷合成系統(tǒng)氣體中總硫低于0.1ppm的要求，確定本項(xiàng)目生產(chǎn)工藝首先需凈化，然后采用化學(xué)合成法將焦?fàn)t煤氣轉(zhuǎn)化為合成天然氣（簡(jiǎn)稱為“SNG”），再將SNG液化分離得到LNG，主要工藝裝置包括壓縮、凈化、合成、液化等工段。

4.1.2 工藝技術(shù)方案的比較和選擇

4.1.2.1 壓縮工段

壓縮工段任務(wù)是將焦?fàn)t煤氣加壓，以滿足凈化、合成、液化各工段要求的工作壓力。

工業(yè)上常用的壓縮機(jī)有：離心式壓縮機(jī)、往復(fù)式壓縮機(jī)、螺桿式壓縮機(jī)。其優(yōu)缺點(diǎn)如下：

（1）螺桿壓縮機(jī)

螺桿壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：可靠性高——螺桿壓縮機(jī)零部件少，沒(méi)有易損件，壽命長(zhǎng)；操作維護(hù)方便，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守運(yùn)轉(zhuǎn)；動(dòng)力平衡性好——螺桿壓縮機(jī)沒(méi)有不平衡慣性力，機(jī)器可平穩(wěn)地高速工作，可實(shí)現(xiàn)無(wú)基礎(chǔ)運(yùn)轉(zhuǎn)；適應(yīng)性強(qiáng)——螺桿壓縮機(jī)具有強(qiáng)制輸氣的特點(diǎn)，排氣量幾乎不受排氣壓力的影響，在較廣范圍內(nèi)能保證較高的效率；多相混輸——螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子齒面實(shí)際上留有間隙，因而能耐液體沖擊，可壓送含液氣體，含粉塵氣體，易聚合氣體等。

螺桿壓縮機(jī)的缺點(diǎn)：螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子齒面是一空間曲面，需利用特制的刀具，在價(jià)格昂貴的專用設(shè)備上進(jìn)行加工，另外對(duì)螺桿壓縮機(jī)氣缸的加工精度也有較高的要求，故造價(jià)高；由于受到轉(zhuǎn)子剛度和軸承壽命等方面的限制，螺桿壓縮機(jī)只能適用于中、低壓范圍。

（2）離心式壓縮機(jī)

離心式壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行平穩(wěn)、易損部件少、日常維護(hù)簡(jiǎn)單，壓縮過(guò)程與潤(rùn)滑油不接觸可做到絕對(duì)無(wú)油，轉(zhuǎn)速高可與汽輪機(jī)直聯(lián)。缺點(diǎn)：不適應(yīng)于氣量太小及壓力大的場(chǎng)合，穩(wěn)定工況較窄，較往復(fù)機(jī)效率低，轉(zhuǎn)速高造成零件制造、裝配要求高。

（3）往復(fù)式壓縮機(jī)

往復(fù)式壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：適用的壓力范圍廣，適用于高壓和超高壓領(lǐng)域，排氣量穩(wěn)定。壓縮效率高，適用性強(qiáng)。缺點(diǎn)：氣體帶油，轉(zhuǎn)速不能太高，排氣不連續(xù)，易損件多，維修量大。

根據(jù)需壓縮氣體的特點(diǎn)及裝置占地、投資的要求，本項(xiàng)目原料氣壓縮擬選用螺桿式壓縮機(jī)，合成氣壓縮、循環(huán)氣壓縮擬選用往復(fù)式壓縮機(jī)。

4.1.2.2 凈化工段

此工段包含兩部分：脫油脫萘粗脫硫及精脫硫工序。

脫油脫萘粗脫硫部分?jǐn)M采用活性炭吸附劑對(duì)焦?fàn)t煤氣中的焦油、萘等進(jìn)行脫除，與電脫塵、電捕焦工藝相比，該工藝具有能耗低、易操作等特點(diǎn)。粗脫硫部分采用活性炭脫硫劑，將焦?fàn)t氣體中 H2S 含量降至～20mg/Nm3，粗脫硫的目的一是利用廉價(jià)的脫硫劑將大部分的無(wú)機(jī)硫脫除，降低運(yùn)行成本；二是避免較高的H2S 分壓影響有機(jī)硫加氫反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，提高精脫硫工序加氫脫硫的效果。

精脫硫隨著脫硫劑的研究和開(kāi)發(fā)，已有很多種成熟的脫硫方法，如活性炭法、

鈷鉬加氫/鎳鉬加氫串氧化鋅工藝，鐵鉬加氫串鐵錳脫硫工藝等，并且在焦?fàn)t煤氣脫硫中已運(yùn)行多年，效果良好。本項(xiàng)目擬選用兩步脫硫工藝：第一步鐵鉬加氫 串中溫氧化鋅脫硫工藝，第二步鎳鉬加氫串中溫氧化鋅脫硫工藝，確保焦?fàn)t煤氣總硫量小于 0.1ppm，滿足甲烷合成催化劑對(duì)焦?fàn)t煤氣硫含量的要求。

4.1.2.3 合成工段

國(guó)外的煤制天然氣技術(shù)有丹麥托普索、英國(guó)戴維 Davy-CRG，已有多年的運(yùn) 行經(jīng)驗(yàn)。國(guó)內(nèi)目前新奧集團(tuán)、西南化工研究院等大型能源企業(yè)有已運(yùn)行或在建煤制合成天然氣項(xiàng)目。

（1）丹麥托普索甲烷合成技術(shù)特點(diǎn)：1）單線生產(chǎn)能力大，單線能力在1.0×105m3 /h～2.0×105m3 /h 天然氣之間。2）MCR-2X 催化劑活性好，轉(zhuǎn)化率高，副產(chǎn)物少，消耗量低。3）MCR-2X 催化劑使用溫度范圍很寬，在 250℃～700℃范圍內(nèi)都具有很高且穩(wěn)定的活性。4）MCR-2X 催化劑在高壓情況下，可以避免羰基形成，保持高活性、壽命長(zhǎng)。5）可以產(chǎn)出高壓蒸汽用于驅(qū)動(dòng)大型壓縮機(jī)，能量效率高。6）高品質(zhì)的替代天然氣，甲烷體積分?jǐn)?shù)可達(dá) 94～96%，高位熱值達(dá) 37.26～38.10MJ/Nm3。7）甲烷化進(jìn)料氣的壓力高達(dá) 8.0MPa，可減少設(shè)備尺寸。該技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)很高，目前正在進(jìn)行的國(guó)內(nèi)大唐國(guó)際 40×108Nm3 /a SNG 項(xiàng)目采用此技術(shù)。

（2）英國(guó)戴維 Davy-CRG 甲烷合成技術(shù)特點(diǎn)：1）CEG-LH 催化劑已經(jīng)過(guò)工業(yè)化驗(yàn)證，擁有美國(guó)大平原等很多業(yè)績(jī)。2）CEG-LH 催化劑具有變換功能，合成氣不需要調(diào)節(jié) H/C 比，轉(zhuǎn)化率高。3）CEG-LH 催化劑使用范圍很寬，在230℃～700℃范圍內(nèi)都具有很高且穩(wěn)定的活性。4）甲烷化壓力高達(dá) 3.0MPa～6.0MPa，可減少設(shè)備尺寸。美國(guó)大平原 15×108Nm3 /a 煤制代用天然氣項(xiàng)目自80 年代至今一直在商業(yè)化運(yùn)行。該技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)高，唐山新奧永順清潔能源有限公司焦?fàn)t煤氣制 LNG 項(xiàng)目采用的此技術(shù)。

（3）2006 年 10 月始，新地能源工程技術(shù)有限公司先后完成了甲烷合成的

小試、中試和 1000Nm3/d 焦?fàn)t煤氣規(guī)模的中試，自主開(kāi)發(fā)了甲烷合成催化劑、 絕熱型反應(yīng)器、高效分離設(shè)備等技術(shù)。2008 年 12 月成功地在新奧煤基清潔能源 試驗(yàn)中心甲烷化裝置上實(shí)現(xiàn)合成氣和焦?fàn)t煤氣的測(cè)試考核。2010 年 12 月 18 日 中試裝置通過(guò)了由河北省科技成果轉(zhuǎn)化中心組織的“焦?fàn)t煤氣合成天然氣預(yù)還原 催化劑及工藝”項(xiàng)目成果鑒定。采用此工藝的河南京寶新奧焦?fàn)t煤氣制液化天然氣項(xiàng)目，于 2013 年 5 月份開(kāi)車成功，是國(guó)內(nèi)首個(gè)開(kāi)車成功的焦?fàn)t煤氣制液化天 然氣項(xiàng)目，已穩(wěn)定、連續(xù)、安全運(yùn)行四年多的時(shí)間。此外，同樣采用此工藝的灤縣唐鋼氣體有限公司焦?fàn)t煤氣液化天然氣項(xiàng)目、鶴崗嘉潤(rùn)煤化工有限公司焦?fàn)t煤氣制液化天然氣項(xiàng)目也已開(kāi)車近多年，陸續(xù)成功開(kāi)車的焦?fàn)t煤氣制液化天然氣裝置增加了近 10 套。新地能源工程技術(shù)有限公司自主技術(shù)的特點(diǎn)：

（1）具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系列甲烷合成催化劑，具有轉(zhuǎn)化率高、選擇性好，

耐熱和耐水合性能優(yōu)良，起活溫度低和原料氣適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。催化劑的轉(zhuǎn)化率≥99%，選擇性≥99%，空速 1000～8000h-1；耐熱型催化劑可在 700℃下使用；催化劑的高強(qiáng)度≥100N/cm，磨耗低≤1%；催化劑壽命可達(dá) 3 年以上；還能適用于不同成分的煤基合成氣。

（2）采用高效節(jié)能工藝，通過(guò)梯級(jí)換熱網(wǎng)絡(luò)，最大限度地提高了熱的回收

效率，充分利用反應(yīng)熱，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需要，可產(chǎn)生高品質(zhì)蒸汽，同時(shí)副產(chǎn)低壓

蒸汽和工藝熱水，循環(huán)損失溫度 35℃以下。

（3）由于裝置較低的運(yùn)行溫度使設(shè)備材料可實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，能耗低，床層溫度分布均勻，更易大型化，大大降低工廠的建設(shè)投資。

（4）本工藝為零排放的清潔能源生產(chǎn)工藝。工藝產(chǎn)生的生成水中 COD＜20mg/L，可達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，可直接用于工藝用水或冷卻用水。

國(guó)內(nèi)外同類或類似項(xiàng)目工藝技術(shù)比較見(jiàn)表 4.1-1。

表 4.1-1 國(guó)內(nèi)外同類或類似項(xiàng)目工藝技術(shù)比較

綜合工藝技術(shù)、投資、運(yùn)行成本等多方面因素，本項(xiàng)目甲烷合成擬采用新地 能源工程技術(shù)有限公司專有技術(shù)。本項(xiàng)目甲烷合成反應(yīng)器擬選三臺(tái)反應(yīng)器串并聯(lián) 使用。

4.1.2.4 液化工段

液化工段任務(wù)是將合成工段送出的 SNG 經(jīng)深冷分離，得到 LNG。分離后的

液相產(chǎn)品送往 LNG 儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，分離出的富氫氣做初凈化再生氣，再送焦化做燃 料；富氮?dú)飧唿c(diǎn)放空。液化工段主要包括凈化工序、液化分離兩部分內(nèi)容。

（1）凈化工序

凈化工序的目的是將原料氣中的NH3、H2O、汞脫除。SNG中含有一定量的NH3和飽和水，若不脫除進(jìn)入冷箱就會(huì)造成冷箱凍堵；SNG中的汞成分包括單質(zhì)汞、汞離子及有機(jī)汞化物，即使汞的含量極低，會(huì)造成鋁合金材料設(shè)備的腐蝕 （液化部分中大部分低溫?fù)Q熱器的材質(zhì)選用鋁合金）。各種雜質(zhì)的控制指標(biāo)如下：

NH3 ＜1ppm（vol）

水 ＜1ppm（vol）

汞 ＜0.1μg/m3

芳香族化合物 1～10ppm（vol）

1）脫氨

因?yàn)?/span>NH3在水中的溶解度極大，體積比達(dá)到700:1，通過(guò)水洗即可達(dá)到很好 的脫NH3效果。本項(xiàng)目使用脫鹽水對(duì)SNG進(jìn)行噴淋水洗，脫除SNG中的NH3。

2）脫水

氣體脫水的方法有很多，按其原理可歸納為如下四種，如下表：

表 4.1-3 脫水方法列表

LNG 裝置脫水多采用固體吸附脫水法。因?yàn)檫@種方法具有吸附能力強(qiáng)、低水汽分壓下的吸附性高以及同時(shí)進(jìn)一步脫除殘余酸性氣等優(yōu)點(diǎn)。

3）脫汞

目前國(guó)內(nèi)常用的脫汞方法包括兩大類：物理方法、化學(xué)方法。

物理方法脫汞主要原理是根據(jù)汞在一定溫度壓力下的飽和蒸氣壓的變化進(jìn)行脫汞處理，采用天然氣節(jié)流膨脹產(chǎn)生低溫，原料氣中的汞蒸氣冷凝，然后進(jìn)行分離。工藝流程復(fù)雜，-30℃、3MPa下汞蒸氣濃度為1777ng/Nm3。

化學(xué)脫汞方法包括三種：載硫活性炭、金屬硫化物和載銀分子篩。三種工藝

流程相近，載硫活性炭是國(guó)內(nèi)最常用的氣相脫汞劑，能將天然氣中的汞脫到20ng/Nm3以下，其他兩種方法僅能將汞脫到8000ng/Nm3。

（2）液化分離

迄今為止，在天然氣深冷領(lǐng)域中成熟的制冷工藝主要有以下三種：階式制冷 循環(huán)工藝、混合制冷循環(huán)工藝和膨脹機(jī)制冷循環(huán)工藝。

1）氮?dú)馀蛎浿评溲h(huán)工藝

氮?dú)馀蛎洐C(jī)制冷循環(huán)工藝是利用透平膨脹機(jī)制冷原理，以氮?dú)鉃榻橘|(zhì)，進(jìn)行密閉循環(huán)制冷，該工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是制冷劑簡(jiǎn)單，操作方便，設(shè)備臺(tái)數(shù)少，投資少；主要缺點(diǎn)是能耗較高，液化率低，對(duì)壓力有較高要求。這種工藝適用于規(guī)模較小，資金緊張的情況下。

2）階式制冷循環(huán)工藝

階式制冷循環(huán)是用丙烷（或丙烯）、乙烷（或乙烯）、甲烷（或氮?dú)猓┑燃兝鋭┻M(jìn)行的三級(jí)制冷，使天然氣在多個(gè)溫度等級(jí)的制冷劑中與相應(yīng)的制冷劑換熱，從而使其冷卻發(fā)生相變。

階式制冷能耗低，且工藝操作靈活，開(kāi)停車快捷，易于初期開(kāi)車投產(chǎn)。其缺點(diǎn)是需要三個(gè)大型循環(huán)氣壓縮機(jī)，以及相當(dāng)數(shù)量的冷換設(shè)備；流程長(zhǎng)、設(shè)備多、控制復(fù)雜等，適用于超大型的天然氣液化裝置。

3）混合制冷循環(huán)工藝

是以多組分的混合制冷劑（N2和C1～C5的混合物）取代傳統(tǒng)的單一組分的制冷劑，大大簡(jiǎn)化了制冷單元，提高了操作可靠性、靈活性，強(qiáng)化系統(tǒng)的能量利 用，從而實(shí)現(xiàn)低能耗、低投資的目的。此流程簡(jiǎn)單，效率高。

三種工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較如下表：

 綜上所述，混合制冷工藝流程簡(jiǎn)單、設(shè)備少，能耗低，適應(yīng)性強(qiáng)，且操作靈 活、開(kāi)停車方便，因此本項(xiàng)目擬選用混合制冷工藝將合成天然氣液化，并采用低 溫精餾工藝將甲烷中的氮?dú)夂蜌錃夥蛛x出來(lái)，具有甲烷收率高、能耗低等特點(diǎn)。

4）低溫液化分離技術(shù)

新地能源工程技術(shù)有限公司擁有一支高效的、技術(shù)精湛的團(tuán)隊(duì)，2011年11月，承接的國(guó)家 863 課題“SNG 輸送、液化與車用技術(shù)”的子課題--10000Nm3 /d 煤基合成天然氣液化分離技術(shù)的中試裝置通過(guò)了國(guó)家科技部專家的成果鑒定，并

對(duì)含氫天然氣的凈化、液化、精餾分離、混合冷劑補(bǔ)充調(diào)配等進(jìn)行了開(kāi)發(fā)；2013 年11 月，通過(guò) 30×104Nm3 /d SNG 液化工藝包審查，專家組一致認(rèn)為，本次含氫合成天然氣混合制冷低溫液化分離技術(shù)的創(chuàng)新性達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

4.2 工藝流程和消耗定額

4.2.1 工藝流程概述

4.2.1.1 總體工藝方案概述

焦?fàn)t煤氣制LNG項(xiàng)目原料為焦?fàn)t煤氣，經(jīng)壓縮、凈化、合成、液化分離得到 LNG。其主要生產(chǎn)方法如下：脫硫采用加氫轉(zhuǎn)化串干法脫硫工藝，將焦?fàn)t煤氣中總硫含量降到 0.1ppm 以下；甲烷合成采用新地能源工程技術(shù)有限公司甲烷合成技術(shù)使焦?fàn)t煤氣中的 CO、CO2 與氫氣發(fā)生反應(yīng)生成甲烷，反應(yīng)余熱利用廢鍋副產(chǎn)蒸汽；液化分離采用混合冷劑制冷與低溫精餾工藝將 SNG 液化成 LNG，使氮?dú)夂蜌錃馀c甲烷分離，LNG 常壓儲(chǔ)存，裝車外運(yùn)。

原料氣組成一覽表

 總體流程圖如下：

4.2.2  原輻材料及消耗

4.2.3 水、電和其他動(dòng)力供應(yīng)表

    4.3 主要設(shè)備選擇

4.3.1 概述

焦?fàn)t煤氣制LNFG項(xiàng)目工藝生產(chǎn)裝置包括壓縮工段、凈化工段、合成工段、液化工段、LNG儲(chǔ)罐及裝車站及相配套的氣體供應(yīng)站、冷水站、導(dǎo)熱油爐等公用工程和輔助裝置。

項(xiàng)目立足于國(guó)內(nèi)自行設(shè)計(jì)、制造，充分利用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，做到精心設(shè)計(jì)、合理選材、結(jié)構(gòu)先進(jìn)，從而使設(shè)備滿足先進(jìn)工藝要求。在保證工廠先進(jìn)性、安全性和可靠性前提下，最大程度地節(jié)約投資。

4.3.1.1 各工段設(shè)備綜合情況

（1）壓縮工段

定型設(shè)備主要為原料氣壓縮機(jī)、合成氣壓縮機(jī)、防爆橋式起重機(jī)。

   （2）凈化工段

定型設(shè)備為開(kāi)工爐。非定型設(shè)備主要為一級(jí)加氫預(yù)轉(zhuǎn)化器、中溫脫硫槽、二級(jí)加氫轉(zhuǎn)化器、濾油槽、氧化鋅脫硫槽、產(chǎn)品換熱器、氮?dú)饫鋮s器、脫油脫萘塔、粗脫硫塔、二硫化碳槽等。主要材質(zhì)為低合金鋼、低合金鋼加隔熱襯里澆注料、不銹鋼，內(nèi)件采用不銹鋼、鉻鉬耐熱鋼。

 （3）合成工段

定型設(shè)備主要為循環(huán)液泵、循環(huán)氣壓縮機(jī)、開(kāi)工加熱爐、廢鍋等。非定型設(shè)備主要為反應(yīng)器、預(yù)熱器、冷卻器、氣水分離罐等。依據(jù)介質(zhì)及操作條件不同，主要材質(zhì)為鉻鉬鋼、低合金鋼加隔熱襯里澆注料、低合金鋼，內(nèi)件采用不銹鋼。

 （4）液化工段

定型設(shè)備為制冷劑壓縮機(jī)、冷箱、氮?dú)鈮嚎s機(jī)、BOG 壓縮機(jī)、汽化器、電加熱器等。非定型設(shè)備主要為脫氨塔、脫水塔、脫汞塔、制冷劑分液罐、丙烷儲(chǔ)罐、異戊烷儲(chǔ)罐、冷卻器、加熱器等。主要材質(zhì)為低合金鋼、高合金不銹鋼等。

 （5）LNG 儲(chǔ)罐及裝車站

定型設(shè)備為 LNG 裝車泵、LNG 裝車臂、BOG 加熱器等。非定型設(shè)備為 LNG 儲(chǔ)罐，主要材質(zhì)為低合金鋼、高合金不銹鋼。

 （6）氣體供應(yīng)站

定型設(shè)備為空壓機(jī)、凈化系統(tǒng)、氣化器、變壓吸附制氮機(jī)組等。非定型設(shè)備為液氮儲(chǔ)罐、儀表空氣儲(chǔ)罐、氮?dú)鈨?chǔ)罐等。主要材質(zhì)為高合金不銹鋼、低合金鋼。

（7）全廠火炬

本項(xiàng)目設(shè)置高架火炬，為供應(yīng)商成套供應(yīng)非定型設(shè)備，共 1 套。

4.3.1.2 工藝生產(chǎn)裝置主要設(shè)備分類匯總

本項(xiàng)目工藝生產(chǎn)裝置定型設(shè)備包括泵、壓縮機(jī)、防爆橋式起重機(jī)、過(guò)濾器、加熱器、冷箱等；非定型設(shè)備有貯罐、大型儲(chǔ)罐、分離器、換熱器、塔器、反應(yīng)器等，主要材質(zhì)有碳素鋼、低合金鋼和高合金鋼。

五、主要設(shè)備選擇

5.1 關(guān)鍵設(shè)備選擇的依據(jù)

參考國(guó)內(nèi)外同類裝置成熟經(jīng)驗(yàn)，依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，在滿足安全的基礎(chǔ)上，力求做到技術(shù)先進(jìn)，結(jié)構(gòu)合理，節(jié)能降耗，使本裝置成為同行中有代表性的先進(jìn)裝置。

（1）填料塔

本項(xiàng)目多個(gè)工段中采用填料塔。填料塔具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳質(zhì)和傳熱效率高， 操作彈性大，阻力降較小等特點(diǎn)。

填料塔是以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設(shè)備。其塔身是一直 立式圓筒，底部裝有填料支承板，填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。填 料的上方安裝填料壓板，以防被上升氣流吹動(dòng)。液體從塔頂經(jīng)液體分布器噴淋到 填料上，并沿填料表面流下。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置分布后，與液體 呈逆流連續(xù)通過(guò)填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進(jìn)行傳質(zhì)。填 料塔內(nèi)采用高性能液體分布器，提高了塔的傳質(zhì)效率，使氣液在塔內(nèi)更好地接觸

分布更均勻，以便發(fā)揮填料塔的最大效率和最大生產(chǎn)能力。

（2）氣化器

本項(xiàng)目氣化器采用空氣加熱式。它是利用環(huán)境空氣自然對(duì)流加熱低溫液體，使其氣化成常溫氣體的換熱設(shè)備。

空溫式氣化器用鋁合金支架固定安裝，它的基本單元是換熱管，由若干傳熱

管組成板狀排列，兩端由集氣管或集液管焊接形成一個(gè)板型管束,再由若干個(gè)板

型管束組成氣化器?？諟厥綒饣骷夹g(shù)特性：

利用自然空氣傳導(dǎo)對(duì)流輻射加熱，無(wú)需額外的能耗，節(jié)能且環(huán)保。

獨(dú)特的橋式結(jié)構(gòu)，組合美觀大方，整體鋼性強(qiáng)，運(yùn)輸使用安全，運(yùn)行時(shí)，能 有效消除各部份的冷熱應(yīng)力，整體結(jié)構(gòu)性能相當(dāng)穩(wěn)定。

介質(zhì)換熱均勻，無(wú)偏流現(xiàn)象，保證介質(zhì)流速控制在安全的范圍之內(nèi)。

換熱面積設(shè)計(jì)裕量充足，獨(dú)特的翅片管技術(shù)，使整體通風(fēng)性能優(yōu)良，極其有

利于化霜和落霜，有效地提高了氣化效果，在同等條件之下，系統(tǒng)滿負(fù)荷工作時(shí)

間相對(duì)更長(zhǎng)。

（3）換熱器

焦?fàn)t煤氣制LNG項(xiàng)目換熱設(shè)備采用固定式管板換熱器。固定管板式換熱器主要有外殼、管板、管束、頂蓋等部件構(gòu)成。在圓形外殼內(nèi)，裝入平行管束，管束兩端用焊接或脹接的方法固定在管板上，兩塊管板與外殼直接焊接，裝有進(jìn)口或出口管的頂蓋用螺栓與外殼兩端法蘭相連。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)有殼側(cè)密封連接，相同的殼體內(nèi)徑排管最多，在有折流板的流動(dòng)中旁路最小，管程可以分成任何管程數(shù)，因兩個(gè)管板由管子互相支撐，故在各種管殼式換熱器中它的管板最薄，造價(jià)最低，因而得到廣泛應(yīng)用。

當(dāng)冷熱兩種流體的平均溫差較大，或殼體和傳熱管材料膨脹系數(shù)相差較大，

熱應(yīng)力超過(guò)材料的許用應(yīng)力時(shí)，在殼體上需設(shè)膨脹節(jié)，這種換熱器適用于兩種介

質(zhì)溫差不大，或溫差較大但殼程壓力不高，及殼程介質(zhì)清潔，不易結(jié)垢的場(chǎng)合。

（4）冷箱/板翅式換熱器

在焦?fàn)t煤氣制LNG項(xiàng)目液化工段中主換熱器操作溫度很低（-165℃），所以將此換熱器布置在冷箱內(nèi)。冷箱是將幾臺(tái)釬焊鋁制板翅式換熱器和配管放置在密閉的鋼制箱體內(nèi)，并在箱體與箱內(nèi)設(shè)備之間充填滿珠光砂。板翅式換熱器內(nèi)部為密閉結(jié)構(gòu)，外部結(jié)構(gòu)由型鋼和碳鋼板制成，這一組裝過(guò)程在制造廠內(nèi)進(jìn)行，并經(jīng)過(guò)耐壓和氣密試驗(yàn)后出廠。在箱體的頂部和底部各設(shè)一人孔，以便檢修和充填珠光砂時(shí)使用。

另外，箱頂還設(shè)有壓力調(diào)節(jié)盒。在板翅式換熱器與支撐梁相接觸的部位，放置隔熱材料。珠光砂在安裝現(xiàn)場(chǎng)充填，以達(dá)到保冷的目的。

冷箱的作用和特點(diǎn)：

冷箱利用其傳熱效率高，可實(shí)現(xiàn)多股物料同時(shí)換熱，可以最大限度的利用余

熱和余冷，降低能耗，提高產(chǎn)品收率。

冷箱的主要優(yōu)點(diǎn)有：傳熱性能好。由于翅片在不同程度上促進(jìn)了湍流并破壞

了傳熱熱邊界層的發(fā)展，故傳熱系數(shù)很大。

冷、熱流體間的傳熱不僅僅以隔板為傳熱面，大部分熱量是通過(guò)翅片傳遞的，

結(jié)構(gòu)高度緊湊，傳熱面積可達(dá) 2500m2 /m3，最高可達(dá) 4300m2 /m3。通常板翅式

換熱器采用鋁合金制造，因此換熱器的重量輕。由于鋁合金在低溫條件下的延展性和抗拉強(qiáng)度均很高，因此板翅式換熱器適用于低溫和超低溫操作場(chǎng)合；同時(shí)，由于翅片對(duì)隔板的支撐作用，其允許的操作壓力也較高，可達(dá) 5MPa。此外，板翅式換熱器還可用于多種不同介質(zhì)在同一換熱器內(nèi)進(jìn)行多股流換熱。冷箱的全釬焊結(jié)構(gòu)，安全可靠性高，冷箱的換熱效率高，占地面積小，重量輕，操作成本低。

冷箱的主要缺點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高；流道尺寸小，容易堵塞，而且檢修和清洗困難，因此所處理的物料應(yīng)潔凈或預(yù)先凈制。另外，由于隔板和翅片均由薄鋁板制成，一旦腐蝕造成內(nèi)漏很難發(fā)現(xiàn)和檢修，故要求換熱介質(zhì)對(duì)鋁材無(wú)腐蝕性。

（5）一級(jí)加氫轉(zhuǎn)化器

一級(jí)加氫轉(zhuǎn)化器是凈化工段的關(guān)鍵設(shè)備。其結(jié)構(gòu)由內(nèi)襯隔熱襯里和外金屬承壓外殼組成。脫油焦?fàn)t煤氣經(jīng)過(guò)內(nèi)裝活性炭的粗脫硫塔，再進(jìn)入焦?fàn)t煤氣換熱器預(yù)熱至 350～400℃后，依次送入預(yù)加氫轉(zhuǎn)化器、由頂部進(jìn)入一級(jí)加氫轉(zhuǎn)化器，在鐵鉬催化劑的作用下，焦?fàn)t煤氣中的不飽和烴、有機(jī)硫化合物（COS、硫醚、 硫醇等）、氧等與氫氣發(fā)生反應(yīng)，焦?fàn)t煤氣中的不飽和烴轉(zhuǎn)化為飽和烴、有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為易于脫除的 H2S。因操作溫度較高（最高 450℃），所以從材料經(jīng)濟(jì)角度度考慮鋪設(shè) 150mm 厚輕質(zhì)澆注隔熱襯里，保證外壁溫度在 120℃左右。為了控制 反應(yīng)溫度，設(shè)備設(shè)置遠(yuǎn)傳溫度計(jì)口并與緊急切斷裝置聯(lián)鎖。因介質(zhì)在反應(yīng)溫度下 存在氫腐蝕，高溫硫腐蝕，在襯里施工前設(shè)備內(nèi)部與介質(zhì)接觸表面需進(jìn)行內(nèi)防腐處理。

外形尺寸為 Ф2.1m，總高 14.7m，主要材質(zhì)為 Q345R，設(shè)備內(nèi)件為 15CrMo。

（6）一段反應(yīng)器

反應(yīng)器是本項(xiàng)目的關(guān)鍵設(shè)備，直接關(guān)系到本項(xiàng)目的成敗。

甲烷化反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，反應(yīng)式如下：

CO+3H2→CH4+H2O △H298=－206.2kJ/mol

CO2+4H2→CH4+2H2O △H298=－165.0kJ/mol

若原料氣中有 1%的 CO 進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，氣體溫升可達(dá) 72℃；若有 1%的CO2 發(fā)生反應(yīng)，溫升可達(dá) 60℃，所以，必須嚴(yán)格控制原料氣中 CO 和 CO2 的含量在規(guī)定的工藝指標(biāo)內(nèi)，否則會(huì)因超溫而燒壞催化劑甚至設(shè)備。綜合其反應(yīng)特性和材料經(jīng)濟(jì)角度考慮采用結(jié)構(gòu)由內(nèi)襯隔熱襯里和外金屬承壓外殼組成的絕熱反應(yīng)器。因反應(yīng)溫度最高可達(dá) 550℃，反應(yīng)器內(nèi)壁鋪設(shè)輕質(zhì)澆注隔熱襯里，保證外壁溫度在 70℃以下。因介質(zhì)在反應(yīng)溫度下存在氫腐蝕，高溫硫腐蝕。在襯里施工前設(shè)備內(nèi)部與介質(zhì)接觸表面需進(jìn)行內(nèi)防腐處理。為了控制反應(yīng)溫度，設(shè)備設(shè)置遠(yuǎn)傳溫度計(jì)口并與緊急切斷裝置聯(lián)鎖。氣體入口設(shè)置分布器使反應(yīng)氣體均勻進(jìn)入床層，避免局部過(guò)熱。

外形尺寸為 Ф1.5m，總高 8m，主要材質(zhì)為 Q345R，內(nèi)襯隔熱襯里。

（7）LNG儲(chǔ)罐

LNG 儲(chǔ)罐采用立式圓筒形、雙層壁、平底、自支撐吊頂結(jié)構(gòu)。內(nèi)罐材料采用奧氏體不銹鋼，外罐材料采用低合金鋼制造。內(nèi)罐用來(lái)貯存低溫液體，外罐構(gòu)成一個(gè)保冷空間（夾層）。內(nèi)、外罐均為平底結(jié)構(gòu)，罐頂為自支撐吊頂。內(nèi)罐底部采用泡沫玻璃磚絕熱，環(huán)形空間及頂部采用珠光砂絕熱，通過(guò)良好的保冷設(shè)計(jì)，可使貯罐低溫液體的蒸發(fā)損失與粉末真空絕熱貯槽相媲美。

大型低溫貯罐內(nèi)罐保持常壓，頂部氣相空間的壓力一般為十幾千帕。頂部設(shè) 有緊急放空閥及壓力/真空安全閥，壓力超高時(shí)，通過(guò)壓力控制從放空閥泄壓， 一旦負(fù)壓超過(guò)設(shè)計(jì)真空值時(shí)，即通過(guò)壓力/真空安全閥將氣體引入內(nèi)罐，保持罐內(nèi)壓力穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。外罐與內(nèi)罐之間珠光砂夾層充密封氮?dú)?，使其維持微正壓，保持珠光砂干燥。外罐頂部設(shè)置呼吸閥，將夾層空間壓力設(shè)定在一定范圍內(nèi)。

LNG 儲(chǔ)罐外形尺寸 Ф22.3×21.53m，公稱容積 5000m3。內(nèi)罐主體材質(zhì) 06Cr19Ni10，外罐主體材質(zhì) Q345R。

大型立式圓柱形平底拱頂雙殼低溫貯罐具有貯存容積大、蒸發(fā)損失小、造價(jià) 低、占地面積小和安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。

5.2 大型超限設(shè)備概況

大型超限設(shè)備的設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮運(yùn)輸、安裝等因素，應(yīng)將容器適當(dāng)分段、分片以便于運(yùn)輸及現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組焊和制作。具體運(yùn)輸包裝措施參照《壓力容器涂敷與運(yùn)輸包裝》JB/T4711-2003 執(zhí)行。

為了確保設(shè)備、材料能安全無(wú)損運(yùn)抵指定地點(diǎn)，承包運(yùn)輸安裝單位做好以下 工作：

（1）制定裝卸方案：根據(jù)設(shè)備外形、包裝尺寸和重量，選擇合適的車型及裝卸機(jī)械。確定擺放方位及合理的支承位置，盡量降低超限等級(jí)。

（2）制定加固封車方案：根據(jù)設(shè)備裝載的實(shí)際情況，應(yīng)采取有效的加固措施，為了調(diào)整重心，可以配重或加長(zhǎng)。

（3）設(shè)備在裝卸運(yùn)輸中，必須小心謹(jǐn)慎作業(yè)，不能碰撞，伸出體外的設(shè)備管口法蘭等附屬部件，必須有防損壞措施。

（4）確定安全可靠的行車路線，減少行車風(fēng)險(xiǎn)。

（5）對(duì)于大型超高、超大設(shè)備，要制定周密安裝方案，配備相應(yīng)的起重機(jī)械。